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正文內(nèi)容

基于plc控制的變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用_畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-08-15 13:51 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 89 年成功研制了一臺(tái)分別驅(qū)動(dòng)的 橋式起重機(jī),俄國(guó)的普地洛夫斯基工廠 1890 年成功制造一臺(tái)集中驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)橋式起重機(jī)。 3 十八世紀(jì)中葉,老牌資本主義國(guó)家英國(guó)在經(jīng)過(guò)工業(yè)革命后,橋式起重機(jī)便被廣泛地應(yīng)用到工廠的生產(chǎn)活動(dòng)中。 1948 年至 1962 年的20 年間,起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械總產(chǎn)值增長(zhǎng) ,年增長(zhǎng)率約 6%。英國(guó)由于經(jīng)濟(jì)危機(jī),工業(yè)生產(chǎn)停滯不前,橋式起重機(jī)的生產(chǎn)今年來(lái)已無(wú)大發(fā)展。美國(guó)是世界上設(shè)計(jì)制造橋式起重機(jī)較早的國(guó)家之一,技術(shù)水平與生產(chǎn)工藝較高,美國(guó)于 1959 年設(shè)計(jì)了第一臺(tái) 300 噸的全液壓橋式起重機(jī),堪稱(chēng)橋式起重機(jī)發(fā)展史上的一座豐碑。二戰(zhàn)后日本的 工業(yè)水平得到了前所未有的發(fā)展,以良好的高新技術(shù)基礎(chǔ)日本在起重機(jī)行業(yè)也取得了巨大的成功,在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛地推廣,橋式起重機(jī)占整個(gè)起重機(jī)械產(chǎn)量的 %[2 ]。 解放前我國(guó)的橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)都處于空白狀態(tài),解放后由于國(guó)家對(duì)該行業(yè)的重視,才有了高速的發(fā)展。 1949 年 10 月,由大連重機(jī)器廠生產(chǎn)了我國(guó)第一臺(tái)起重量為 5 噸跨度為 米的橋式起重機(jī)。改革開(kāi)放后,中國(guó)的橋式起重機(jī)行業(yè)才有機(jī)會(huì)和國(guó)外(特別是西方)國(guó)家接觸,學(xué)習(xí)了很多先進(jìn)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝,逐漸減少了與西方的差距。 鋼產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重 要指標(biāo),而起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。日本每年物料搬運(yùn)費(fèi)用是國(guó)民生產(chǎn)總值的 10%左右,美國(guó)工業(yè)產(chǎn)品總成本的 20%~ 25%為搬運(yùn)費(fèi)用,而我國(guó)煉鋼工業(yè)中物料搬運(yùn)費(fèi)用占生產(chǎn)總成本的 40%左右。橋式起重機(jī)在其他行業(yè)中也被廣泛地應(yīng)用如今在生產(chǎn)車(chē)間、貨運(yùn)碼頭、倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所都有它的身影,可以說(shuō)橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的重型運(yùn)輸機(jī)械。 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)在橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)、設(shè)備維護(hù)與修理都積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。但是在實(shí)際使用中還是會(huì)有事故時(shí)有發(fā)生。究其原因還是橋式起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)行與過(guò)大的機(jī)械 振動(dòng)造成共振發(fā)生的。因此除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造外,對(duì)橋式起重機(jī)的電 4 氣設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)的改造以減小制動(dòng)沖擊、降低共振也是可行的方案。相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家,我國(guó)相關(guān)的技術(shù)還相對(duì)落后。由于起重機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)方面要求越來(lái)越高,起重機(jī)的起重量和運(yùn)行速度等技術(shù)的參數(shù)越來(lái)越大,起重機(jī)的自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高,起重機(jī)對(duì)通訊的性能要求也越來(lái)越苛刻。而這些很多都成為我國(guó)起重機(jī)行業(yè)的短板。這些因素往往都影響了我國(guó)起重機(jī)行業(yè)在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)中敗下陣來(lái)。因此對(duì)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)的研究很有必要 [3 ]。 當(dāng)前國(guó)外橋式起重機(jī)的發(fā)展有如下特征: ,減輕自重,降低生產(chǎn)成本 法國(guó)公司采用一種以板材為基本構(gòu)件的小車(chē)架結(jié)構(gòu),使得橋式起重機(jī)重量小,加工簡(jiǎn)單,這項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)于中、小噸位的起重機(jī)。起重機(jī)的大車(chē)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用三合一的驅(qū)動(dòng)裝置,這樣結(jié)構(gòu)比較緊湊,自重較輕,簡(jiǎn)化了總體布置。此外,由于運(yùn)行機(jī)構(gòu)與起重機(jī)走臺(tái)沒(méi)有聯(lián)系,走臺(tái)的振動(dòng)也不會(huì)影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ,提高整機(jī)性能 法國(guó) Patain 公司采用窄偏軌箱形梁作為主梁,其高、寬比外 4~ 左右,大筋板間距為梁高的 2 倍,不用小筋板,主梁與端梁的連接采用搭接的方式,使垂直力直接作用于端梁 的上蓋板,有此刻降低端梁的高度,便于運(yùn)輸。 變頻調(diào)速在國(guó)外起重機(jī)上已經(jīng)應(yīng)用很久了,日本富士、奧地利伊林公司、 ABB 公司已經(jīng)廣泛地使用。這樣的方案具有高調(diào)速比,甚至可以達(dá)到無(wú)極調(diào)速,并且有節(jié)能的特點(diǎn)。此外遙控裝置用于起重機(jī)在國(guó)外也使用的很廣泛,特別是大型的冶金廠已經(jīng)成功的應(yīng)用。 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,起重設(shè)備的體積和重量也越來(lái)越大型化,起重量和吊運(yùn)幅度也有所增大,為了節(jié)省生產(chǎn)和使用成本,起重機(jī)工作的場(chǎng)地和使用范圍也隨之增大。 5 為了提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本,國(guó) 外的一些大廠把起重運(yùn)輸機(jī)械巧妙的結(jié)合在一起,構(gòu)成先進(jìn)的機(jī)械化運(yùn)輸系統(tǒng) [4 ]。 目前國(guó)內(nèi)橋式起重機(jī)的發(fā)展的特征如下: ,減輕自重 采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家主要的設(shè)計(jì)方案,以提高整機(jī)的技術(shù)性能和減輕自重,并且在此前提下盡量采用行結(jié)構(gòu)。橋式起重機(jī)中采用半偏軌的主梁結(jié)構(gòu),與正軌箱形相比,可以減少或取消短加筋板,減少結(jié)構(gòu)重量,節(jié)省加工時(shí)間。 起重機(jī)采用 “三合一 ”驅(qū)動(dòng)裝置,吊掛于端梁內(nèi)側(cè),讓其不受主梁振的影響,有效的提高了運(yùn)行機(jī)構(gòu)的性能和壽命,并且使得結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便,外形美觀等特點(diǎn)。 現(xiàn)在國(guó)家隊(duì)能源工業(yè)、冶金工業(yè)的重視和扶持,建造了許多大型的電廠和冶金工廠等,這些企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模也越發(fā)的擴(kuò)大,而那些需要使用起重機(jī)的場(chǎng)所對(duì)其的要求也越大,例如三峽水電站采用1200t 的橋式起重機(jī)來(lái)控制閘門(mén)的提降。 我國(guó)正以前所未有的速度進(jìn)入國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的橋式起重機(jī)制造產(chǎn)業(yè)正面臨著挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的新形勢(shì)。因此 中國(guó)起重機(jī)要不斷發(fā)展和創(chuàng)新,現(xiàn)根據(jù)國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的新理論、新技術(shù)和新動(dòng)向,結(jié)合實(shí)例,探尋出中國(guó)未來(lái)橋式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向。 橋 式起重機(jī)的技術(shù)革新除了在機(jī)體結(jié)構(gòu)的更新外,電控系統(tǒng)的改革也為橋式起重機(jī)的快速發(fā)展起到了重要的作用。改變橋式起重機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)可以有效的減少開(kāi)啟、制動(dòng)對(duì)其的沖擊,所以采用何種調(diào)速方式也決定了橋式起重機(jī)的性能好壞。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間的演變過(guò)程 ,一直以來(lái)人們?cè)陔妱?dòng)機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制上做 6 過(guò)了大量的研究 ,嘗試過(guò)使用各種不同形式的調(diào)速方法 ,隨著大功 率和高開(kāi)關(guān)頻率的半導(dǎo)體器件的開(kāi)發(fā)研制成功 ,以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用 ,交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式在近 20 年內(nèi)取得了飛速發(fā)展 ,調(diào)速技術(shù)已經(jīng)日趨成熟 [5 ]。 隨著計(jì)算機(jī)特別 是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不多發(fā)展,才促使變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng),這是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然趨勢(shì),這些技術(shù)都適合發(fā)展大起重重量的起重機(jī);提高機(jī)器運(yùn)行的速度,擴(kuò)大調(diào)速的范圍,提高了起重機(jī)的精確度,增強(qiáng)了起重機(jī)機(jī)體和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命,改善了操作工人的操作環(huán)境;保證操作員和地面人員的人身安全,提高自動(dòng)化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)程距控制的范圍,滿足了頻繁使用橋式起重機(jī)的倉(cāng)庫(kù)、環(huán)境惡劣的礦物冶煉的車(chē)間等場(chǎng)所。符合起重機(jī)向大型化、高效率化、無(wú)保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展,向自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化發(fā)展的方向 。 本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 針對(duì)大車(chē)間中起重機(jī)的控制要求和特點(diǎn),本文以橋式起重機(jī)為背景對(duì)車(chē)間起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及一些特殊功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究,研究的主要工作有: 現(xiàn)有的車(chē)間橋式起重機(jī)的特點(diǎn),對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案分析比較,確定合適的起重機(jī)變頻調(diào)速總體結(jié)構(gòu)和控制方式。 PLC 配置方式和數(shù)目,設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)硬件部分。 、繪制控制流程圖、編輯相關(guān)程序。 P LC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及連接方式、人機(jī)界面硬件選擇和程序設(shè)計(jì)。 ,提出控制思路,軟硬件設(shè)計(jì)。 7 第 2 章 變頻調(diào)速控制原理 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速有許多方法,如變級(jí)調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速等。本文采用變頻調(diào)速經(jīng)行對(duì)電機(jī)的調(diào)速。 變頻調(diào)速的基本原理 根據(jù)異步電機(jī)的知識(shí) ,異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 : )1(60 spfn ?? ( 21) 其中: n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,單位為 r/min; f 定子的電源頻率 ,單位為 Hz; s電機(jī)的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn) 差率; p 電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 從式( 21)可知,改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 s 、改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù) p 及改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率 f 可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí),若磁通量太弱,沒(méi)有充分的利用電動(dòng)機(jī)的磁芯;若磁通量增大又稱(chēng)出現(xiàn)磁通飽和的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致過(guò)大的磁 通電流,引發(fā)繞組過(guò)熱而損壞電機(jī),因此要盡量保持每級(jí)磁通量 m? 為額定值不變。在交流異步電動(dòng)機(jī)中,磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的,而對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)勵(lì)磁是獨(dú)立的。 三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)有效值為: mfNE ?11 ? ( 22) 其中: f 電源頻率, Hz; 1N 定子繞組有效匝數(shù); m? 每級(jí)磁通量, Wb。 8 從式( 22)可知, m? 的值由 1E 和 f 共同決定,對(duì) 1E 和 f 進(jìn)行適當(dāng)控制,就可以使磁通 m? 保持額定值不變。采用變頻對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速,具有調(diào)速范圍廣、靜態(tài)穩(wěn)定性好、運(yùn)行效率高、使用方便、可靠性高、節(jié)能效果 明顯的等優(yōu)點(diǎn)。 公式( 22)需要考慮基頻(額定功率)以下和基頻以上兩種情況。 基頻以下調(diào)速 要使得 m? 保持不變,頻率 f 從額定 nf 向下調(diào)節(jié)的時(shí)候,必須降低電動(dòng)勢(shì) 1E 。但是繞組中存在電感電動(dòng)勢(shì)難以調(diào)控的問(wèn)題,電動(dòng)勢(shì)較高時(shí) ,可 以忽 略定 子繞 組的 漏磁 阻抗 壓將 ,而 認(rèn)為 定子 相電 壓11 EU? ,可以推導(dǎo)出 常數(shù)?fE /1 。低頻時(shí), 1E 和 1U 數(shù)值較小,定子阻抗壓降所占的比重顯著,不能忽略,可以把電壓 U 提高一些,便于近似的不補(bǔ)償定子壓降。 基頻以上調(diào)速 基頻以上調(diào)速時(shí),頻率 f 增高,但是電壓磁通與頻率成反比的降低,可看作直流電機(jī)弱磁升速的情況。
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