【正文】 stem, the programmable controller and frequency converter is applied to the bridge crane control system, and has carried on the detailed design. This design is mainly discussed the improvement of the programmable controller (PLC) and inverter bridge crane control system. And expounded the basic principles of PLC and frequency converter control. Adopting Siemens S7200 PLC system, can control the crane cart, the direction and speed of the car, the ascending and descending direction and speed of the hook, at the same time can detect various motor fault phenomenon. In this design,Changing the working state of the motor in circuit mainly by the frequency converter device to the control circuit to achieve the functions of bridge crane is mainly posed of PLC to realize. Finally the programmable controller software design, develop the safe, reliable and efficient control program. Key words: Bridge crane。 時(shí)至今日，在其承載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、取物裝置、控制系統(tǒng)及安全裝置各方面都有了很大的發(fā)展。 通用橋式起重機(jī)又稱 “ 天車 ” 或 “ 行車 ” ，它 是一種橫架在固定 的 跨間上空用來(lái)吊運(yùn)各種物件的設(shè)備。 [6] 橋式起重機(jī)一般由 可整體前后移動(dòng)的橫梁 (大車 )、 左右移動(dòng)的 小車、 固定在小車上可上下移動(dòng)的主副鉤、 操縱室、小車導(dǎo)電裝置 (輔助滑線 )、起重機(jī)總電源導(dǎo)電裝置 (主滑線 )等部分組成。大車運(yùn)行速度為 75m/min，小車運(yùn)行速度為 45m/m。所以我們要設(shè)法對(duì)其控制方式進(jìn)行改造，減少電路中的沖擊電流，改變調(diào)速方式，減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)效率。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題，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機(jī)運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 [9] 國(guó)內(nèi)外起重機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 隨著 工業(yè) 生產(chǎn)的機(jī)械化程度不斷變高，生產(chǎn)效率不斷提高，生產(chǎn)物件的運(yùn)輸要求也隨之變高，就要求有控制更加便捷化和高速化的起重機(jī) ， 而且要 對(duì) 安全性 和可靠性提出更高的要求。大型高效起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 2 橋式起重機(jī)的控制 橋式起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 橋式起重機(jī)由橋架（雙稱大車），裝有起升機(jī)構(gòu)的小車、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及駕駛室等幾部分組成，如下圖 所示 圖 橋式起 重機(jī)結(jié)構(gòu)圖 橋架是橋式起重機(jī)的基本構(gòu)件， 它 由主梁、端梁、走臺(tái)等幾部分組成。小車可沿橋架主梁上的軌道左右移行。提升機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器等組成，提升電動(dòng)機(jī)通過(guò)制動(dòng)輪、聯(lián)軸節(jié)與減速器聯(lián)接，減速 器輸出軸與起吊卷筒相聯(lián)。 分別驅(qū)動(dòng)是由兩套獨(dú)立的無(wú)機(jī)械聯(lián)系的運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。目前我國(guó)生產(chǎn)的橋式起重機(jī)大部分采用分別驅(qū)動(dòng)方式。其上方有通向走臺(tái)的艙口。 該起重機(jī)有 兩個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，主鉤起重量為 20 噸，副鉤起重量為 5 噸，分別由電動(dòng)機(jī)M M2 拖動(dòng)。 YB1～ YB5 分別為主卷?yè)P(yáng)、副卷?yè)P(yáng)、小車與大車電動(dòng)機(jī)各自的制動(dòng)電磁鐵。另一方面，凸輪控制器中有形的觸點(diǎn)在頻繁的切除中很容易出故障，給維修帶來(lái)了不便。改造中采用 PLC 代替接觸器開關(guān)來(lái)解決凸輪控制器的缺點(diǎn)。四臺(tái)變頻器分別控制相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，然后四臺(tái)變頻器所需的輸入口線均接在 PLC 上。 圖 橋式起重機(jī)的 PLC控制原理圖 PLC 實(shí)現(xiàn)的主令控制器 繼電接觸器為基礎(chǔ)的橋式起重機(jī)電路，一般都是用凸輪控制器來(lái)控制大車、小車、主副鉤的操作。 表 31 三檔主令開關(guān)開合表 輸入端口 向前 零位 向后 x x x 注 x— 觸頭閉合 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 本設(shè)計(jì)使用圖 所示的一個(gè)三檔位的主令控制器及兩只升降速按鈕作為操作器件，使用 PLC 及接觸器模擬凸輪控制器工作。 （ 2） 在按動(dòng)接于 及 的按鈕時(shí)，使加減速檔位存儲(chǔ)器 VB100 中存儲(chǔ)的數(shù)字在 1～5 間依順序變化，以控制輸入電動(dòng)機(jī)的電源頻率大小。隨著高開關(guān)頻率的工 GBT 等電力電子器件的使用 、 PWM調(diào)制、矢量控制、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。 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電動(dòng)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)率電機(jī) 向 前 零 位 向 后 I I I 加速 減速 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 在 60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。 計(jì)算及電機(jī)的選取 通過(guò)對(duì)參考文獻(xiàn)和網(wǎng)上的查閱，得到有關(guān)本設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)如下： 小車車輪直徑： Φ315mm 大車車輪直徑 ： Φ630mm 起重機(jī)總重： 小車自重： 吊鉤自重： 500kg 小車運(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = 大車運(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = A. 主起升機(jī)構(gòu)： （ 1）初選電動(dòng)機(jī) ? ? ? ? NNgGQG Q ??????? () smmvq /1 2 i n/ ?? KWKWvGP qQj ????? ? () 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用 YZR225M8 電動(dòng)機(jī)，當(dāng) S3， %25?JC 時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率為26KW。 C. 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 (1) 運(yùn)行靜阻力，大車運(yùn)行部分總質(zhì)量：? ? ? ? NNgGQG G 5 2 5 8 1 8 6 0 02 5 0 0 0 ???????? () 因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力 01??G ，坡度阻力 0??G ，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù) ? = NNGGG GZ 6 8 00 0 2 5 8 1 61 ????? ? ? () (2) 運(yùn)行靜功率： ?yv 75m/min=大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率 ?? KWKWvGP yz 00 8010 001 ????? ? () (3) 運(yùn)行加速功率 取 stsm s ,/ 2 ??? KWKWgt vGPsyG 581 22 ??? ???? ?? () (4) 初選電動(dòng)機(jī) ? ? ? ? KWPPmP MN 11 1 ??????? ?? () 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用兩臺(tái) YZR160M16 電動(dòng)機(jī)，當(dāng) %25?JC ， ?NP (5) 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，該大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率 %25?JC ， CZ=600，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) G=，所以， KWKWvGGP yz ?? ???? ? () 根據(jù)《橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，當(dāng) %25?JC ， CZ=600 時(shí)， ?NP ， 即 ,所以電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。 圖 變頻器主電路 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 A. 交－直變換部分 （ 1） VD1～ VD6 部分 ，將交流變換為直流。由于兩組電容特性不可能完全相同，在每組電容組上并聯(lián)一個(gè)阻值相等的分壓電阻 RC1 和 RC2。 （ 4） 電源指示 HL： 當(dāng)變頻器通電后起指示作用 ， 還能夠提示當(dāng)變頻器斷電后變頻器中是否有電。作用是為放電電流 IB 流經(jīng) RB 提供通路 。 變頻器的控制電路 給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào) ）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 圖 變頻器的控制 電路 變頻器選擇及電流驗(yàn)證 A. 起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)距一般是額定力矩值的 倍。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。 對(duì)于起重機(jī)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，考慮到功能性負(fù)載，工作時(shí)總是重載起動(dòng)、制動(dòng)。 矢量控制的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。 再生電流三相全波整流后的平均值約等于其峰值，而所需附加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩中可扣除電動(dòng)機(jī)本身的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 可編程控制器 可編程控制器的概述 可編程程序控制器 (Programmable Controler) ，也稱為 PLC(programmable Logic controler)?？梢愿鶕?jù)對(duì)象的不同，選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊。 （ 2） 適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活 PLC 產(chǎn)品品種齊全，系列多元化 ，基本采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇，來(lái)達(dá)到不同的控制要求 （ 3） 編程方便，易于使用 PLC 的編程采用了直觀易懂的梯形圖語(yǔ)言，便于現(xiàn)場(chǎng)的使用和學(xué)習(xí) （ 4） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修方便，維修工作量少 PLC 的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，接口電路一般也是模塊式，便于維修更換。例如歐姆龍公司生產(chǎn)的 PLC 功能強(qiáng)大，系列齊全，但是環(huán)境適用能力不如其他的 PLC， 一般多用于電子行業(yè)；三菱公司生產(chǎn)的 PLC 環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，往往用于重工業(yè)領(lǐng)域等環(huán)境復(fù)雜的地方，典型應(yīng)用為機(jī)床；而西門子公司的 PLC 編程簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程，通信能力強(qiáng)，電 源 C P U 存儲(chǔ)器 輸 入模 塊 輸 出模 塊 通信模塊 編程或編程軟件 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 且比較適合初學(xué)者使用。 S7200 系列 PLC 含有多種不同規(guī)格的基本單元 （ CPU）。 I/O 端口分配 表 35 I/O 端口分配表 I/0 點(diǎn) 用途 I/0 點(diǎn) 用途 I/0 點(diǎn) 用途 I/0 點(diǎn) 用途 主回路啟動(dòng) 小車啟動(dòng)按鈕 大車反轉(zhuǎn) 主鉤變頻器 X2 主回路停止 小車停止按鈕 大車變頻器 X1 主鉤變頻器 X3 主令控制器零位 小車故障保護(hù) 大車變頻器 X2 副鉤電源 前限位 主鉤過(guò)電流保護(hù) 大車變頻器 X3 副鉤正轉(zhuǎn) 后限位 主鉤啟動(dòng)按鈕 小車電源 副鉤反轉(zhuǎn) 主令控制器向前 主鉤停止按鈕 小車正轉(zhuǎn) 副鉤變頻器 X1 主 令控制器向后 主鉤故障保護(hù) 小車反轉(zhuǎn) 副鉤變頻器 X2 主回路過(guò)電流保護(hù) 副鉤啟動(dòng)按鈕 小車變頻器 X1 副鉤變頻器 X3 主令控制器加速 副鉤停止按鈕 小車變頻器 X2 電機(jī)正接 主令控制器減速 副鉤故障保護(hù) 小車變頻器 X3 電機(jī)反接 急停 主電源輸出 主鉤過(guò)電流保護(hù) 變頻器 X1 復(fù)位 急停 輸出 主鉤電源 變頻器 X2 大車啟動(dòng)按鈕 復(fù)位輸出 主鉤正轉(zhuǎn) 變頻器 X3 大車停止按鈕 大車電源 主鉤反轉(zhuǎn) 大車故障保護(hù) 大車正轉(zhuǎn) 主鉤變頻器 X1 本系統(tǒng)的輸入口包括主回路啟停、主令控制器各位置、各電動(dòng)機(jī)啟停、各電動(dòng)機(jī)限位、各電動(dòng)機(jī)故障輸入、過(guò)電流保護(hù)、急停、復(fù)位等；輸出口包括主電路電源、復(fù)位輸出、急停輸出、各電動(dòng)機(jī)電源、各電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、各電動(dòng)機(jī)變頻器輸出、過(guò)電流保護(hù) 輸出等。各電動(dòng)機(jī)啟停與故障輸入接在 PLC 的輸入端口上，用以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與