【文章內容簡介】 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橋式起重機特點及電動機的因數(shù)，故選用型號為LK1810/1102的主令控制器。3 橋式起重機系統(tǒng)總體方案設計和部件選用 系統(tǒng)總體方案設計控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，各機構調速均采用變頻調速。由于各機構的特點不同，對調速要求也不相同。圖31 系統(tǒng)結構圖下面分別對各機構調速控制進行說明。起升機構起升機構屬位能負載機構。不但要求高的轉速及起制動的控制精度。而且對轉矩控制要求嚴格。主起升和副起升兩臺電動機各自使用一個變頻器。變頻器的選擇，應以選擇變頻器的額定電流為基準，一般以電動機的額定電流，負載率。變頻器運行的效率為依據(jù)。通過計算。 運行機構大車運行機構二臺電動機用一個變頻器；考慮到運行機構的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調速中運行機構共用一臺變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機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。運行機構的起動時間應盡量符合實際需要，起動迅速而平穩(wěn)。機構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制制動方式。在運行機構正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產(chǎn)中的運行情況設定，以盡量滿足司機操作橋式起重機的需要為主。為保證起升機構起動時具有足夠大的起動轉矩，可以通過設定機械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關系，以滿足機構負載特性的要求。 電動機的選用 變頻調速對電動機的要求采用變頻調速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電動機轉速范圍的擴大產(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、電機溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關頻率的工GBT等電力電子器件的使用、PWM調制、矢量控制、增強型V/f控制方法的應用、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的低速區(qū)轉矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電動機可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調速區(qū)間內可能發(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作變頻系統(tǒng)的電動機。現(xiàn)在國內推出的變頻專用電動機由普通電機加獨立風扇組成，以解決電動機在低速運轉過程中自冷風扇風量不足而引起的電動機過熱問題。 變頻起重機系統(tǒng)中電動機的選型起重機起升和運行機構的調速比一般不大于1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率在60%以下，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴格意義上的變頻電機轉動慣量較小，響應較快，可工作在比額定轉速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。普通電機與變頻電機在不連續(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轉矩應用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅動特性比變頻電機稍差。 電動機的冷卻一般變頻器在調速比為1:20的范圍內能確保起重機上普通電機有150%的過載力矩值。此外，起重機電機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。，運行機構的電機在以額定速度運行時電機通常工作在額定功率以下。但若電機要求在整個工作周期內在大于1:4的速比下持續(xù)運行則必須采用他冷式電機。 計算及電機的選取根據(jù)書上及網(wǎng)上所查得的有關本課題所需數(shù)據(jù)如下：小車車輪直徑：Φ315mm 大車車輪直徑：Φ630mm起重機總重： 小車自重：吊鉤自重：500kg 小車運行摩擦阻力系數(shù)=大車運行摩擦阻力系數(shù)=計算如下：主起升機構：（1）初選電動機 根據(jù)電動機樣本，選用YZR225M8電動機，當S3，時，電動機允許功率為26KW。 （2）電動機的過載校驗，對繞線式轉子電動機，H= 所以， 根據(jù)規(guī)定,，CZ=150,，所以電動機校驗通過。副起升機構：（1）初選電動機 根據(jù)電動機樣本，選用YZR180L8電機，當S3，時，電動機允許功率為13KW。 （2）電動機的過載校驗根據(jù)規(guī)定,，CZ=150,，所以電動機校驗通過。大車運行機構：（1）運行靜阻力，大車運行部分總質量： 因為室內運行，風阻力，坡度阻力，運行摩擦阻力系數(shù)=則 (2)運行靜功率：75m/min=大車運行機構總效率(3)運行加速功率 ?。?）初選電動機根據(jù)電動機樣本，選用兩臺YZR160M16電動機，當，(5)電動機發(fā)熱校驗 根據(jù)《起重機設計規(guī)范》，該大車運行機構的接電持續(xù)率，CZ=600，穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)G=，所以，根據(jù)《橋式起重機設計手冊》知，當，CZ=600時，,所以電動機發(fā)熱校驗通過。小車運行機構：（1）運行靜阻力，小車運行部分總質量：因為室內運行，風阻力，坡度阻力，運行摩擦阻力系數(shù)=則 (2)運行靜功率：45m/min=小車運行機構總效率(3)運行加速功率 ?。?）初選電動機根據(jù)電動機樣本，選用兩臺YZR132M26電動機，當，4KW(5)電動機發(fā)熱校驗 根據(jù)《起重機設計規(guī)范》，該小車運行機構的接電持續(xù)率，CZ=300，穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)G=，所以，根據(jù)《橋式起重機設計手冊》知，當，CZ=300時，,所以電動機發(fā)熱校驗通過。通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機各執(zhí)行機構的電機參數(shù)如表32所示:表32 各執(zhí)行機構電機參數(shù)電機型號電機功率/電流主起升機構YZR225M826KW/55A副起升機構YZR180L813KW/大車運行機構YZR160M162*小車運行機構YZR132M264KW/ 變頻器的選用起重機各機構負載為恒轉矩負載，普遍選用帶低速轉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格，完整的理論計算書及輔件推薦值，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的一種變頻器，主要應用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領域，性能良好，價格實惠，是一種性價比高的變頻器。該變頻器是一種通用變頻器，能適用于一切傳動系統(tǒng)，使得當負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證（1）起升機構?？紤]到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗要求等因素，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)或同時提高變頻器和電機容量(Y型電機)來獲得200%力矩值。式中—電機的功率因數(shù)，= —起升額定負載所需功率，kw —電機效率， =0. 85 —變頻器容量，KVA —系數(shù)，K=2起升機構變頻器容量依據(jù)負載功率計算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機額定功率選定的基礎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上再作電流驗證，公式如下:＞ 式中 一變頻器額定電流，A —電機額定電流，A（2）運行機構采用變頻器驅動異步電動機調速，運行機構根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值（最大值）來選擇變頻器，通常令變頻器的額定電流≥（～）電動機的額定電流或電動機實際運行中的最大電流?！　?I1nv≥（～）In或（～）Imax式中 I1nv變頻器額定輸出電流（A）；　　 In電動機的額定電流（A）；　　 Imax電動機實際最大電流（A）。 對于起重機運行電動機，考慮到功能性負載，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算得到的。根據(jù)實際情況，經(jīng)過與同類變頻器的性能與價格及售后服務等方面的綜合考慮，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算，:表33 各執(zhí)行機構變頻器參數(shù)變頻器型號額定功率/電流主起升機構FRF54037KCH37KW/70A副起升機構FRF54022KCH22KW/43A大車運行機構小車運行機構 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算:L=式中: L——電抗器容量（H）； U——額定電壓（V）； I——電機額定電流（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，該晶體管導通，并將過剩的電能通過與之相接的制動電阻器轉化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉速的減小，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） 制動值的計算=式中：——直流回路電壓（V）； ——制動轉矩（Nm）； ——電機額定轉矩(在附加電阻制動的情況下，電機自損耗約為電機額定功率的 20%左右)（Nm）； N——電機額定轉矩(在附加電阻制動的情況下，電機額定轉速)（r/min）。在制動晶體管和制動電阻構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，制動電阻應按的關系選用。（2）制動轉矩的計算 = 式中 ——電機轉子飛輪轉矩之和（Nm）； ——負載轉矩（Nm）； n1——減速開始時轉速（r/min）； n2——減速結束時轉速(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算如下： =（）*10 (4)電阻器額定功率計算 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之間的關系曲線，由關系曲線可查得m值，再由用戶只=/m求得電阻器實配功率。 6. 電纜選購由于高次諧波的驅動效應，電纜的實際使用面積減少，單位實際工作電阻增大，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在橋式起重機變頻控制系統(tǒng)的應用 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。其采用計算機結構，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內部采用總線結構，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開關信號、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部寄存器，經(jīng)PLC內部邏輯運算或其他各種運算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對現(xiàn)場設備進行各種控制。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構示意圖 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)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的1/0點數(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特點及主要硬件的介紹FX2N系列PLC特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）適應能力強，應用靈活（3）編程方便，易于使用（4）功能強，擴展能力強（5）PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便（6）PLC體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化（7）PLC體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化主要硬件介紹(1) 中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心，它按機內系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊地工作，其主要任務有：接受并存儲從編程設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內部電路的工作故障和應用程序中的語法錯誤。PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序命令，解釋并按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算術運算，根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像儲存器的內容，再經(jīng)過