【文章內(nèi)容簡介】 89 年成功研制了一臺分別驅(qū)動的 橋式起重機，俄國的普地洛夫斯基工廠 1890 年成功制造一臺集中驅(qū)動的電動橋式起重機。 3 十八世紀中葉，老牌資本主義國家英國在經(jīng)過工業(yè)革命后，橋式起重機便被廣泛地應(yīng)用到工廠的生產(chǎn)活動中。 1948 年至 1962 年的20 年間，起重機運輸機械總產(chǎn)值增長 ，年增長率約 6%。英國由于經(jīng)濟危機，工業(yè)生產(chǎn)停滯不前，橋式起重機的生產(chǎn)今年來已無大發(fā)展。美國是世界上設(shè)計制造橋式起重機較早的國家之一，技術(shù)水平與生產(chǎn)工藝較高，美國于 1959 年設(shè)計了第一臺 300 噸的全液壓橋式起重機，堪稱橋式起重機發(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)日本在起重機行業(yè)也取得了巨大的成功，在各個行業(yè)得到了廣泛地推廣，橋式起重機占整個起重機械產(chǎn)量的 %[2 ]。 解放前我國的橋式起重機的設(shè)計生產(chǎn)都處于空白狀態(tài)，解放后由于國家對該行業(yè)的重視，才有了高速的發(fā)展。 1949 年 10 月，由大連重機器廠生產(chǎn)了我國第一臺起重量為 5 噸跨度為 米的橋式起重機。改革開放后，中國的橋式起重機行業(yè)才有機會和國外（特別是西方）國家接觸，學(xué)習(xí)了很多先進的設(shè)計生產(chǎn)工藝，逐漸減少了與西方的差距。 鋼產(chǎn)量是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重 要指標，而起重機運輸機械在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。日本每年物料搬運費用是國民生產(chǎn)總值的 10%左右，美國工業(yè)產(chǎn)品總成本的 20%～ 25%為搬運費用，而我國煉鋼工業(yè)中物料搬運費用占生產(chǎn)總成本的 40%左右。橋式起重機在其他行業(yè)中也被廣泛地應(yīng)用如今在生產(chǎn)車間、貨運碼頭、倉庫等場所都有它的身影，可以說橋式起重機是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的重型運輸機械。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在橋式起重機設(shè)計、設(shè)備維護與修理都積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗。但是在實際使用中還是會有事故時有發(fā)生。究其原因還是橋式起重機長時間的超負荷運行與過大的機械 振動造成共振發(fā)生的。因此除了在機械結(jié)構(gòu)的改造外，對橋式起重機的電 4 氣設(shè)備傳動系統(tǒng)的改造以減小制動沖擊、降低共振也是可行的方案。相對于發(fā)達國家，我國相關(guān)的技術(shù)還相對落后。由于起重機對控制系統(tǒng)方面要求越來越高，起重機的起重量和運行速度等技術(shù)的參數(shù)越來越大，起重機的自動化程度愈來愈高，起重機對通訊的性能要求也越來越苛刻。而這些很多都成為我國起重機行業(yè)的短板。這些因素往往都影響了我國起重機行業(yè)在國內(nèi)乃至國際的競爭中敗下陣來。因此對橋式起重機的電控系統(tǒng)的研究很有必要 [3 ]。 當(dāng)前國外橋式起重機的發(fā)展有如下特征： ，減輕自重，降低生產(chǎn)成本 法國公司采用一種以板材為基本構(gòu)件的小車架結(jié)構(gòu)，使得橋式起重機重量小，加工簡單，這項技術(shù)適應(yīng)于中、小噸位的起重機。起重機的大車小車運行機構(gòu)采用三合一的驅(qū)動裝置，這樣結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重較輕，簡化了總體布置。此外，由于運行機構(gòu)與起重機走臺沒有聯(lián)系，走臺的振動也不會影響傳動機構(gòu)。 ，提高整機性能 法國 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，便于運輸。 變頻調(diào)速在國外起重機上已經(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，甚至可以達到無極調(diào)速，并且有節(jié)能的特點。此外遙控裝置用于起重機在國外也使用的很廣泛，特別是大型的冶金廠已經(jīng)成功的應(yīng)用。 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，起重設(shè)備的體積和重量也越來越大型化，起重量和吊運幅度也有所增大，為了節(jié)省生產(chǎn)和使用成本，起重機工作的場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 外的一些大廠把起重運輸機械巧妙的結(jié)合在一起，構(gòu)成先進的機械化運輸系統(tǒng) [4 ]。 目前國內(nèi)橋式起重機的發(fā)展的特征如下： ，減輕自重 采用計算機優(yōu)化設(shè)計是目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家主要的設(shè)計方案，以提高整機的技術(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)省加工時間。 起重機采用 “三合一 ”驅(qū)動裝置，吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，讓其不受主梁振的影響，有效的提高了運行機構(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。 現(xiàn)在國家隊能源工業(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)的擴大，而那些需要使用起重機的場所對其的要求也越大，例如三峽水電站采用1200t 的橋式起重機來控制閘門的提降。 我國正以前所未有的速度進入國際競爭市場。當(dāng)前國內(nèi)的橋式起重機制造產(chǎn)業(yè)正面臨著挑戰(zhàn)與機遇并存的新形勢。因此 中國起重機要不斷發(fā)展和創(chuàng)新，現(xiàn)根據(jù)國內(nèi)外起重機的新理論、新技術(shù)和新動向，結(jié)合實例，探尋出中國未來橋式起重機行業(yè)的發(fā)展方向。 橋 式起重機的技術(shù)革新除了在機體結(jié)構(gòu)的更新外，電控系統(tǒng)的改革也為橋式起重機的快速發(fā)展起到了重要的作用。改變橋式起重機的調(diào)速系統(tǒng)可以有效的減少開啟、制動對其的沖擊，所以采用何種調(diào)速方式也決定了橋式起重機的性能好壞。電動機的調(diào)速經(jīng)過了很長時間的演變過程 ,一直以來人們在電動機的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩控制上做 6 過了大量的研究 ,嘗試過使用各種不同形式的調(diào)速方法 ,隨著大功 率和高開關(guān)頻率的半導(dǎo)體器件的開發(fā)研制成功 ,以及計算機技術(shù)的普及應(yīng)用 ,交流電動機的調(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 ]。 隨著計算機特別 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，這些技術(shù)都適合發(fā)展大起重重量的起重機；提高機器運行的速度，擴大調(diào)速的范圍，提高了起重機的精確度，增強了起重機機體和電氣設(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，提高自動化控制程度和擴大遠程距控制的范圍，滿足了頻繁使用橋式起重機的倉庫、環(huán)境惡劣的礦物冶煉的車間等場所。符合起重機向大型化、高效率化、無保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展，向自動化、智能化、集成化和信息化發(fā)展的方向 。 本文設(shè)計的主要內(nèi)容 針對大車間中起重機的控制要求和特點，本文以橋式起重機為背景對車間起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計及一些特殊功能的實現(xiàn)進行研究，研究的主要工作有： 現(xiàn)有的車間橋式起重機的特點，對現(xiàn)有技術(shù)方案分析比較，確定合適的起重機變頻調(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、人機界面硬件選擇和程序設(shè)計。 ，提出控制思路，軟硬件設(shè)計。 7 第 2 章 變頻調(diào)速控制原理 異步電動機調(diào)速有許多方法，如變級調(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)行對電機的調(diào)速。 變頻調(diào)速的基本原理 根據(jù)異步電機的知識 ,異步電機的轉(zhuǎn)速公式為 : )1(60 spfn ?? （ 21） 其中： n 異步電動機的轉(zhuǎn)速 ,單位為 r/min； f 定子的電源頻率 ,單位為 Hz； s電機的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn) 差率； p 電機的極對數(shù)。 從式（ 21）可知，改變電動機的轉(zhuǎn)差率 s 、改變電動機的磁極對數(shù) p 及改變電動機的電源頻率 f 可實現(xiàn)調(diào)速。 在電動機調(diào)速時，若磁通量太弱，沒有充分的利用電動機的磁芯；若磁通量增大又稱出現(xiàn)磁通飽和的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致過大的磁 通電流，引發(fā)繞組過熱而損壞電機，因此要盡量保持每級磁通量 m? 為額定值不變。在交流異步電動機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的，而對于直流電機來說勵磁是獨立的。 三相異步電動機每相電動勢有效值為： mfNE ?11 ? （ 22） 其中： f 電源頻率， Hz； 1N 定子繞組有效匝數(shù)； m? 每級磁通量， Wb。 8 從式（ 22）可知， m? 的值由 1E 和 f 共同決定，對 1E 和 f 進行適當(dāng)控制，就可以使磁通 m? 保持額定值不變。采用變頻對異步電動機進行調(diào)速，具有調(diào)速范圍廣、靜態(tài)穩(wěn)定性好、運行效率高、使用方便、可靠性高、節(jié)能效果 明顯的等優(yōu)點。 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)的時候，必須降低電動勢 1E 。但是繞組中存在電感電動勢難以調(diào)控的問題，電動勢較高時 ，可 以忽 略定 子繞 組的 漏磁 阻抗 壓將 ，而 認為 定子 相電 壓11 EU? ，可以推導(dǎo)出 常數(shù)?fE /1 。低頻時， 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，便于近似的不補償定子壓降。 基頻以上調(diào)速 基頻以上調(diào)速時，頻率 f 增高，但是電壓磁通與頻率成反比的降低，可看作直流電機弱磁升速的情況。