【正文】 ............................................................ 35 參考文獻 ................................................................................................................. 36 第一章 緒 論 橋式起重機簡介 橋式起重機在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用 ,其作用主要用來實現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運 ,橋式起重機工作環(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)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術(shù)進步。但在實際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負荷作業(yè)及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞。因此，除了機械上改進設(shè)計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。 圖 111 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)圖 傳統(tǒng)的起重機驅(qū)動方案一般采用 :(1)直接起動電動機 。(2)改變電動機極對數(shù)調(diào)速 。(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 。(4)渦流制動器調(diào)速 。(5)可控硅串級調(diào)速 。(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調(diào)速 。起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大 。常在額定速度下進行機械制動，對起重機的機構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴重 。功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于 ，即使?jié)M載也低于 ，線路損耗大。目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保 護功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機，而直流電動機制造工藝復(fù)雜，使用維護要求高，故障率高。 我們所研究的橋式起重機是電動雙梁橋式起重機，該起重機由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運行機構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。機構(gòu)主要指主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、大車運行機構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機機為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀? 橋式起重機的安全檢查為了保證橋式起重機的安全運行，在起重機運行 期間需進行一些安全常規(guī)檢查，檢查項目及要點如下： （ 1） 起升高度限位器、行程 限位開關(guān) 及各聯(lián)鎖機構(gòu)性能正 常，安全可靠。 （ 2） 各主要零部件符合安全要求：開口增大小于原尺寸的 15%，扭轉(zhuǎn)變形小于 10%；板鉤襯套磨損小于原尺寸的 50%，板鉤心軸磨損小于 5%，無剝落、毛刺、焊補。吊鉤掛架及 滑輪 無明顯缺陷。鋼絲繩表面鋼絲磨損、腐蝕量小于鋼絲直徑的 40%，斷絲在一個捻距內(nèi)小于總絲數(shù)的 10%，無斷頭，無明顯變細，無芯部脫出、死角扭擰、擠壓變形、退火、燒損現(xiàn)象。鋼絲繩端部連接及固定的卡子、壓板、鍥塊連接完好，無松動，壓板不少于 2個，卡子數(shù)量不少于 3個。卷筒無裂紋，連接、固定無松動；筒壁磨損小于原壁厚的 20%；安全卷不少于 2圈，卷筒與鋼絲繩直徑比例符合要求。平衡輪固定完好，鋼絲繩應(yīng)符合的要求。制動器無裂紋，無松動，無嚴重磨損，制動間隙兩側(cè)相等尺寸 合適，有足夠的制動力，制動帶磨損小于原厚度的 50%。 通過對橋式起重機的安全常規(guī)檢查，對杜絕人身事故，減少設(shè)備事故，提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率，降低檢修費用等均起到了顯著作用。 普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組 成。起重小車又由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成。 起升機構(gòu)包括 電動機 、制動器、減速器、卷筒和 滑輪組 。電動機通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)等部件的機架，通常為 焊接結(jié)構(gòu) 。 起重機運行機構(gòu)的 驅(qū)動方式 可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅(qū)動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的 “ 三合一 ” 驅(qū)動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。 起重機運行機構(gòu)一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。 橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主 梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。 主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。 箱形結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱形雙梁、偏軌箱形雙梁、偏軌箱形單主梁等幾種。正軌箱形雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車 鋼軌 布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。 偏軌箱形雙梁和偏軌箱形單主梁的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主梁是由一根寬翼緣箱形主梁代替兩根主梁，自重較小，但制造較復(fù)雜。 四桁架式結(jié)構(gòu)由四片 平面桁架 組合成封閉型空間結(jié)構(gòu)，在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強度較低，已較少生產(chǎn)。 空腹桁架結(jié)構(gòu)類似偏軌箱形主梁，由四片鋼板組成一封閉結(jié)構(gòu)，除主腹板為實腹工字形梁外，其余三片鋼板上按照設(shè)計要求切割成許多窗口，形成一個無斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺板，起重機運行機構(gòu)及電氣設(shè)備裝在橋架內(nèi)部，自重較輕，整體剛度大，這在 中國 是較為廣泛采用的一種型式。 本課題設(shè)計的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù) 傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有 : ，工作任務(wù)重，電動機以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。 ，操作復(fù)雜，故障率高。 ，機械特性軟，負載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。 要從根本上解決這些問題，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 控制技術(shù)在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條件。 本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)為 5t 橋式起重機中的應(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)，提出了一個改進的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)。 本課題 的目的要求和 基本參數(shù) : （ 1） 完成起重機規(guī)定的各種運動要求 。 （ 2） 考慮電路完整的各種保護措施。 （ 3） 考慮起重機的照明、顯示等措施。 （ 4） 合理正確的選擇電路的元器件。 （ 5） 輸入電壓： 380V，照明電壓： 36V/127V，工作海拔高度小于 1000 米。周圍環(huán)境溫度： 5℃ ~40℃ 第二章 PLC 技術(shù)簡介及元器件選擇 PLC 的基本概念 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 采用計算機結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU,存儲器、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個部分。如圖 所示， PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種 開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入變量，他們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng) PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出變量，對現(xiàn)場設(shè)備進行各種控制。 圖 211 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)示意圖 電源 輸入模塊 輸出模塊 CPU 存儲器 通信模塊 編程器或編程軟件 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： a、電源 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 b. 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) PLC投入運行時，首先它以掃描的方 式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC還采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件 的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d、輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 e、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等 的工作原理 一 . 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 (一 ) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是 脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；