【導(dǎo)讀】的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)。注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作。了明確的說(shuō)明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。30/5噸橋式起重機(jī)電氣改造原因調(diào)查分析及改造技術(shù)路線擬定。

　　

【正文】 便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。 PLC 是一種工業(yè) 控制計(jì)算機(jī) ， 基本結(jié)構(gòu) 有中央處理單元（ CPU 板） 、存儲(chǔ)器、 I/O接口 、系統(tǒng)總線。中央處理單元 CPU 是 PLC 的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成 ， 主昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 24 頁(yè) 要用于接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序 ， 檢查編程過(guò)程是否出錯(cuò) ， 進(jìn)行系統(tǒng)診斷 ，解釋并執(zhí)行用戶程序 ， 完成通信及外設(shè)的某些功能。存儲(chǔ)器有三種 ，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用于存放系統(tǒng)程序，這些程序在 PLC 出廠前就已經(jīng)固化到只讀存儲(chǔ)器 ROM 中 ， 第一部分為系統(tǒng)管理程序 ， 第二部分為用戶指令解釋程序 ， 第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序 ；用戶程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ) PLC 用戶的應(yīng)用程序，在調(diào)試階段， 用戶程序存放在讀寫存儲(chǔ)器 RAM 中，可由備用電池（一般為鋰電池）保存 2～ 3 年 ；工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。 輸入 /輸出接口是 PLC 與外界連接的接口 ，用來(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號(hào)，另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)；輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。 第三章 橋式起重機(jī)電氣設(shè)備參數(shù)計(jì)算和選型 橋式起重機(jī)改造前升降機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) 主鉤額定載重 Q=30t，主鉤吊鉤自重 Gz=，減速機(jī)型號(hào) ZQ85,速比 ,額定起吊速度 V=，卷筒直徑 D=650mm，配用電動(dòng)機(jī) YZR250M28 37KW，動(dòng)滑輪組速比 m=4。副鉤額定載重 Q=5t，副鉤吊鉤自重 Gf=,減速機(jī)型號(hào) ZQ50,速比 40.17,額定起吊速度 V=，卷筒直徑 D=380mm，配用電動(dòng)機(jī) YZR160L6 11KW，動(dòng)滑輪組速比 m=2。 變 頻鼠籠異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算及選型 異步電動(dòng)機(jī)極數(shù)計(jì)算 A. 主鉤電 動(dòng) 機(jī) 極數(shù) 額定起吊速度： v = ； 卷筒直徑 : D = 650 mm = m； 動(dòng)滑輪組 : m = 4； 減速機(jī)傳動(dòng)速比 :i=。 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 25 頁(yè) 卷筒 的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nj= mv/Dπ =( 4)/( )=電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nd=nj i= =743 r/min 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)計(jì)算為 :p=60f1/nd=(60 50)/ 743= 計(jì)算結(jié)果結(jié)合 文獻(xiàn) [9]定型生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用極數(shù)為 8 極電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 750r/min，才能滿足額定起升速度要求。 B. 副 鉤電 動(dòng) 機(jī) 極數(shù) 額定起吊速度： v =； 卷筒直徑 : D = 380 mm = m； 動(dòng)滑輪組 : m = 2 減速機(jī)傳動(dòng)速比 :i= 卷筒 的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nj= mv/Dπ =( 2)/( )= m/min 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算為 :nd=nj i= =976 r/min 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)計(jì)算為 :p=60f1/nd=(60 50)/ 976= 計(jì)算結(jié)果結(jié)合 文獻(xiàn) [9]定型生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用極數(shù)為 6 極電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速 1000r/min，才能滿足額定起升速度要求。 異步電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及選型 A. 主鉤電 動(dòng) 機(jī) 功率 1） 主鉤 電動(dòng)機(jī)初選功率 額定 載 重 :Q=30t=30000kg 吊鉤自重 :Gz==810kg 額定起吊速度 :V=η取 ， g=根據(jù)公式： Pj=1000 η)gVG(Q q0?計(jì)算得 Pj= 0 . 9 51 0 0 0 0 . 1 )8 1 0( 3 0 0 0 0 ? ??? = 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 26 頁(yè) 根據(jù) 文獻(xiàn) [4]，電動(dòng)機(jī)選型為 YZBF250M28，當(dāng) S3， JC=25%時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率42KW、電流 86A，當(dāng) S3， JC=40%時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率 37KW、電流 80A。 2） 主 鉤 電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力必須滿足條件： PN≥TmλH 1000 η)gVG(Q q0? 根據(jù) 文獻(xiàn) [4]， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許倍數(shù)λ T 為 ， 鼠籠異步電 動(dòng) 機(jī) 系數(shù) H 取值 ,電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù) m 為 1 臺(tái) 則TmλH 1000 η)gVG(Q q0? = ? =≤ 37KW (PN) 結(jié)論：電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力 校驗(yàn)通過(guò)，所選電動(dòng)機(jī) YZBF250M28 能滿足需求。 B. 副 鉤電 動(dòng) 機(jī) 功率 1） 副 鉤 電機(jī)初選功率 額定 載 重 :Q=5t=5000kg 吊鉤自重 : Gf==120kg 額定起吊速度 :V=η取 ， g=根據(jù)公式： Pj=1000 η)gVG(Q q0?計(jì)算得 Pj= 0 . 9 51 0 0 0 0 . 2 )1 2 0( 5 0 0 0 ? ??? = 根據(jù) 根據(jù)文獻(xiàn) [4]，電動(dòng)機(jī)選型為 YZBF160L6，當(dāng) S3， JC=25%時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率 13KW、電流 ，當(dāng) S3， JC=40%時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率 11KW、電流 。 2） 副 鉤 電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力必須滿足條件： PN≥TmλH 1000 η)gVG(Q q0? 根據(jù) 文獻(xiàn) [4]， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許倍數(shù)λ T 為 ， 鼠籠異步電 動(dòng) 機(jī) 系數(shù) H 取值 ,電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù) m 為 1 臺(tái) 則TmλH 1000 η)gVG(Q q0? = ? =≤ 11KW (PN) 結(jié)論：電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力 校驗(yàn)通過(guò)，所選電動(dòng)機(jī) YZBF160L6 能滿足需求。 主 鉤副鉤變頻器選型 起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行特點(diǎn)分析 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 27 頁(yè) A. 轉(zhuǎn)矩 特點(diǎn)分析 1）原動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩是 來(lái)自 電 動(dòng) 機(jī)產(chǎn)生的 電磁 轉(zhuǎn)矩 TM，屬主動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其方向可正可負(fù)； 2） 重力轉(zhuǎn)矩 TG 是重物及吊鉤、吊具等作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，其大小等于重物 吊鉤、吊具的重 量 G 與卷筒半徑 r 的乘積，即： TG=Gr ，它的方向永遠(yuǎn)向下； 3） 摩擦轉(zhuǎn)矩 T0 是由于減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比較大產(chǎn)生的，最大 λ=50 ，因此，減速機(jī)構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩（包括其它損失轉(zhuǎn)矩）不可小視。它的特點(diǎn)是，其方向永遠(yuǎn)與運(yùn)動(dòng)方向相反。 B. 電氣參數(shù)特點(diǎn)分析 1） 速度調(diào)節(jié)范圍通常 an 取 3， 但 考慮 用戶生產(chǎn)工藝實(shí)情，橋式起重機(jī)主要用于起吊發(fā)電機(jī)定子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)缸體、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子等等大型的精密設(shè)備，在作業(yè)過(guò)程中必須要做到慢、穩(wěn)、準(zhǔn)， 吊鉤垂直速度調(diào)節(jié)范圍要求更寬些，一般an要 保證 在 5— 10 之間， 空載或輕載時(shí)速度應(yīng)加快一些 ，重載時(shí)則較慢些； 2） 具有點(diǎn)動(dòng)功能 ， 橋式起重機(jī)常常需要調(diào)整被吊物體在空中的位置，因此，點(diǎn)動(dòng)功能是必須的； 3） 要有較強(qiáng)的過(guò)載能力，起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)常要在重載情況下啟動(dòng)，并且要 在 重物停在半空中再啟動(dòng)，所以，對(duì) 電氣 過(guò)載能力要求較高。此外，還要考慮對(duì)位能的處理。重物上升時(shí)，是電動(dòng)機(jī)克服各種阻力，包括重物的重力、摩擦阻力等而做功，屬阻力負(fù)載；重物下降時(shí)，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，當(dāng)重物的重力大于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物本身的重力（位能）將成為下降的動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)變成能量的接受者，故屬于動(dòng) 力負(fù)載。但當(dāng)重物的重量小于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物仍須電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下降，仍屬于阻力負(fù)載。 綜上所述，起重機(jī)提升機(jī)構(gòu) 采 用變頻調(diào)速控制，要求不但要有寬廣的調(diào)速范圍和較高過(guò)載能力， 降速過(guò)程中的 轉(zhuǎn)矩 不能有較大減小 。一般的 PWM、 SPWM 通用變頻器是使 U1/f1=常數(shù)，保持主磁通 Φ 1 不變來(lái)調(diào)速， f1 下降到較低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性變 “ 軟 ” ，如圖 3 所示，并且會(huì)造成電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，故橋式起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)用變頻調(diào)器 選 用 PWM、 SPWM 的通用變頻器一般 只適用于小功電動(dòng)機(jī) ， 而且在 f1 下降 時(shí)，變頻器必須帶定子電壓補(bǔ)嘗特性， 當(dāng)然 采用矢量控制方式的變頻器 很理想，只是目前價(jià)格較貴 。 主鉤副鉤變頻器選型 A. 變頻器選型一般要求 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 28 頁(yè) 1）變頻器與機(jī)械類無(wú)關(guān)可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載驅(qū)動(dòng) ,即使負(fù)載有很大波動(dòng)也能夠保證連續(xù)運(yùn)行 ,這要求變頻器本身必須具有電流控制功能； 2）變頻器本身應(yīng)易與機(jī)械特性相適應(yīng)、相配合，即具有容易適合機(jī)械特性的可選功能； 3）變頻器具有與電氣控制系統(tǒng)之間信息傳遞的輸入輸出功能。 B. 變頻器容量選擇一般方式 1）按電動(dòng)機(jī)額定功率 選擇 變頻器銘牌標(biāo)稱容量是以適配電動(dòng)機(jī)的額定功率（ KW）、額定輸出容量（ KVA）或額定輸出電流（ A）標(biāo) 稱，適用電動(dòng)機(jī)功率是以 4 極的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，對(duì)于6極及以上電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用容量更大些的變頻器，同時(shí)變頻器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。對(duì)起重機(jī)類負(fù)載變頻器容量應(yīng)加大到電動(dòng)機(jī)額定功率的 倍左右。 2）按電動(dòng)機(jī) 低速時(shí)的最大電流 選擇 在橋式起重機(jī)升降機(jī)構(gòu)中，因?yàn)樯?、降速時(shí)的電流較大，尤其是低速時(shí)，選擇變頻器功率時(shí)應(yīng) 以 電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的最大電流，即 S3 工作方式時(shí) FC=25%的定子電流 IM（ 具體數(shù)據(jù)可以查電動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品規(guī)范）為參考，按 變頻器的額定電流 IN＞ IM 的原則來(lái)選取。 C. 變頻器型號(hào)確定 通過(guò)技術(shù)及性價(jià)比的綜 合考查，確定選用 三菱 品牌變頻器。 三菱 變頻器 進(jìn)入中國(guó)較早， 得到應(yīng)用范圍較廣 ，產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)就是通用性強(qiáng)、功能齊全，它以小功率 、經(jīng)濟(jì)型和通用型產(chǎn)品為主， 額定 功率在 。 根據(jù)文獻(xiàn) [4]， YZBF250M28 37KW 電動(dòng)機(jī)的額定電流：當(dāng) JC=100%時(shí)為 60A， JC=25%時(shí)為 86A； 按電動(dòng)機(jī) JC=25%時(shí)的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據(jù)文獻(xiàn) [10]，型號(hào)為 “ FRA54045KW” 型變頻的額定電流為 86A，能滿足 主鉤 電動(dòng)機(jī) FC=25%啟動(dòng)電流的需要。 根據(jù)文獻(xiàn) [4]， YZBF160L6 11KW 電動(dòng)機(jī)的額定電流：當(dāng) JC=100%時(shí)為 ，JC=25%時(shí)為 ； 按電動(dòng)機(jī) JC=25%時(shí)的工作電流選擇變頻器的額定電流，根據(jù)文獻(xiàn)[10]，型號(hào)為 “ FRA54015KW” 型變頻的額定電流為 31A，能滿足 副鉤 電動(dòng)機(jī) FC=25%啟動(dòng)電流的需要。 變頻器 FRA540 的技術(shù)參數(shù)見表 ,電氣端子定義見圖 4。 表 變頻器技術(shù)參數(shù) 控制特性 控制方式 柔性 PWM 控制 /高載波頻率 PWM 控制 (可選 V/F 控掉或先進(jìn)的磁通量控制 ) 輸出頻率范圍 至 400HZ 頻率設(shè)定分辨率 模 擬輸入 數(shù)字輸入 昆 明 理 工 大 學(xué) 成 人 高 等 教 育 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 第 29 頁(yè) 頻率精度 模擬量輸入時(shí)最大輸出頻率的土 %以內(nèi) ,數(shù)字量輸入時(shí)最大輸出頻率的土 %以內(nèi) 電壓 /頻率特性 基底頻率可在 0 至 400HZ 任意設(shè)定 ,可選恒轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)矩曲線 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ,150% 轉(zhuǎn)矩提升 手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升 加 /減速時(shí)間設(shè)定 0 至 3600S(可分別設(shè)定加速時(shí)間和減速時(shí)間 ,可選直線型或 S 型 ) 直流制動(dòng) 動(dòng)作頻率 (0 至 200HZ),動(dòng)作時(shí)間 (0 至 10S),電壓 (0 至 30%)可變 失速防止動(dòng)作水平 可設(shè)定 動(dòng)作電流 (0 至 30%)可變 運(yùn)行特性 頻率設(shè)定信號(hào) 模擬輸入 0 到 5VDC,0 到 10VDC,0 到土 10VDC,DC4 到 20mA 數(shù)字輸入 使用操作面板或參數(shù)單元 3 位 BCD 或 12 位二進(jìn)制 啟動(dòng)信號(hào) 可分別選擇正轉(zhuǎn) ,反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)信號(hào)自保持輸入 輸入信號(hào) 多段速度選擇 最多可選擇 15 種速度 (每種速度可在 0 至 400HZ 內(nèi)設(shè)定 ) 第一第二加 /減速選擇 0 至 3600S(最多可分別設(shè)三種加 /減速時(shí)間 ) 點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行選擇 具體點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行模式選擇端子 電流輸入選擇 可選擇輸入頻率設(shè)定信號(hào) 4 到 20mADC 輸出停止 變頻器輸出瞬間切斷 (頻率 ,電壓 ) 報(bào)警復(fù)位 解除保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)的保持狀態(tài) 運(yùn)行功能 上 ,下限頻率設(shè)定 ,頻率跳變運(yùn)行 ,外部熱繼電器輸入選擇 ,極性可逆選擇 ,瞬時(shí)停電再啟動(dòng)運(yùn)行 ,工頻電源 — 變頻器切換運(yùn)行 ,正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)限制 ,轉(zhuǎn)差率補(bǔ)嘗 ,運(yùn)行模式選擇 ,離線自動(dòng)調(diào)整功能 ,PID 控制 ,程序運(yùn)行 ,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行 輸出信號(hào) 運(yùn)行狀態(tài) 可從變頻器正在運(yùn)行 ,上限頻率 ,瞬時(shí)電源故障 ,頻率檢測(cè) ,第二頻率檢測(cè) ,正在程序運(yùn)行 ,正在