【正文】 升。這種塔式起重機(jī)可以充分發(fā)揮起重高度 ,一般 是空載變幅 ,吊物不能靠近塔身 ,作業(yè)幅度受到限制 ,有效幅度為最大幅度的 70%左右。 （ 1） 輕型 起重量為 ～ 3t， 起重力矩 ≤400kN?m， 一般用于五層以下的民用建筑施工中。 [1] 塔式起重機(jī)的工作要求 1． 塔式起重機(jī)對安裝場地的要求： (1) 選擇安裝地點，應(yīng)注意起重機(jī)的臂架端部活動范圍與別的建筑物及建筑物外圍施工設(shè)施之間的距離不得小于 。在有開挖邊緣的地方安裝大型起重機(jī)，除了按設(shè)計要求打基礎(chǔ)外，在基礎(chǔ)未施工前一定要在靠邊緣區(qū)打樁，以確?；A(chǔ)下面邊緣區(qū)的承載能力防止 基礎(chǔ)受載后整體傾斜。 (7) 軌道式安裝的碎石基礎(chǔ)，如果敷設(shè)在地下建筑物 (如暗溝、防空洞等 )的上面 。路基兩側(cè)或中間應(yīng)設(shè)排水溝，保證路基沒有積水。根據(jù) GB5144 的規(guī)定和 GN／ T13752 塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范的要求，對塔式起重機(jī)的整機(jī)傾翻，要進(jìn)行無風(fēng)靜載工況、有風(fēng)動載工況、突然卸載工況、安裝工況和暴風(fēng)襲擊下的非工況進(jìn)行 計算 ，最后根據(jù)最危險的傾翻狀態(tài)，來確定基礎(chǔ)的重量或應(yīng)加的壓重。與此相適應(yīng)，在 80 年代初期，我國塔式起重機(jī)有了行 業(yè) 組織，有了科研計劃，組織了標(biāo)準(zhǔn)編制，使產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)有章可循，這也是塔式起重機(jī)近 20 年來迅速發(fā)展的重要條件之一。而這些工程應(yīng)用中，我國自己生產(chǎn)的塔機(jī)已唱了主角，基本能滿足國內(nèi)建筑工程的需要。這就影響 了 整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，增加了事故隱患。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以起重量 (t)和起重幅度(m)乘積的起重力矩表示塔機(jī)的起重能力。 1998 年推出的 LTM1500 型（起重量 500t）售價為 540 萬德國馬克。 傳統(tǒng) 的控制方式 以往塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是使用繼電器 接觸器控制方式，功能差、故障率高。傳統(tǒng)的調(diào)速 (起升機(jī)構(gòu) )方法較多，有變極多速電機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)、能耗制動調(diào)速機(jī)構(gòu)、渦流制動調(diào)速機(jī)構(gòu)等， 這些調(diào)速機(jī)構(gòu)都存著調(diào)速范圍小、速度穩(wěn)定性差，無法長時間低速下降載荷 (大起 重量的大型塔吊、低速運行時間都超過 20%機(jī)構(gòu)總運行時間 )，而且可靠性低、維護(hù)量大、能耗高。變極調(diào)速的鼠籠電機(jī)，由于受起動電流的限制，功 率 在 24kW 以下比較適用。不管是鼠籠式還是繞線式，其變極方法基本上是定子繞組采用 △—Y 形接線法。目前，國內(nèi)采用變頻調(diào)速較少， PLC 使用軟繼電器 (貯存器 )來存貯和傳遞繼電器的狀態(tài)量 0 和 1 實現(xiàn)了繼電器動作無沖擊化 ， PLC 采用了模塊化 ， 結(jié)構(gòu)簡單，可靠性大大提高，維護(hù)方便 ； PLC 使用梯形圖言，編程簡單，修改方便 ； PLC 帶有 A/D 模塊可以對模擬量輸人進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。利用半導(dǎo)體功率開關(guān)器件如晶閘管、電力晶體管等變頻裝置構(gòu)成變頻電源對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速已得到廣泛采用。但塔機(jī)的工作環(huán)境、工作條件和需要完成的任務(wù)，決定它與別的電力拖動系統(tǒng)又不一樣。 （ 2） 塔式起重機(jī)作業(yè)范圍大，調(diào)速范圍寬，高速與低速比值可以達(dá)到十幾倍，這就給交流調(diào)速提出了較高的要求。 本系統(tǒng)將塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)由繼電器控制改為 PLC 控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速 .塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總框圖如圖 21 所示 塔式起重機(jī) 運行機(jī)構(gòu)的起動時間應(yīng)盡量符合實際需要，起動迅速而平穩(wěn)；機(jī)構(gòu)的電氣制動方式必須著重考慮 .對不同的工況，可選擇自由制動方式與強(qiáng)制制動方式 .在運行機(jī)構(gòu)正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產(chǎn)中的運行情況設(shè)定， 以盡量滿足司機(jī)操作塔式起重機(jī)的需要為主 .為保證起升機(jī)構(gòu)起動時具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，可以通過設(shè)定機(jī)械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關(guān)系，以滿足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求 .變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定能保證機(jī)構(gòu)具有良好的調(diào)速精度及起制動性能。 塔機(jī)最常用的工作荷重是最大吊重的 1／ 4～ 1／ 3，最大荷重很少應(yīng)用。 (1)基本速度 塔機(jī)最大荷重時，變幅小車在臂架上運行產(chǎn)生的振動較大，速度不宜過快，一般采用低速或中速，電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩條件下應(yīng)滿足這一要求。 (3) 就位速度 為了把重物平穩(wěn)準(zhǔn)確地放在預(yù)定位置，變幅機(jī)構(gòu)通常要設(shè)定一個就位慢速。 變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。 電機(jī)功率選擇 (1)已知條件：額定起重總重量 F， 提升速度 v，起升機(jī)構(gòu)機(jī)械效率 η，電機(jī)功率 PN應(yīng)按下式計算： PN=（ vF） /η103 （ 32） 式中： PN——電機(jī)功率， kW； F——額定起重量 (最小幅度時 )+吊鉤重量 +鋼絲繩重量 ， N； v——提升速度， m／ s； η——機(jī)械效率。 （ 2） 坡道阻力： Fp=(Q+ G)i （ 35） 式中 ： i——坡道阻力系數(shù)。 根據(jù)設(shè)備功率系數(shù) Pg 和荷重功率系數(shù) Pq，可以認(rèn)為變幅機(jī)構(gòu)運行時，設(shè)備消耗的功率約等于 PgV；荷重所需的功率約等于 QPqV。運行速度 30m／ min時，電機(jī)功率 2． 2kW，荷重與變幅小車所需的功率分別是 kw 和 。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運 算的變頻器來說，有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路。智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。 (2) 多種控制方式的結(jié)合 單一的控制方式有著各自的優(yōu)缺點，并沒有 “萬能 ”的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結(jié)合起來，例如將學(xué)習(xí)控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，自適應(yīng)控制與模糊控制相結(jié)合，直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，或者稱之為 “混合控制 ”，這樣取長補(bǔ)短，控制效果將會更好。變頻器產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)會帶來污染，降低變頻器工作時的噪聲以及增強(qiáng)其工作的可靠性、安全性江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 等等這些問題，都試圖通過采取合適的控制方式來解決，設(shè)計出綠色變頻器。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性。 (4) 軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類對動態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，原來多采用直流傳動方式。 [5] 三菱 FRA540 變頻器 三菱 FRA540 變頻器 為 通用型變頻器， 功能 多 、 適用于 重負(fù)載 。 （ 4） 內(nèi)置 RS485 通信口，并可支持各種常用的現(xiàn)場。 ③ 過載能力是以過電流與變頻器的額定電流之比的百分?jǐn)?shù) (%)表示的。 ⑤ 短時間額定 5s。 由式 （ 4—1）得控制起升電機(jī)的變頻器容量為 ，控制小車電機(jī)的變頻器容量為 . 2． 變頻器的主電路 三菱 FRA540 變頻器的主電路 如圖 4—1 所示 ： 主要由 整流部分、逆變部分和濾波部分組成 。 圖 45 電源再生單元 塔式起重機(jī)的 PLC 控制和變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 17 變頻器外部設(shè)備及其選擇 在選定了變頻器之后，下一步的工作就是根據(jù) 需要選擇與變頻器配合工作的外部設(shè)備。選用目的：如果電網(wǎng)電壓不是變頻器所需要的電 壓等級．使用電源變壓器將高壓電源變換到通用變頻器所需要的電壓等級。選擇方法：如果沒有工頻電網(wǎng)切換電路 f接觸器 3kM)．考慮在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的起動電流可以控制在較小范圍內(nèi)，因此電源側(cè)斷路器 QF的額定電流可按變頻器的額定電流來選用。變頻器即使無電磁接觸器 1kM也可使用，使用時應(yīng)注意如下事項：不要用電磁接觸器 lkM頻繁地起動和停止 f變頻器輸入電路的開閉壽命大約為 10萬次 )；不能用電磁接觸器 1kM 停止變頻器。用 于限制變頻器因高次諧波對外界的干擾。選用與否要視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網(wǎng)電壓允許的波動程度而定。它可以縮短大慣性負(fù)載的自由停車時間，還可以在位能負(fù)載下放時，實現(xiàn)再生運行。 塔式起重機(jī)的 PLC 控制和變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 19 第 5 章：三菱 FX2N48MRPLC 及系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 相關(guān)簡介 PLC 是本世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一種新型自動 化控制裝置。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美 國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 I/O 模塊集成了 PLC 的I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 輸入 / 輸出 模塊 編程器 中央處理單元 (CPU) 用戶現(xiàn)場設(shè)備 框架 （帶電源） 塔式起重機(jī)的 PLC 控制和變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 21 5． 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。 7． PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 （ 1） 編程 設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維 護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。 8． PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠 先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 對于一個自動化工程 (特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。 （ 3） 維護(hù)較容易。 三菱 PLC 以其高性能，低價格應(yīng) 合 了中國工控行業(yè)的需要，在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。 FX2N48MR 可編程控制器 (簡稱 SL2N)是 48 路 I/O 板式小型可編程控制器 (SL2N)是帶有 48 路 I/O、 4 路 AD、 2 路 DA、 RS232C\RS485 通信接口、擴(kuò)展接口的一體化小型可編程控制 器，可靈活運用在各種工業(yè)自動控制場合。內(nèi)部有常開 /常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。 2． 輸出繼電器（ Y） PLC 的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為 Y000 ～ Y007， Y010～ Y017， Y020～ Y027 。它的電子常開 /常閉觸點使用次數(shù)不受限制。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等 。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生塔式起重機(jī)的 PLC 控制和變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 23 誤動作。 6． 數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器是計算機(jī)必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。接線圖如 圖 53 所示 塔式起重機(jī)的 PLC 控制和變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 25 圖 53 PLC 接線圖 PLC 梯形圖 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 控制系統(tǒng)主要完成塔式起重機(jī)的起升電機(jī)、小車電機(jī)、以及塔臂電機(jī)一系列的操作。 按下 “確定 “按鈕，即可進(jìn)入變成界面。同時為了提高傳送程序文件的效率，還可以在下載前設(shè)置傳送的范圍。 方法二就是利用功能鍵輸出操作，其方法與上面相同。 （ 3） 插入和刪除 編程中經(jīng)常要用到插入和刪除某一行或者某一列、一邏輯行等，所以可采取下措施： ① 插入：將光標(biāo)移動到要插入的位置，然后選擇： “編輯 ”菜單，執(zhí)行菜單中的 “行插入 ”命令，即可輸入編程元件，從而實現(xiàn)邏輯行的輸入。 ① 語言轉(zhuǎn)換 軟件可實現(xiàn)編程語言（編輯器）之間的任意切換，選擇 “視圖 ”菜單中的 STL、 LAD 便可進(jìn)入對應(yīng)的編程環(huán)境，使用最多的是 STL 和、 LAD 之間的互相轉(zhuǎn)換。 1． 監(jiān)控 /測試 （ 1）元件監(jiān)控（ X、 Y、 M） 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 選擇 “監(jiān)控 /測試 ”菜單，執(zhí)行 “進(jìn)入元件監(jiān)控 ”命令彈出元件監(jiān)控的對話框，輸入要監(jiān)控的元件啟始編號，輸入要監(jiān)控元件的數(shù)量，按下 “確定 ”按鈕，在屏幕上顯示的元件的狀態(tài)。 強(qiáng)制輸出 ， 利用該功能來是指定元件的 ON/OFF。 評價課題 ： 目前國內(nèi)塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是使用繼電器 接觸器控制 PLC 以其體積小、使用壽命長，性能價格比、自動化智能化水平高的特點和優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域。遇到不明白的地方還可以互相探討。編 程時，要明確自己所要控制的目的，對每個 LAD 元素的結(jié)構(gòu)和功用及參數(shù)要有十足的了解，然后再確立自己編程的方案，這樣編出的程序才會盡善盡美