【文章內(nèi)容簡介】 據(jù)為：交流50HZ，額定工作電壓380V及直流220V一下；額定發(fā)熱電流10A；額定操作頻率1200次/h；LK18在380V電壓，接通電流26A，=,，=，電壽命為100萬次。圖24所示為LK18系列主令控制器的外形圖。圖24主令控制器示意圖根據(jù)20/5T橋式起重機(jī)特點(diǎn)及電動機(jī)的因數(shù)，故選用型號為LK1810/1102的主令控制器。3 橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選用 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，各機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。由于各機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)不同，對調(diào)速要求也不相同。圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下面分別對各機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說明。起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。不但要求高的轉(zhuǎn)速及起制動的控制精度。而且對轉(zhuǎn)矩控制要求嚴(yán)格。主起升和副起升兩臺電動機(jī)各自使用一個變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動機(jī)的額定電流，負(fù)載率。變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。通過計(jì)算。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)二臺電動機(jī)用一個變頻器；考慮到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速中運(yùn)行機(jī)構(gòu)共用一臺變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級的變頻器。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起動時間應(yīng)盡量符合實(shí)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(yùn)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(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行情況設(shè)定，以盡量滿足司機(jī)操作橋式起重機(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(yùn)行頻率、運(yùn)行電流之間的關(guān)系，以滿足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求。 電動機(jī)的選用 變頻調(diào)速對電動機(jī)的要求采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動等方面。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。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電動機(jī)可以避開共振點(diǎn)，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。目前，變頻器己經(jīng)發(fā)展到除非有超同步調(diào)速的要求或呈1:20以上的大速比，一般無須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電動機(jī)?，F(xiàn)在國內(nèi)推出的變頻專用電動機(jī)由普通電機(jī)加獨(dú)立風(fēng)扇組成，以解決電動機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電動機(jī)過熱問題。 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電動機(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)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致。在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。 電動機(jī)的冷卻一般變頻器在調(diào)速比為1:20的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過載力矩值。此外，起重機(jī)電機(jī)多用于大慣量短時工作制，通常不工作時間大于或略小于工作時間。，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時電機(jī)通常工作在額定功率以下。但若電機(jī)要求在整個工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。 計(jì)算及電機(jī)的選取根據(jù)書上及網(wǎng)上所查得的有關(guān)本課題所需數(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)=計(jì)算如下：主起升機(jī)構(gòu)：（1）初選電動機(jī) 根據(jù)電動機(jī)樣本，選用YZR225M8電動機(jī)，當(dāng)S3，時，電動機(jī)允許功率為26KW。 （2）電動機(jī)的過載校驗(yàn)，對繞線式轉(zhuǎn)子電動機(jī)，H= 所以， 根據(jù)規(guī)定,，CZ=150,，所以電動機(jī)校驗(yàn)通過。副起升機(jī)構(gòu)：（1）初選電動機(jī) 根據(jù)電動機(jī)樣本，選用YZR180L8電機(jī)，當(dāng)S3，時，電動機(jī)允許功率為13KW。 （2）電動機(jī)的過載校驗(yàn)根據(jù)規(guī)定,，CZ=150,，所以電動機(jī)校驗(yàn)通過。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：（1）運(yùn)行靜阻力，大車運(yùn)行部分總質(zhì)量： 因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力，坡度阻力，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=則 (2)運(yùn)行靜功率：75m/min=大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率(3)運(yùn)行加速功率 ?。?）初選電動機(jī)根據(jù)電動機(jī)樣本，選用兩臺YZR160M16電動機(jī)，當(dāng)，(5)電動機(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，CZ=600，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)G=，所以，根據(jù)《橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》知，當(dāng)，CZ=600時，,所以電動機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)通過。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：（1）運(yùn)行靜阻力，小車運(yùn)行部分總質(zhì)量：因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力，坡度阻力，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=則 (2)運(yùn)行靜功率：45m/min=小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率(3)運(yùn)行加速功率 ?。?）初選電動機(jī)根據(jù)電動機(jī)樣本，選用兩臺YZR132M26電動機(jī)，當(dāng)，4KW(5)電動機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，該小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率，CZ=300，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)G=，所以，根據(jù)《橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》知，當(dāng)，CZ=300時，,所以電動機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)通過。通過利用上述公式的計(jì)算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表32所示:表32 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號電機(jī)功率/電流主起升機(jī)構(gòu)YZR225M826KW/55A副起升機(jī)構(gòu)YZR180L813KW/大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR160M162*小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR132M264KW/ 變頻器的選用起重機(jī)各機(jī)構(gòu)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。其中本系統(tǒng)選用三菱變頻器，三菱變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書及輔件推薦值，有利于用戶合理選用。這里選用適用于起重機(jī)使用的三菱公司的FRF540系列變頻器。該系列變頻器是最常用也是功能較強(qiáng)的一種變頻器，主要應(yīng)用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領(lǐng)域，性能良好，價(jià)格實(shí)惠，是一種性價(jià)比高的變頻器。該變頻器是一種通用變頻器，能適用于一切傳動系統(tǒng)，使得當(dāng)負(fù)載突然增加時仍然能保持控制的穩(wěn)定性。 變頻器選擇及電流驗(yàn)證（1）起升機(jī)構(gòu)。考慮到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗(yàn)要求等因素，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量(Yz型電機(jī))或同時提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來獲得200%力矩值。式中—電機(jī)的功率因數(shù)，= —起升額定負(fù)載所需功率，kw —電機(jī)效率， =0. 85 —變頻器容量，KVA —系數(shù)，K=2起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮2倍的安全力矩。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，則可能會造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再作電流驗(yàn)證，公式如下:＞ 式中 一變頻器額定電流，A —電機(jī)額定電流，A（2）運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)調(diào)速，運(yùn)行機(jī)構(gòu)根據(jù)異步電動機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值（最大值）來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（～）電動機(jī)的額定電流或電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流?！　?I1nv≥（～）In或（～）Imax式中 I1nv變頻器額定輸出電流（A）；　　 In電動機(jī)的額定電流（A）；　　 Imax電動機(jī)實(shí)際最大電流（A）。 對于起重機(jī)運(yùn)行電動機(jī)，考慮到功能性負(fù)載，工作時總是重載起動、制動。而且要求盡可能地快速起動、制動。變頻器的容量是按上式計(jì)算得到的。根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過與同類變頻器的性能與價(jià)格及售后服務(wù)等方面的綜合考慮，變頻器選用三菱公司矢量控制變頻器。通過利用上述公式的計(jì)算，:表33 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器參數(shù)變頻器型號額定功率/電流主起升機(jī)構(gòu)FRF54037KCH37KW/70A副起升機(jī)構(gòu)FRF54022KCH22KW/43A大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 常用輔助件的選擇變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。斷路器為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，—，整定值為斷路器額定值的3—4倍。接觸器接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。交流電抗器當(dāng)變頻器直接連接于一個大容量的電源變壓器(600kVA以上或離電源變壓器很近安裝)時，或電網(wǎng)回路中接有移相電容器，可能會在電網(wǎng)中產(chǎn)生過峰值電容，致使變頻器損壞。為此，在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害。交流電抗器容量按電機(jī)容量配置，可參見變頻器生產(chǎn)廠推薦的配置表或按下列公式計(jì)算:L=式中: L——電抗器容量（H）； U——額定電壓（V）； I——電機(jī)額定電流（A）（—）； F——最大周波數(shù)（Hz）。(2%—5%)U的選擇根據(jù)速比要求定，速比愈大百分比愈大。在變頻器與變壓器單臺獨(dú)配的系統(tǒng)中無須配置電抗器。制動單元為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。常在其直流電路中加接—檢測直流電壓的晶體管。一旦直流回路電壓超過一定的界限，該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動時間愈小，此裝置即為變頻器的制動單元。制動電阻器（1） 制動值的計(jì)算=式中：——直流回路電壓（V）； ——制動轉(zhuǎn)矩（Nm）； ——電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的 20%左右)（Nm）； N——電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)（r/min）。在制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流的限制，因此在選擇制動電阻值時不可小于其最小制動電阻值，即=/ （）式中：——直流回路電壓（v）； ——制動晶體管允許的最大電流（A）。因此，制動電阻應(yīng)按的關(guān)系選用。（2）制動轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 = 式中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和（Nm）； ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩（Nm）； n1——減速開始時轉(zhuǎn)速（r/min）； n2——減速結(jié)束時轉(zhuǎn)速(r/min)； ——減速時間(S)。 （3）制動電阻額定功率的確定 制動時平均消耗功率的計(jì)算如下： =（）*10 (4)電阻器額定功率計(jì)算 考慮到制動時間的不連續(xù)性，電阻器的額定功率 (許用功率)，可按許用功率增加系數(shù)m（m=/)和制動電阻使用率D之間的關(guān)系曲線，由關(guān)系曲線可查得m值，再由用戶只=/m求得電阻器實(shí)配功率。 6. 電纜選購由于高次諧波的驅(qū)動效應(yīng)，電纜的實(shí)際使用面積減少，單位實(shí)際工作電阻增大，電纜壓降有增大的趨勢，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。4 PLC在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用 PLC概述可編程程序控制器(Programmable Controler)，也稱為PLC(programmable Logic controler)，即是可編程邏輯控制器。其采用計(jì)算機(jī)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。，PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(yùn)算或其他各種運(yùn)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(jìn)行各種控制。電源輸入模塊輸出模塊CPU存儲器通信模塊 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)示意圖 PLC 系統(tǒng)選擇型——三菱FX2N—48ER目前PLC使用性能較好的SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司，根據(jù)性價(jià)比的選擇，根據(jù)被控對象的1/0點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，采用三菱公司的三菱FX2N—48ER。 三菱FX2N系列PLC特點(diǎn)及主要硬件的介紹FX2N系列PLC特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用靈活（3）編程方便，易于使用（4）功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便（6）PLC體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化（7）PLC體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化主要硬件介紹(1) 中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心，它按機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊地工作，其主要任務(wù)有：接受并存儲從編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，接受并存儲通過I/O部件送來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和應(yīng)用程序中的語法錯誤。PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序命令，解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算術(shù)運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像儲存器的內(nèi)容，再經(jīng)過