【正文】 起升機(jī)構(gòu)的安全措施主要有一個(gè)防止撞頂?shù)南尬坏男谐涕_(kāi)關(guān)和一個(gè)過(guò)載保護(hù)的行程開(kāi)關(guān)。由于該三檔速度所使用的傳動(dòng)機(jī)械是不變基于 PLC 的 10t 橋式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 共 60 頁(yè) 的傳動(dòng)系數(shù)也不變，于是可得： 3332 ff ?? ， 32f =30Hz， 33f =，式中 32f 為中速檔變頻器的工作頻率， 33f 為變頻器低速檔工作的頻率。中速在中速檔中本設(shè)計(jì)選擇為 35m/min， 低速在低速檔中選擇為 15m/min。由于該三檔速度所使用的傳動(dòng)機(jī)械是不變的傳動(dòng)系數(shù)也不變，于是可得： 1312 ff ?? ， 12f =， 13f =，式中 12f 為中速檔大車變頻器的工作頻率， 13f 為大車變頻器低速檔工作的頻率。直流回路電壓可計(jì)算為 6 0 05 9 8 0 ????? VU D 變頻器 ,則制動(dòng)電阻的取值范圍為 40歐～ 80歐。 I 為額定電流，單位 A。 變頻器的配置和制動(dòng)電阻 變頻器基本配置的選擇 變頻器的基本配置有隔離開(kāi)關(guān)、交流接觸器、交流電抗器、直流電抗器。 （ 11）逆轉(zhuǎn)防止選擇 () “逆轉(zhuǎn)防止選擇”設(shè)置為 0，即正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)均可。 （ 4） “加 /減速曲線”選擇 () 設(shè)置為 2，即“ S 形加 /減速 B”。因此可以根據(jù)各電動(dòng)機(jī)的電流總值來(lái)選擇變頻器，而不是根據(jù)功率總值來(lái)選擇變頻器。以上三個(gè)等式是統(tǒng)一的想，選擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)等式的關(guān)系，尤其是“變頻器電流”這么一個(gè)較關(guān)鍵的量。 橋式起重機(jī)的負(fù)載類型屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型，有兩種變頻器類型可以選擇：一是采用普通功能型變頻器。 RUN 變頻器正在運(yùn)行 變頻器輸出頻率為啟動(dòng)頻率以上時(shí)為低電平，正在停止或正在制動(dòng)為時(shí)為高電平 1。也可用于直流電源輸出。 RT 第 2 加減速時(shí)間選擇 RT 信號(hào)處于 ON 時(shí)選擇第 2 加 /減時(shí)間。 表 變頻器主電路接線端子說(shuō)明 基于 PLC 的 10t 橋式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 60 頁(yè) 端子號(hào) 端子名稱 說(shuō) 明 R, S, T 交流電源輸入 連接工頻電源 U, V, W 變頻器輸出 接三相異步電動(dòng)機(jī) R1, S1 控制回路電源 與交流電源端子 R， S 連接。當(dāng)正弦波的值在某點(diǎn)上大于三角波的值時(shí)，開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，輸出矩形脈沖，反之，開(kāi)關(guān)元件截止。 (5) 逆變電路 三相逆變電路時(shí)由 V1~V6晶閘管構(gòu)成的三相逆變橋電路和續(xù)流電路組成，如圖 所示。但在很多變頻器中已由晶閘管 SL 所代替。 由于收到點(diǎn)解電容的容量和耐壓能力的影響，濾波電容器通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，再由兩組CF1和 CF2串聯(lián)而成。這樣電動(dòng)機(jī)鐵芯的效能沒(méi)有得到充分利用，而且磁通減小也會(huì)使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩下降。 交 — 直 — 交變頻器是由整流器、中間濾波器和逆變器三部分組成。圖 是電氣控制方案的控制框圖，華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 60 頁(yè) 圖中 YB YB YB3 是電機(jī) M M M3 的斷電電磁抱閘制動(dòng)器，圖中的箭頭方向表示控制控制信號(hào)流動(dòng)的方向。本產(chǎn)品廣泛適用于普通重物的裝卸與搬運(yùn) ，還可配以多種專用吊其進(jìn)行特殊作業(yè)，當(dāng)露天使用時(shí)帶有防雨設(shè)備。 橋式起重機(jī)相關(guān)參數(shù)的介紹 本設(shè)計(jì)是以山東華起起重機(jī)械有 限公司生產(chǎn)的 QD型 10 噸吊鉤橋式起重機(jī) 為機(jī)械基礎(chǔ)的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) QD 型吊鉤橋式起重機(jī)是采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)制造的系列產(chǎn)品。制動(dòng)器無(wú)裂紋，無(wú)松動(dòng)，無(wú)嚴(yán)重磨損，制動(dòng)間隙兩側(cè)相等 尺寸合適，有足夠的制動(dòng)力，華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 60 頁(yè) 制動(dòng)帶磨損小于原厚度的 50%。主小車吊鉤上懸掛特殊翻料器，用以支持和翻轉(zhuǎn)工件；副小車用來(lái)抬起工件。 錠脫起重機(jī) 用以把鋼錠從鋼錠模中強(qiáng)制脫出。 簡(jiǎn)易梁橋式起重機(jī)又稱梁式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機(jī)類似，起重量、跨度和工作速度均較小。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)。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 60 頁(yè) 帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車輪；另一類為分別驅(qū)動(dòng)、即兩邊的主動(dòng)車輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 (1)橋式起重機(jī)應(yīng)用 橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的重要工具和設(shè)備。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 (3)根據(jù)控制要求確定控制方案。也是一門多學(xué)科交叉的專門技術(shù)。他們是現(xiàn)代化生產(chǎn)的好、重要組成部分和基石。采用矢量控制的目的，主要為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。 1998 年以后，隨著大功率 IGBT 技術(shù)的發(fā)展，大功率交流變頻驅(qū)動(dòng)器得到了快速的發(fā)展，起重機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)逐步采用交流變頻電機(jī)加交流變頻驅(qū)動(dòng)器的拖動(dòng)形式，以代替直流系統(tǒng)。 最初的起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是由交流繞線電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。該電氣控制系統(tǒng)有行程開(kāi)關(guān)的保護(hù)措施以及變頻器反饋給 PLC 的信號(hào)來(lái)實(shí)施保護(hù)。該設(shè)計(jì)主電路中改變電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)主要由變頻 器器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在控制電路中實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的各種功能主要由 PLC 實(shí)現(xiàn)。它具有上下起升、前后平移、左右平移的功能，其主要由電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。在限位保護(hù)方面，大車、小車兩邊都設(shè)有保護(hù)行程開(kāi)關(guān)，小車設(shè)有一個(gè)限位保護(hù)行程開(kāi)關(guān)和一個(gè)超載保護(hù)行程開(kāi)關(guān)。 PLC control 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 60 頁(yè) 1 緒論 起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。 當(dāng)大功率可控硅的技術(shù)發(fā)展成熟，各大電氣公司相繼開(kāi)發(fā)出了大功率的直流拖動(dòng)系統(tǒng)。 V/F 調(diào)速，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是調(diào)壓調(diào)頻，主要 應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)構(gòu)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分。盡管如此，繼電器 接觸器的邏輯控制方法仍然是基本方法。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 60 頁(yè) 本課題設(shè)計(jì)的任務(wù)與意義 本設(shè)計(jì)的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面： (1)對(duì)橋式起重機(jī)控制要求的分析來(lái)明確需要控制對(duì)象以及在控制中出現(xiàn)的相關(guān)情況的保護(hù)和限制，從而使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)的要求安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。 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)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。由于它的兩端坐落在高大的水泥柱或者金屬支架上，形狀似橋。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器 、減速器、卷筒和滑輪組。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?？崭硅旒芙Y(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(shí)腹工字形梁外，其余三片鋼板上按照設(shè)計(jì)要求切割成許多窗口，形成一個(gè)無(wú)斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺(tái)板，起重機(jī)運(yùn)行機(jī)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(guó)是較為廣泛采用的一種型式。主要有五種類型： 基于 PLC 的 10t 橋式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 60 頁(yè) 鑄造起重機(jī) 供吊運(yùn)鐵水注入混鐵爐、煉鋼爐和吊運(yùn)鋼水注入連續(xù)鑄錠設(shè)備或鋼錠模等用。主柱可繞垂直軸回轉(zhuǎn)，挑桿可上下擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)。鋼絲繩端部連接及固定的卡子、壓板、鍥塊連接完好，無(wú)松動(dòng)，壓板不少于 2 個(gè)，卡子數(shù)量不少于 3 個(gè)。為此，進(jìn)行了如下改進(jìn)： ① 增大集電器電刷倒角，并打磨光滑； ② 增加集電器兩相對(duì)電刷間彈簧強(qiáng)度、彈性，保證彈簧恢復(fù)自如； ③ 加深。增加可靠性。當(dāng) PLC 控制變頻器頻率端子輸入信號(hào)時(shí)或正反信號(hào)，控制變頻器的端子對(duì)變頻器發(fā)出改變頻率的信號(hào)正反轉(zhuǎn)的信號(hào)，從而使被控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變或者 轉(zhuǎn)速方向發(fā)生改變。但連續(xù) 可調(diào)的頻率范圍窄，一般在額定頻率的 1/2 以下，故它主要用于低速大容量的拖動(dòng)系統(tǒng)。即 m??? 。主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 限流電路圖，當(dāng)電路中串入限流電阻 RL 后，就限制了電容充電電流，對(duì)整流橋起保護(hù)作用。此方法適用于小容量系統(tǒng)。 2. PWM 控制技術(shù) PWM（ Pulse Width Modulation）控制技術(shù)就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn) 行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）；面積等效原理是 PWM 技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論；一種典型的 PWM 控制波形 SPWM：脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形稱為 SPWM 波。變頻器的接線端口分為上下兩部分，上部分為控制 接線端，下部分為主電路接線端，圖 是變頻器主電路的接線端子排布的具體情況，圖 是變頻器的控制電路的接線端子排布的具體情況。 當(dāng)STF 和STR 同時(shí)為 ON時(shí)，為停止指令 STR 反轉(zhuǎn)啟動(dòng) STR 信號(hào) ON 為逆轉(zhuǎn)， OFF為停止 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 共 60 頁(yè) STOP 啟動(dòng)自保持選擇 使 STOP 信號(hào)處于 ON，可以選擇啟動(dòng)信號(hào)自保持。 CS 瞬時(shí)停電再啟動(dòng) CS 信號(hào)預(yù)先處于 ON 時(shí)，瞬間停電再恢復(fù)時(shí)變頻器便可自行啟動(dòng)。不要接大地。四臺(tái)電機(jī)選用 三臺(tái)變頻器來(lái)控制， 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 共 60 頁(yè) 表 橋式起重機(jī)的電機(jī)的型號(hào)及功率 起升機(jī)構(gòu)電機(jī) 型號(hào) /KW YZR200L6Z/22 小車電機(jī) YZR132M6Z/ 大車電機(jī) YZR160M26/2 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)為 YZR200L6Z/22 型號(hào)，該電機(jī)是 6 個(gè)磁極，額定轉(zhuǎn)速 964r/min,額定電流 , 額定電壓為 380V。 A）需要同時(shí)滿足下列的三個(gè)計(jì)算式 ?? c o sMCNkPP ? () 3103 ???? MMCN IUkP () MCN kII ? () 基于 PLC 的 10t 橋式起重機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 60 頁(yè) 式中： MP 為負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率； ? 為電動(dòng)機(jī)的效率（通常約 ）； ?cos 為電動(dòng)機(jī)的功率的因數(shù)（通常約 ）； MU 為電動(dòng)機(jī)的電壓 (V) MI 為電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流（ A） k 為電流波形的修正系數(shù)（ PWM 方式時(shí)取 ~） CNP 為變頻器的額定容量（ kV 5% 冷卻方式 自冷 強(qiáng)制 風(fēng)冷 ② 一臺(tái)變頻器并聯(lián)多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行 一臺(tái)變頻器并聯(lián)多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，上述關(guān)于變頻器容量的選擇原理仍適用。 （ 2） 輸出頻率范圍 (， ) “上限頻率”設(shè)置為 60Hz。頻率搜索開(kāi)始檢測(cè)瞬時(shí)掉電后開(kāi)始頻率搜索。 “頻率設(shè)定電壓增益” 設(shè)置為 5V 對(duì)應(yīng) 50Hz。在本設(shè)計(jì)中交流接觸器選擇為 GTM1L225 系列的額定電流為125A。 變頻器 FRF54030KCH的容量為 ,可以選擇直流電抗器為 DCL0023VF 變頻器 KVA，可以選擇直流電抗器為 DCL0095VF 表 直流電抗器的型號(hào)及參數(shù) 電抗器型號(hào) 適配 功率 (KW) 額定 電流 (A) 絕緣等級(jí) 電感量 （ mH） DCL0003VF 3A F/H 28 DCL0006VF 6A F/H 11 DCL0012VF 12A F/H DCL0023VF 23A F/H DCL0033VF 15 33A F/H 2 DCL0040VF 40A F/H DCL0050VF 22 50A F/H DCL0065VF 30 65A F/H DCL0078VF 37 78A F/H DCL0095VF 45 95A F/H 制動(dòng)電阻的選擇 制動(dòng)電阻的作用時(shí)當(dāng)電容電壓超過(guò)設(shè)定值后，經(jīng)過(guò)制動(dòng)電阻消耗回饋電能。根據(jù)起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，起重量小于 50 噸的起重機(jī)，大車的高速速度為 80~125m/min,中速為 63~100m/min,低速為 20~50m/min。前后移動(dòng)的速度也可以劃分成三個(gè)檔，即高速、中速、低速。根據(jù)起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，起重量小于 50 噸的起重機(jī)，起升機(jī)構(gòu)的高速速度為 ~16m/min,中速為 5~,低速為 ~5m/min?？刂拼筌嚨淖冾l器具有過(guò)流保護(hù)、欠相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等保護(hù)功能，當(dāng)保護(hù)功能中的任何一個(gè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，變頻器就會(huì)停止輸出，同時(shí) A,B,C 發(fā)出故障信號(hào) ,將該故障信號(hào)輸入到控制電路中，使大車的電磁制動(dòng)器，防止碰撞、自由下落等事故的發(fā)生。 變頻