【摘要】随着社会生产力的不断发展，起重机械正在不断的发展和完善，国内外门式起重机正朝着装卸自动化的方向发展，采用微型计算机通过设定好的程序控制起重机的各种动作，而随着起重机不断变得更智能，易操作，起重机的动作行程变得越来越复杂，为起重机械供电的电缆也在起重机的动作中变得重要，如果不能很好地保护电缆，起重机械就随时面临断电的故障，甚至有可能发生电缆被损坏漏电危及操作人员生命的事故 ，本课题立足实际，随着门式起重机的上下行程而调节电缆长度，使得为起重机供电的电缆随时 保持合适的长度和位置，完善起重机智能化的关键保障。

本设计采用西门子公司生产的S7-300系列可编程序控制器作为运算控制核心，通过采集安装在卷轴上的智能编码器数据，在PLC程序中计算出电缆卷绕长度和剩余电缆长度，再结合起重机行程，控制卷轴电机运动，动态调节垂吊电缆长度，实现起重机电缆随时与起重机保持同步的目标，本设计采用了方便现场监控和远程监控的昆仑通泰触摸屏，方便查看实际运行中的数据和故障指示。

【关键词】PLC（可编程控制器）；起重机械电缆；控制系统

1.2  PLC的组成与各部分的作用

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令产生相应的控制信号，去控制有关的控制回路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间的数据联系、控制和状态总线构成，CPU单元还包括总线接口、外围芯片。内存主要用于存储数据及程序，是PLC不可缺少的组成部分。其它部件有：

（一）  I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出模块（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变成数字信号写入PLC系统，输出模块则相反。I/O分为开关量输出（DO），开关量输入（DI），模拟量输出（AO），模拟量输入（AI）模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分有电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）、有电流型（4-20mA,0-20mA）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如脉冲、热电偶、热电阻等模块。

（二）  电源模块

PLC电源给整个CPU和PLC各模块提供工作电源。同时，有的还为输出电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：直流电源（常用的为24VDC），交流电源（220VAC或110VAC）。

（三）  底板或机架

大多数模块式PLC需要底板或机架，其作用是：电气上连接各模块，使CPU能访问底板或机架上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

（四）  PLC系统的其它设备

1．编程设备

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的元件，用在编程、对系统参数设置、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状态，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（使用编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

2．人机界面

最简洁的人机界面是按钮和指示灯，目前触摸屏式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面越来越普及。

（五）  PLC的通信

PLC的通信依靠先进的工业网络技术可以快速有效地采集和传送各类数据。因此，通讯在自动化集成工程中越来越重要，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点。PLC具有通信联网的便捷功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位机以及其他智能设备之间能够交换数据，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或者PROFINET等通讯方式。

1.3  PLC的工作原理

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器和接触器组成的控制装置，但这两者的运行方式是完全不相同的：

1．继电器控制设备采用硬逻辑并行运行的方式，假如这个继电器的线圈通电或断电，则该继电器所对应的触点（包括其常开触点或其常闭触点）在继电器控制线路的所有位置上都会立即同时动作。

2．PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，则该线圈的所对应的触点(包括其常开触点或其常闭触点)不会立即动作，而是等CPU扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，但PLC扫描程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

第二章  S7-300系列PLC的规格及系统构成

2.1  概述

S7-300系列PLC是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。

1．功能强大的指令集

2．丰富强大的通讯功能

3．编程软件的易用性

4．在线仿真运行功能

S7-300的主要特性有：

●  快速的中央处理运算能力

●  丰富方便的编程指令集

●  相应快速的数字量和模拟量输入/输出通道

●  操作便捷，易于掌握

●  强大的通讯能力

●  丰富的扩展模块

S7-300 CPU集成了丰富的内置功能：

●  高速计数器输入

●  短暂脉冲捕捉功能

●  高速脉冲输出

●  I/O硬件中断事件

●  特殊功能相关的中断功能

●  PID控制，PID自整定功能

●  支持多种生产工艺配方

●  数据记录（归档）

此外，S7-300还支持以下功能：

●  用户自定义的库指令，便于模块化编程

●  完善的密码和知识产权保护功能

●  在RUN（运行）状态下的在线编程能力

●  直接读/写实际I/O

●  可调整的数字量和模拟量的输入滤波

●  定义数字量和模拟量在STOP（停止）时的状态

●  多种数据保持设置

●  一个可由用户定义的LED状态指示灯