關(guān)于PLC和變頻器的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料

1、1234學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，微處理器和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用廣泛作用顯著，故對(duì)于提高其運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全，降低物料搬運(yùn)成本是十分重要。傳統(tǒng)的橋式起重控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高，電能浪費(fèi)大，效率低等缺點(diǎn)。因此根據(jù)橋式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)，其中PLC系統(tǒng)則采用SIEMENS公司產(chǎn)品，大大提高了操作精度和穩(wěn)定度;綜合保護(hù)功能完善，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、查

2、找、處理故障；并且節(jié)約了能源。關(guān)鍵詞:可編程序控制器；橋式起重機(jī)；變頻調(diào)速；變頻器目 錄摘 要I第一章 緒 論11.1橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介 12.1 變頻調(diào)速的基本原理42.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能62.2變頻器的控制電路構(gòu)成7第三章 橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)153.1總體設(shè)計(jì)方法153.2 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介163.2.1 PLC概述163.3部件的選擇183.3.1電機(jī)的選用183.3.2變頻器的選用203.3.3 PLC的選用233.3.4常用輔件的選擇243.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)263.4.1系統(tǒng)控制的要求26第四張4.1 PLC程序設(shè)計(jì)324.1.1 PLC編程軟件概述324.1.

3、2程序設(shè)計(jì)334.2系統(tǒng)抗干擾措施39第五章 結(jié)束語(yǔ)41致 謝42參考文獻(xiàn)43第一章 緒 論1.1橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其作用主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn),橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣,工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)橋式起重機(jī)制造廠和使用部門(mén)在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂仍時(shí)有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過(guò)大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，

4、減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用:(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī);(2)改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速;(5)可控硅串級(jí)調(diào)速;(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小，無(wú)法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速;起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重;功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于0.2-0.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)，而直

5、流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。我們所研究的橋式起重機(jī)是電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車(chē)、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過(guò)電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房?jī)?nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?.2 本課題設(shè)計(jì)的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù) 傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有: 1.橋式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以

6、及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。 2.繼電一接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。 3.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在20/5t * 19.5m通用橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，提

7、出了一個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。本課題橋式起重機(jī)基本參數(shù):該機(jī)的起重量為20/5噸，其跨度(L)為19.5m小車(chē)起升速度為15m/min，大車(chē)起升速度為7.5m/min.小車(chē)運(yùn)行速度為45m/min，大車(chē)運(yùn)行速度為75m/min。19第二章 矢量控制變頻調(diào)速2.1 變頻調(diào)速的基本原理異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: = （ 1） (2.1)其中: 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;定子的電源頻率，單位為Hz;電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率;電機(jī)的極對(duì)數(shù)。由上式(2.1)可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每

8、極磁通量為額定值不變。磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi):若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是: （2.2）式中: 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V;定子頻率，單位為Hz;定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù);基波繞組系數(shù);每極氣隙磁通量，單位為Wb;由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況;1基頻以下調(diào)速即采用恒定的電

9、動(dòng)勢(shì)。由上式可知，要保持不變，單頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1 E，則得U1 /f1=常值。低頻時(shí)，U1和讀數(shù)較小，定子阻漏磁阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能再忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線()，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑閍線()。如圖2.1所示:圖2.1恒壓頻比控制特性2基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率f可以從下往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于與直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來(lái)，可

10、得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖2.2。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖2.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性2.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能變頻器的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.3圖2.3變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的功能是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速。變頻器具備對(duì)電機(jī)和變頻器本身的完善保護(hù)功能,如過(guò)熱、過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、缺相、接地等,從而避免設(shè)備在不正常狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,保護(hù)設(shè)備不至于損壞。2.2.1變頻器的主電路電力電子開(kāi)關(guān)器件電力半導(dǎo)體器件己

11、經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨型晶體管(GTR)，功率MOSFET、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的功率集成器件(PID),以智能化功率集成電路(SPIC)，高壓功率集成電路(HVIC)為代表的功率集成電路(PIC)等三個(gè)發(fā)展時(shí)期。從晶閘管發(fā)展到PID, PIC通過(guò)門(mén)極或柵極控制脈沖可實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件的控制模式上，從電流型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門(mén)極(柵極)的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級(jí)模塊，繼而將功率變

12、換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測(cè)電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。整流電路一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對(duì)工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。逆變電路逆變電路是利用六個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開(kāi)關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。2.2.2變頻器的控制電路構(gòu)成包括

13、主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪?duì)逆變器開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展，70年代后期發(fā)展起來(lái)的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開(kāi)關(guān)器件的控制策略。SPWM(Sinusoidal PWM)則是較為常用的技術(shù)。其通常是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載被，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制即可得到SA

14、M波形。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對(duì)稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號(hào)相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調(diào)制波的頻率fr,之比即fc / fr =Nc稱為載波比。用生成的SPWM波控制逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率f1改變fr,便可改變f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制波的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。第三章 橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)

15、的硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)由PLC控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1圖3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下面分別對(duì)各主要機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說(shuō)明。1、起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。主起升和副起升兩臺(tái)電機(jī)各使用一個(gè)變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動(dòng)機(jī)的額定電流，負(fù)載率，變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)?？刂品绞竭x用帶PG的矢量控制方式。PLC接受電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達(dá)的反饋信號(hào)，避免吊鉤的下滑。2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)中兩臺(tái)電機(jī)用一個(gè)變頻器;考慮到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的

16、工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速中運(yùn)行機(jī)構(gòu)共用一臺(tái)變頻器。變頻器的選擇，一般以電動(dòng)機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級(jí)的變頻器。3.2 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介3.2.1 PLC概述 可編程程序控制器(Programmable Controler)，也稱為PLC(programmable Logic controler)，即是可編程邏輯控制器。其采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU,存儲(chǔ)器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個(gè)部分。如圖4.1所示，PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng)PLC外

17、部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行各種控制。電源輸入模塊輸出模塊CPU存儲(chǔ)器通信模塊 主機(jī)編程器或編程軟件圖3.2 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)示意圖3.3部件的選擇3.3.1電機(jī)的選用一、變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的要求采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動(dòng)時(shí)不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動(dòng)等方面。隨著高開(kāi)關(guān)頻率的工GBT等電力電子器件的使用、PWM調(diào)制、增強(qiáng)型V/f控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到

18、了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電機(jī)可以避開(kāi)共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問(wèn)題。二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型起重機(jī)起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致;在連續(xù)工作時(shí)考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時(shí)的變頻驅(qū)動(dòng)特性比變頻電機(jī)稍差。三、電機(jī)冷卻西門(mén)子變頻器在調(diào)速比為1:2

19、0的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過(guò)載力矩值。電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中可承受2.5倍額定電流值，遠(yuǎn)大于變頻起動(dòng)要求的1.5倍值，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時(shí)電機(jī)通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機(jī)要求在整個(gè)工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。四、電機(jī)效率國(guó)外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時(shí)電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國(guó)內(nèi)用于起重機(jī)械的4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的YZFXXX-4型電機(jī)等。五、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由

20、負(fù)載功率P及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下,電機(jī)容量P為式中一電機(jī)平均起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間短(1-3s)，只占等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間的較少比例;轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%-20%。其電機(jī)容量P為 (kw)式中 一起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg 一額定起升速度，m/s 一重力加速度，g=9. 81m/s 一機(jī)構(gòu)總效率為使電機(jī)提升1.25倍試驗(yàn)載荷，能承受電壓波動(dòng)的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2,否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的工作效率。通過(guò)利用上述公式的計(jì)算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表3.1所示:表3.1 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)電機(jī)

21、功率主起升機(jī)構(gòu)YZR250M1-830KW副起升機(jī)構(gòu)YZR200L-815KW大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR160M1-62*5. 5KW小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR1601-65. 5KW3.3.2變頻器的選用一，變頻器選型本系統(tǒng)選用西門(mén)子變頻器，西門(mén)子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書(shū)及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。 二、變頻器容量選擇 2.1起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)距一般來(lái)說(shuō)可為額定力矩值的1.3-1.6倍?？紤]到電源電壓波動(dòng)因素及需通過(guò)125%超載試驗(yàn)要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.8-2倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過(guò)提高變頻器容量(Y

22、z型電機(jī))或同時(shí)提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來(lái)獲得200%力矩值。此時(shí)變頻器容量為 (KVA) 式中電機(jī)的功率因數(shù)，= 0.25 起升額定負(fù)載所需功率，kw 電機(jī)效率， =0. 85 變頻器容量，KVA 系數(shù)，K=2起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上提高一擋的方法選擇變頻器的容量，則可能會(huì)造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗(yàn)證，公式如下: 式中一變頻器額定電流，A 電機(jī)額定電流，A2.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)有小于60s的加速時(shí)間的并且起動(dòng)電流不超過(guò)變頻器額定值的1.5倍時(shí)變頻器容量可按下式計(jì)算。式中電流波形

23、補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式K=1.051.1 負(fù)載轉(zhuǎn)距，N.m 一總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電機(jī)軸的折算值，kg.m 加速時(shí)間，s 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時(shí)間時(shí)，變頻器容量按下式取值： ( kVA ) 電流驗(yàn)證:以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計(jì)算的基本參數(shù)，相同功率不同極數(shù)的電機(jī)有不同的額定電流。故最終尚需驗(yàn)證電機(jī)和變頻器額定電流，即 2.3.多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)變頻器容量的選擇 電壓型變頻器可以一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時(shí)過(guò)載能力為150%、 60%時(shí)，如電機(jī)加速時(shí)間在300s內(nèi)有小于60s的加速時(shí)間，則并要求 式中負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出功率并聯(lián)電機(jī)的臺(tái)

24、數(shù)同時(shí)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)電機(jī)效率，=0.8電動(dòng)啟動(dòng)電流與電機(jī)額定電流之比值 電流波形的修正系數(shù)，PWM方式取1.05-1.1 變頻器容量，KVA 變頻器額定電流，A3.3.3 PLC的選用 目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國(guó)的AB公司。根據(jù)性價(jià)比的選擇，根據(jù)被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。SIMATIC S7-200系列是西門(mén)子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面(HMI)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具

25、有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，其性能價(jià)格比高，所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。3.3.4常用輔件的選擇 變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元組成。 1、斷路器 為避開(kāi)變頻器投入時(shí)直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.31.4倍，整定值為斷路器額定值的34倍。 2、接觸器 接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器

26、件或控制回路故障時(shí)起斷開(kāi)主回路的作用，一般不作回路開(kāi)斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無(wú)須按開(kāi)斷次數(shù)考核其壽命。 3、交流電抗器 在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開(kāi)斷造成的峰值電流對(duì)變頻器的危害。同時(shí)，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕載時(shí)改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。 4、制動(dòng)單元 為減小大慣性系統(tǒng)的減速時(shí)間，解決變頻器直流電路上的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。常在其直流電路中加接一檢測(cè)直流電壓的晶體管。一旦直流回路電壓超過(guò)一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過(guò)剩的電能通過(guò)與之相接的制動(dòng)電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時(shí)加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量

27、消耗得愈多，制動(dòng)時(shí)間愈小，此裝置即為變頻器的制動(dòng)單元。5.制動(dòng)電阻器借助制動(dòng)單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)下從動(dòng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量。5.1 電阻值的計(jì)算式中 一直流回路電壓，V一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N.m一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的20%左右)，N.m一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速),r/min在制動(dòng)晶體管和制動(dòng)電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流Ic的限制，因此在選擇制動(dòng)電阻值時(shí)不可小于其最小制動(dòng)電阻值Rmin，即 ()式中一直流回路電壓，V一制動(dòng)晶體管允許的最大電流，A因此，制動(dòng)電阻應(yīng)按 的關(guān)系選用。5.2 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算式中一電機(jī)轉(zhuǎn)子飛

28、輪轉(zhuǎn)矩之和，N.m 一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N.m 一減速開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)速，r/min 一減速結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)速，r/min 一減速時(shí)間，S6.電纜選擇 由于高次諧波的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，電纜的實(shí)際使用面積減少，單位實(shí)際工作電阻增大，電纜壓降有增大的趨勢(shì)，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。3.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1系統(tǒng)控制的要求 對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求 (1)主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié); (2)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié); (3)保護(hù)功能:主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車(chē)限位、小車(chē)限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車(chē)電機(jī)的保護(hù)等。 控制系統(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操縱臺(tái)各主令控制器、開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開(kāi)關(guān)等組成。第四章4

29、.1 PLC編程軟件概述 S7-200的編程語(yǔ)言是STEP 7-micro/win32，它是用于S7-200系列PLC進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工EC1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用LAD, FBD和STL來(lái)編程。 STEP 7-micro/win32軟件的一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)試功能很強(qiáng)大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在線修改過(guò)程數(shù)據(jù)，對(duì)于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。STEP 7-micro/win32軟件還附帶一些控制程序模塊，如PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，以便實(shí)現(xiàn)不同的功能。STEP 7-micro/win32軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它采用文件塊

30、的形式管理用戶編寫(xiě)的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。該工具軟件包為S7-200CPU與其它系統(tǒng)部件(如觸摸屏、變頻器)的使用提供了便利。4.2程序設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開(kāi)關(guān)信號(hào)(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一個(gè)任務(wù)就是接受上位機(jī)的控制命令，以進(jìn)行自動(dòng)采樣。PLC的軟件設(shè)計(jì)部分我們采用模塊化的方法，PLC程序設(shè)計(jì)共有四個(gè)模塊:按鈕處理模塊、通信模塊、PID控制模塊、故障報(bào)警模塊。 其中按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟?？刂啤?（四）故障報(bào)警模塊為了實(shí)時(shí)通知操作員故障消息，以便盡快地排除

31、故障，確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，本控制系統(tǒng)具有良好的故障報(bào)警措施。所以在PLC程序中始終對(duì)相應(yīng)的傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行掃描，一旦有諸于變頻器故障，超重等故障，應(yīng)馬上切斷該設(shè)備，并啟動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行報(bào)警。考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能的干擾，(1)我們?cè)诔绦蛑胁捎醚舆t報(bào)警.即只有當(dāng)報(bào)警信號(hào)持續(xù)一定的時(shí)間(一般為幾十毫秒到幾百毫秒).才認(rèn)為有故障。(2)在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，逐步開(kāi)啟報(bào)警;而在停止設(shè)備時(shí).逐步阻塞報(bào)警。上述兩個(gè)措施可有效的防止誤報(bào)警。報(bào)警處理由畫(huà)面元素和PLC變量直接對(duì)應(yīng)，無(wú)需編程。4.3系統(tǒng)抗干擾措施 可編程控制器的主要應(yīng)用場(chǎng)合是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，工作環(huán)境中各種干擾對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響。所以在本系統(tǒng)中

32、也不例外，有必要考慮PLC的抗干擾措施。 抗干擾的主要措施有; (1)輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開(kāi)敷設(shè)，不能扎在一起。 (2)必要時(shí)需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號(hào)電纜，并注意一端接地。 (3)多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，一則擴(kuò)大屏蔽作用，二則抑制芯線間的信號(hào)串?dāng)_及外部干擾。 (4)為避免干擾，同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。所以，對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開(kāi)電纜進(jìn)行傳輸。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開(kāi)。盡量縮短模擬量I/0信號(hào)線的長(zhǎng)度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。 (5) PLC電柜應(yīng)有獨(dú)立的接地線，接地電阻小于10歐姆。 (6)引至PLC柜

33、的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。 (7)一般要將PLC裝于專門(mén)的電柜中，且PLC四周留有50mm以上的凈空間，保證良好的通風(fēng)環(huán)境。盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。第五章 結(jié)束語(yǔ) 本論文主要為橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。 根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室可以通過(guò)人機(jī)界面來(lái)設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且變頻器的故障信息可以在人機(jī)界面上反映出來(lái)，以用來(lái)提示用戶。采用變頻器

34、實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能、可靠性以及基于組態(tài)軟件所開(kāi)發(fā)出來(lái)的良好人機(jī)界面和通信能力，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)控制室對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。上位機(jī)選擇觸摸屏主要完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和開(kāi)關(guān)量置位。下位機(jī)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的啟、停、電磁閥的開(kāi)關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測(cè)。 重點(diǎn)解決了系統(tǒng)中的監(jiān)控畫(huà)面、PLC程序設(shè)計(jì)的問(wèn)題以及上下位機(jī)之間的通信問(wèn)題。同時(shí)根據(jù)STEP-7 MICRO/WIN32軟件工具包的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，大量采用代碼重用的方法，大大減少了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù);同時(shí)利用西門(mén)子公司的Protool/pro組態(tài)軟件設(shè)計(jì)良好的人機(jī)界面以下載至觸摸屏，以及實(shí)現(xiàn)其與PLC

35、的通信。致 謝 在論文完稿之際，謹(jǐn)向教導(dǎo)和幫助我的師長(zhǎng)、朋友、同學(xué)，以及默默支持和鼓勵(lì)我的親人們致以最誠(chéng)摯的謝意和最衷心的祝福!感謝導(dǎo)師1234老師!老師嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的研究作風(fēng)，淵博深厚的知識(shí)，孜孜不倦的誨人，我感到由衷的敬佩。導(dǎo)師以其嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的幫助與鼓勵(lì);導(dǎo)師踏實(shí)認(rèn)真、開(kāi)拓創(chuàng)新的治學(xué)作風(fēng)將使我終生受益;導(dǎo)師給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、以及社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。本論文從選題到完成無(wú)不浸透著恩師的心血。在此期間，老師多次詢問(wèn)我的課題進(jìn)度，提醒我該注意的問(wèn)題，并在我課題遇到困難時(shí)，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。借此論文的完成之際，謹(jǐn)向我的恩師表達(dá)我衷心的感謝和崇高的

36、敬意!感謝恩師不厭其煩的教誨和一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，在學(xué)習(xí)、生活和以后的工作中給我樹(shù)立了為學(xué)為人的榜樣。并希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)得到導(dǎo)師的教導(dǎo)。 感謝1234學(xué)院機(jī)電系的各位老師在這三年學(xué)習(xí)生涯中給予我的關(guān)心和幫助。也感謝我在123求學(xué)期間結(jié)識(shí)的好友，給予我的幫助、鼓勵(lì)和支持，在此一并感謝。 最后，我要深深感謝我的父母和兄弟，多年來(lái)，正是由于他們對(duì)我學(xué)業(yè)上的支持、理解和鼓勵(lì)，對(duì)我一如既往的殷切期望和無(wú)私奉獻(xiàn)，給予了我無(wú)盡的關(guān)愛(ài)和動(dòng)力，才使得我得以順利完成學(xué)業(yè)!某人謹(jǐn)致2010年6月2日參考文獻(xiàn)1.廖常初. PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2.張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3.王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)M.北京：機(jī)械上業(yè)出版社，2005.4.李永樂(lè).交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5.韓安榮.通用變頻器及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6.趙洪恕,王忠石,簡(jiǎn)維新.PLC控制交流調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用,基礎(chǔ)自動(dòng)化J.2002年2月第七期7.許正軍，曾獻(xiàn)輝，陳瑞琦.變頻器的PC控制J.電氣自動(dòng)化，2000.8.馬寅.起重