【正文】 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書橋式起重機控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目錄1緒論 1 1 1 22矢量控制變頻調速 4 4 6—矢量控制方式 63 變頻調速橋式起重機系統(tǒng)總體方案設計和部件選型 8 8 8 8 8 10 10 12 164可編程序控制器在橋式起重機變頻控制系統(tǒng)中的應用 19 PLC的系統(tǒng)組成與各部分的作用 19 19 19 19 20 PLC配置 22 22 245橋式起重機變頻調速系統(tǒng)軟件設計 26 S7一200PLC網絡的通信協(xié)議及本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議 26 S7200PLC網絡的通信協(xié)議 26 26 26 PLC程序設計 28 PLC編程軟件概述 28 程序設計 29 356全文總結及其展望 37 37 38參考文獻 39致謝 4041 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書1緒論橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經濟中有著十分重要的地位。但在實際使用中，結構開裂仍時有發(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。由于傳統(tǒng)橋式起重機的電控系統(tǒng)采用轉子回路串接電阻進行有級調速，致使機械沖擊頻繁，振動劇烈，因此電氣控制上應采用平滑的無級調速是解決問題的有效手段。電氣調速控制的方法很多，對直流驅動來講60年代采用發(fā)電機一電機系統(tǒng)，從控制電阻分級控制，到交磁放大控制，到可控硅SRC激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計算機、微處理器應用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。從交流驅動來講:常規(guī)的常采用繞線式電動機轉子串電阻調速，為滿足重物下放時的低速，一般依靠能耗制動、反接制動，后來還采用渦流制動，還有靠轉子反饋控制制動、反接制動、單相制動器抱閘松勁的所謂軟制動，隨著電子技術的發(fā)展，國內外開發(fā)研制變頻調速，PLC可編程序控制器的應用控制系統(tǒng)的性能更加完美。目前國內外幾種常用調速系統(tǒng)配置::GE公司DC一300、DC一2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅動調速系統(tǒng)，其控制功率從300HP到4000HP，并采用PLC對整機驅動系統(tǒng)實施故障診斷、檢測、報警及控制。:對于起重機械來講，交流驅動仍是國內普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機轉子串電阻來調速。隨著功率電子技術的發(fā)展，目前，該技術己進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應用階段。日本安川電機制作所于1972年就正式定為VS系列，應用于起重機及軋機輔助設備的交流調速。法國、英國、德國等大電氣公司亦在這方面展開了重點研制開發(fā)。借助電力電子技術、微電子技術的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標準化、系列化，進而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控制?？删幊绦蚩刂破鱌LC引入到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質的變化。在橋式起重機實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達到了新的技術高度。:變頻調速技術是國際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開發(fā)，也是國際國內這幾年全力研制應用的目標與方向。這幾年一些公司如德國SIEMENS，美國GE，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術，大功率的IGBT模塊的出現(xiàn)使變頻技術在起升機械、電梯等位能負載控制成為現(xiàn)實。 同時隨著PLC系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負載上的成功應用，變頻調速系統(tǒng)必將成為未來調速市場的主流。 本課題中以橋式起重機作為研究實體，由上可知，傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉子串電阻的方法進行啟動和調速，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。 ，操作復雜，故障率高。 ，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想。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。變頻技術的運用使得起重機的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)存在諸多的問題，變頻調速以其可靠性好，高品質的調速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運輸機械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 本論文以20/5t*，研究了變頻調速技術在起重機中的應用，并且根據(jù)原有的控制結構，結合組態(tài)軟件和PLC技術，提出了一個改進的系統(tǒng)控制結構，并且采用此體系結構實現(xiàn)了橋式起重機變頻調速系統(tǒng)。本論文的主要內容分為如下五個部分: (1)矢量控制變頻調速原理即本論文的第二章，它首先介紹變頻調速的基本原理，然后介紹了變頻器的基本結構，即變頻器的主電路和控制電路構成，最后介紹了變頻器的基本控制方式一矢量控制方式。為下一步部分的起重機變頻控制系統(tǒng)提供了理論基礎。 (2)變頻調速橋式起重機系統(tǒng)總體方案設計和部件選型即本論文的第三章，起重機變頻調速控制系統(tǒng)主要由上位機(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(PLC控制系統(tǒng))，變頻器等組成，并選擇系統(tǒng)各主要組成部分。 (3)可編程序控制器在橋式起重機變頻控制系統(tǒng)中的應用即本論文的第四章，它首先介紹了PLC原理、系統(tǒng)組成及其各部分的作用，然后論述本系統(tǒng)中PLC的選取，采用Siemens公司S7200型PLC，最后介紹控制系統(tǒng)的構成及各機構的安全保護和檢測。(4)橋式起重機變頻調速系統(tǒng)軟件設計即本論文的第五章，主要分為觸摸屏的軟件設計和系統(tǒng)的PLC程序設計。它首先介紹了組態(tài)軟件，然后講述組態(tài)軟件對觸摸屏的編程，同時根據(jù)控制系統(tǒng)的要求對PLC進行編程。2矢量控制變頻調速 根據(jù)異步電機的知識，異步電機的轉速公式為: N=60f/p*(1s) (21) 其中:n—異步電動機的轉速，單位為r/min。 f一定子的電源頻率，單位為Hz: S一電機的轉速滑差率。 P一電機的極對數(shù)。 由上式(21)可知，如果改變輸入電機的電源頻率f，則可相應改變電機的輸出轉速。在電動機調速時。磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費:若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合適，保持中，不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通是定子和轉子合成產生的。 三相異步電動機每相電動勢的有效值是:Eg= (22) 式中:Eg氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值，單位為v。 f1定子頻率，單位為Hz。 N1定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù)。 KN1基波繞組系數(shù)。 ?M每極氣隙磁通量，單位為Wb。 由公式可知，只要控制好Eg 和f1，便可以控制磁通?M不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況： 1 基頻以下調速: ，要保持不?M變，單頻率f1 從額定值f1n向下調節(jié)時，必須同時降低Eg，然而繞組中的感應電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓U1≈E，則得U1/f=常值。低頻時,U1和Eg 值較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線，無補償?shù)臑閍線，如圖21所示。 U1 （定子相電壓） U1n b a 0 f1n f1 （頻率） 圖21 恒壓頻比控制特性 2 基頻以上調速 在基頻以上調速時，頻率f往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當與直流電機弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機的變頻調速控制特性，如圖22。如果電動機在不同的轉速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升容許的條件下長期運行，這時轉矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉矩調速”的調速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調速”。異步電動機變頻調速特性如下圖22所示: U1 恒轉矩調速 恒功率調速 （定子相電壓） U1n 0 f1n f1 圖22 異步電動機變頻調速特性 整流器整流器 AC DC AC 控制電路 控制電路 運行指令 圖 2—3 變頻器的結構圖變頻器的基本結構見如圖23所示，電機在帶動較大負載在啟動時，會有較大的沖擊電流，采用變頻器時，可以實現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流，解決大負載的啟動問題。變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別(如電網瞬時電壓降低，電網缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。—矢量控制方式 矢量控制交流調速是通過坐標變換使交流電動機獲得與直流電動機相似的數(shù)學模型，從而可采用類似于直流電動機的控制方法來控制瞬時轉矩，使交流調速系統(tǒng)獲得與直流調速系統(tǒng)同樣優(yōu)越甚至更加優(yōu)越的動靜態(tài)特性能。其基本思想是將異步電動機的物理模型等效變換成類似直流電動機的模型，再仿照直流電動機去控制它，等效的原則是在不同坐標中產生的磁動勢相同。在實際的等效變換中，先將異步電動機在三相靜止坐標系