【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。 [8] 經(jīng)過 幾十年的發(fā)展，我國 國內(nèi) 橋式起重機 的控制技術(shù)水平已得到一定程度的提高， 但是與國際水平還有一定距離 。目前國內(nèi)使用的橋式起重機大多還是采用的傳統(tǒng)的控制方法，采用繼電器控制和串電阻調(diào)速 ，使用凸輪控制器控制電動機。 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 2 橋式起重機的控制 橋式起重機的主要結(jié)構(gòu)及運動形式 橋式起重機由橋架（雙稱大車），裝有起升機構(gòu)的小車、大車運行機構(gòu)及駕駛室等幾部分組成，如下圖 所示 圖 橋式起 重機結(jié)構(gòu)圖 橋架是橋式起重機的基本構(gòu)件， 它 由主梁、端梁、走臺等幾部分組成。主梁跨架在車間上空，其兩端聯(lián)有端梁，主梁外側(cè)裝有走臺并設(shè)有安全欄桿。 小車運行機構(gòu)由小車架、小車移行機構(gòu)和提升機構(gòu)組成。小車架由鋼板焊成，其上裝有小車移行機構(gòu)、提升機構(gòu)、欄桿及提升限位開關(guān)。小車可沿橋架主梁上的軌道左右移行。在小車運動方向的兩端裝有緩沖器和限位開關(guān)。小車移行機構(gòu)由電動機、 主動輪 、制動器等組成。電動機經(jīng)減速后帶動主動輪使小車運動。提升機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒、制動器等組成，提升電動機通過制動輪、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)。 大車移行機構(gòu) 則 是由驅(qū)動電動機、制動器、傳動軸、減速器 、聯(lián)軸器、角型軸承箱 和車輪等幾部分組成。 其車輪通過角型軸承箱固定在橋架的端梁上，其主要作用是驅(qū)動大車車輪沿軌道運行。 其驅(qū)動方式有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動方式 兩 種 ： 集中驅(qū)動是由一臺電動機通過制動輪直接與聯(lián)軸節(jié)、傳動軸聯(lián)接，再通過減速器與車輪聯(lián)接驅(qū)動兩邊的主輪。 分別驅(qū)動是由兩套獨立的無機械聯(lián)系的運行機構(gòu)組成。每套運行機構(gòu)由電動機通過制動輪、聯(lián)軸節(jié)、減速器與大車車輪聯(lián)接，省去了中間傳動軸。但分別驅(qū)動的運行機構(gòu)是用兩臺同樣型號的電動機，用同 一控制器控制。 分別驅(qū)動與集中驅(qū)動相比，自重較輕，安裝和維護方便，實踐證明使用效果良好。目前我國生產(chǎn)的橋式起重機大部分采用分別驅(qū)動方式。 控制室 是操縱起重機的吊艙，又稱駕駛室。在操縱室內(nèi)，主要裝有大小車運動機構(gòu)和起升機構(gòu)的操縱系統(tǒng)和有關(guān)裝置，如控制器、保護箱及照明開關(guān)箱；有關(guān)安全開關(guān)，如緊急開關(guān)、電鈴開關(guān)等。 [3] 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 控制室一般固定在主梁下方的一端，也有隨大車移動的。其上方有通向走臺的艙口。為了安全，艙口處裝有安全開關(guān)，避免司機及維護人員上車發(fā)生觸電事故 。 傳統(tǒng)橋式起重機的控制原理 傳統(tǒng)的橋式起重機基本 采用繼電器控制和串電阻調(diào)速，使用凸輪控制器控制各臺電動機。其主電路和控制電路如圖 所示 圖 20t 橋式起重機典型電路 控制方式：小型橋式起重機的主鉤、大車、小車均采用繞線式三相交流異步機電動機和凸輪控制器控制。 該起重機有 兩個卷揚機構(gòu)，主鉤起重量為 20 噸，副鉤起重量為 5 噸，分別由電動機M M2 拖動。其中 M1 為主卷揚電動機，由凸輪控制器 1SA 操縱； M2 為副卷揚電動機，由凸輪控制器 2SA 操縱；小車移行機構(gòu)由電動機 M3 拖動， M3 為小車電動機，由凸輪控制器 3SA 操縱；大車移行機構(gòu)由兩臺電動機 M M5 分別拖動， M M5 為大車電動機，共由凸輪控制器 4SA 操縱。 整個起重機五臺電動機保護電路如圖 下方圖所示。其中 QS 為緊急開關(guān)，用作事故情況下緊急斷開電源； SQ7～ SQ9 為艙口門開關(guān)與橫梁門開關(guān)； KA1～ KA6 為過電流繼電器的觸點 ，用作電動機的過流保護； 1SA、 2SA、 3SA、 4SA 分別為主卷揚、副卷揚、小車與大車凸輪控制器觸點； SQ SQ2 為小車移行機構(gòu)行程開關(guān)，用于小車終端限位保護；SQ SQ4 為大車移行機構(gòu)行程開關(guān)，用于大車終端限位保護； SQ5 為副卷揚提升機構(gòu)行程開關(guān)，用于提升終端限位保護。 YB1～ YB5 分別為主卷揚、副卷揚、小車與大車電動機各自的制動電磁鐵。 [6] 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)的缺點： 橋式起重器一般在一些條件惡劣的場合工作，而且動作復(fù)雜，工作頻率較高，電機容量較大，要求有一定的調(diào)速范圍。所以傳統(tǒng)的繼 電器控制和串電阻調(diào)速會在操作中存在很多問題： （ 1） 電動機及其所串電阻燒損和斷裂故障經(jīng)常發(fā)生； （ 2） 繼電接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高； （ 3） 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速調(diào)速效果不理想； （ 4） 所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低等。 而且采用凸輪控制器在操作中同時切換的觸點一般很多，且切換的又多是電動機主電路的觸點，為了切換大容量電流，觸點都制造得厚重，這就為操作帶來了阻力和很大的勞動強度。另一方面，凸輪控制器中有形的觸點在頻繁的切除中很容易出故障，給維修帶來了不便。 控制方案的 設(shè)計 可編程控制器簡稱 — PLC， 是以微處 理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。 本設(shè)計使用 PLC來實現(xiàn)主令控制器的開合表的邏輯功能，以代替原有系統(tǒng)中為每臺電動機設(shè)置一臺主令控制器或凸輪控制器的設(shè)計。改造中采用 PLC 代替接觸器開關(guān)來解決凸輪控制器的缺點。這樣既減少了系統(tǒng)中觸點數(shù)目，也使設(shè)備體積減小，操作強度也隨之下降。使用橋式專用變頻器代替轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，增加了機械特性硬度，也不存在發(fā)熱問題，提高了系統(tǒng)效率； 5 臺電動機共用一 臺主令控制器控制，減少了按鈕數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)可靠性。 通過 對設(shè)計的分析，改造后的交流橋式起重機控制系統(tǒng) 也 包含了以下幾個部分：主令控制器、限位器、保護輸入 、 PLC、 4 臺變頻器 、 5 臺 電動機（大車電動機兩臺）其控制框圖如圖 ： 圖 交流橋式起重機控制系統(tǒng)框圖 主令控制器 限位器 保護輸入 P L C 變頻器 M1 變頻器 M2 變頻器 M3 變頻器 M4 M5 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 3 橋式起重機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計 改造后的交流橋式起重機控制系統(tǒng)包含如下幾個部分：主令控制器、限位器、保護輸入、 PLC、 4 臺變頻器、 5 臺電動機（大車電動機兩 臺）。四臺變頻器分別控制相應(yīng)的電動機，然后四臺變頻器所需的輸入口線均接在 PLC 上。本設(shè)計采用一臺 S7200 型 PLC 控制四臺變頻器操作 5 臺電動機的運行。下圖畫出了橋式起重機的 PLC 控制原理圖。簡單起見，圖中沒有畫出全部的 I/O 口線。 圖 橋式起重機的 PLC控制原理圖 PLC 實現(xiàn)的主令控制器 繼電接觸器為基礎(chǔ)的橋式起重機電路，一般都是用凸輪控制器來控制大車、小車、主副鉤的操作。這次設(shè)計我使用 PLC 來模擬各類電器的邏輯功能，把有形的觸點轉(zhuǎn)變?yōu)?PLC內(nèi)部無形的邏輯關(guān)系。以滿足大電流切換的需要， PLC 的輸出應(yīng)該連接接觸器及繼電器。表 31 列出了一個經(jīng)精簡后的主令控制器的開合表，并 為各擋位接通的觸點安排了 PLC 的輸入口。 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（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 本設(shè)計使用圖 所示的一個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。三檔位的主令控制器的開合表如表 31 所示。該主令控制器延續(xù)了凸輪控制器向前向后操作時的互鎖，而且符合起重機操作人員的操作習(xí)慣，使用 兩只按鈕進行升降速更加方便，其實現(xiàn)的控制要求主要有： （ 1） 電動機的方向控制由主令控制器實現(xiàn)，手柄置向前位時， 接通，正轉(zhuǎn)接觸器工作，電動機進行正轉(zhuǎn)；手柄置向后位時， 接通，反轉(zhuǎn)接觸器工作，帶動電動機反轉(zhuǎn)。由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)都必須經(jīng)過零位，手柄位于零位表示已斷開正在運行的接觸器，準備接通下一個接觸器，同時手柄在 0 位時會切除電阻檔位存儲器清零。 （ 2） 在按動接于 及 的按鈕時，使加減速檔位存儲器 VB100 中存儲的數(shù)字在 1～5 間依順序變化，以控制輸入電動機的電源頻率大小。這 是通過加 1 及減 1 指令實現(xiàn)的，在 VB100 中數(shù)值小于 5 時可加操作，大于零時可 減操作。 圖 3 檔主令開關(guān)及增減電阻按鈕示意圖 電機的選用 變頻調(diào)速對電動機的要求 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轉(zhuǎn)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(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，使電動機可以避開共振點，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作變頻系統(tǒng)的電動機?，F(xiàn)在國內(nèi)推出的變頻專用電動機由普通電機加獨立風(fēng)扇組成，以解決電動機在低速運轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)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(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 向 前 零 位 向 后 I I I 加速 減速 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 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(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(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。 計算及電機的選取 通過對參考文獻和網(wǎng)上的查閱，得到有關(guān)本設(shè)計所需數(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) ? = A. 主起升機構(gòu)： （ 1）初選電動機 ? ? ? ? NNgGQG Q ??????? () smmvq /1 2 i n/ ?? KWKWvGP qQj ????? ? () 根據(jù)電動機樣本，選用 YZR225M8 電動機，當(dāng) S3， %25?JC 時，電動機允許功率為26KW。 （ 2） 電動機的過載校驗 按 電 動 機 轉(zhuǎn) 矩 允 許 的 過 載 系 數(shù) ?M? ， 對 繞 線 式 轉(zhuǎn) 子 電 動 機 ， H= KWKWvGm HP qQMN 00 110 00 ???????? ?? () 根據(jù)規(guī)定 , %25?JC ， CZ=150,此時 ?NP ，即 所以電動機校驗通過。 B. 副起升機構(gòu)： （ 1）初選電動機 ? ? ? ? NNgGQG Q 1 5 0 5 05 0 0 00 ??????? () smmv q / in/15 ?? ?? KWKWvGP qQj 5021000 ?? ??? ? () 根據(jù)電動機樣本，選用 YZR180L8 電機，當(dāng) S3， %25?JC 時，電動機允許功率為 13KW。 （ 2） 電動機的過載校驗 KWKWvGm HP qQMN ?? ?????? ?? () 根據(jù)規(guī)定 , %25?JC ， CZ=150,此時 ?NP ，即 所以電動機校驗通過。 C. 大車運行機構(gòu)： 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都 有 (1) 運行靜阻力，大車運行部分總質(zhì)量：? ? ? ? NNgGQG G 5 2 5 8 1 8 6 0 02 5 0 0 0 ???????? () 因為室內(nèi)運行，風(fēng)阻力 01??G ，坡度阻力 0??G ，運行摩擦阻力系數(shù) ? = NNGGG GZ 6 8 00 0 2 5 8 1 61 ????? ? ? () (2) 運行靜功率： ?yv 75m/min=大車運行機構(gòu)總效率 ?? KWKWvGP