【導(dǎo)讀】核準(zhǔn)通過，歸檔資料。未經(jīng)允許，請勿外傳！而橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)系統(tǒng)中一種典型設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活。成本是十分重要。傳統(tǒng)的橋式起重控制系統(tǒng)主要采用繼電器接觸器進(jìn)行控制，采。高，電能浪費大，效率低等缺點。因此根據(jù)橋式起重機(jī)的運(yùn)行特點，將可編程序。查找、處理故障；并且節(jié)約了能源。

　　

【正文】 件的選擇 .................................................. 18 電機(jī)的選用 ............................................ 18 變頻器的選用 .......................................... 20 PLC 的選用 ............................................ 23 常用輔件的選擇 ........................................ 24 起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ...................................... 26 系統(tǒng)控制的要求 ........................................ 26 控制系統(tǒng)的 1/O 點及地址分配 ............................ 26 第四章 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................. 30 S7200PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議 .................................... 30 S7200PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議的種類 ........................ 30 本系統(tǒng)通信協(xié)議的選擇 .................................. 31 PLC 程序設(shè)計 ................................................ 32 PLC 編程軟件概述 ...................................... 32 程序設(shè)計 .............................................. 33 系統(tǒng)抗干擾措施 .............................................. 39 第五章 結(jié)束語 ...................................................... 41 致 謝 ............................................................. 42 參考文獻(xiàn) ........................................................... 43 1 第一章 緒 論 橋式起重機(jī)簡介 橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用 ,其作用主要用來實現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn) ,橋式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣 ,工作任務(wù)重。 它 能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成 ,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)制造廠和 使用部門在設(shè)計、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗，不斷改造，推動了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。 傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動方案一般采用 :(1)直接起動電動機(jī) 。(2)改變電動機(jī)極對數(shù)調(diào)速 。(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 。(4)渦流制動器調(diào)速 。(5)可控硅串級調(diào)速 。(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速 度以下調(diào)速 。起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大 。常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動，對起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動閘瓦磨損嚴(yán)重 。功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于 ，即使?jié)M載也低于 ，線路損耗大。目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機(jī)，而直流電動機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。 我們所研究的橋式起重機(jī)是電動雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個部分組成。機(jī) 構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀? 本課題設(shè)計的意義 、 主要內(nèi)容 及基本參數(shù) 傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點有 : 2 ，工作任務(wù)重，電動機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。 統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。 ，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。 要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為 PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在 20/5t * 通用橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且 根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和 PLC 技術(shù)，提出了一個改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 本課題橋式起重機(jī)基本參數(shù) : 該機(jī)的起重量為 20/5 噸，其跨度 (L)為 15m/min，大車起升速度為 ，大車運(yùn)行速度為 75m/min。 4 第二章 矢量控制變頻調(diào)速 變頻調(diào)速的基本原理 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 : n = pf60（ 1－ s ） () 其中 : n — 異步電動機(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)速滑差率 。 p — 電機(jī)的極對數(shù)。 由上式 ()可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率 f ，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。 在電動機(jī)調(diào)速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量 m? 為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費 :若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因為繞組過熱而損壞電機(jī)。對于直流電機(jī)來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持 m? 不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。 三相異步電動機(jī)每相電動勢的有效值是 : mNg kNfE ?? （ ） 式中 : gE — 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值，單位為 V。 1f — 定子頻率，單位為 Hz。 1N — 定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù) 。 1Nk — 基波繞組系數(shù) 。 m? — 美極氣隙磁通量，單位為 Wb。 由公式可知，只要控制好 gE 和 1f 便可以控制磁通 m? 不變，需要考慮基頻 (額定頻率 ) 5 以下和基頻以上兩種情況 。 1． 基頻以下調(diào)速 即采用恒定的電動勢 。由 上式可知，要保持 m? 不變，單頻率 1f 從額定值 inf 向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低 gE 然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U1 ≈ E，則得U1 /f1=常值。低頻時， U1和 gE 讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，可以人為的把電壓 U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾?b 線 (1fEb g? )，無補(bǔ)償?shù)臑?a 線(11fUa?)。如圖 : U1UN0fNf1ba頻 率 圖 2． 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率 f可以從往上增高，但電壓 u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于 與直流電機(jī)弱磁升速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖 。如果電動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運(yùn)行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。 6 UN ( 定 子 相 電 壓 )U1恒 轉(zhuǎn) 矩 調(diào) 速 恒 功 率 調(diào) 速f1fN( 頻 率 ) 0 圖 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能 變頻器的基本結(jié)構(gòu)見圖 整流器 整流器 控制電路 A CD CA C控 制 電 路運(yùn) 行 指 令 圖 變頻器的功能是為電動機(jī)提供可變頻率的電源 ,實現(xiàn)電動機(jī)的無極調(diào)速。變頻器具備對電機(jī)和變頻器本身的完善保護(hù)功能 ,如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等 ,從而避免備在不正常狀態(tài)下長時間運(yùn)行 ,保護(hù)設(shè)備不至于損壞。 變頻器的主電路 電力電子開關(guān)器件 電力半導(dǎo)體器件己經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨 型晶體管 (GTR)，功率 MOSFET、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)為代表的功率集成器件 (PID),以智能化功率集成電路 (SPIC)，高壓功率集成電路 (HVIC)為代表的功率集成電路 (PIC)等三個發(fā)展時期。從晶閘管發(fā)展到 PID, PIC 通過門極或柵極控制脈沖可實現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件的控制模式上，從電流7 型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式，不僅大大降低了門極 (柵極 )的控制功率，而且大大提高了器件導(dǎo)通與關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度，從而使器件的工作頻率不斷提高。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換 電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。 整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 逆變電路 逆變電路是利用六個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓 都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實現(xiàn)對異步電動機(jī)的調(diào)速控制。 變頻器的控制電路構(gòu)成 包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展， 70 年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM(Sinusoidal PWM)則是 較為常用的 技術(shù)。其通常 是采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載被，通過對載波的調(diào)制即可得到SAM 波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合 SPWM 控制的要求。三角載波的頻率 fc,和正弦調(diào)制波的頻率 fr,之比即 fc / fr =Nc稱為8 載波比。用生成的 SPWM 波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率 fr,即是逆變器的輸出頻率 f1改變 fr,便可改變 f1三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 變頻調(diào)速的控制方式 — 矢量控制方式 矢量控制的基本思想 矢量控制的基本思想是 :將異步電動機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動機(jī)的模型，再仿照直流電動機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動勢相同。 由電動機(jī)原理可 知，異步電動機(jī)三相定子繞組電流在空間產(chǎn)生一個角速度為ω 1的旋轉(zhuǎn)磁場。若有兩個互相垂直的 M 繞組和 T 繞組與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，繞組中分別通以直流電流 iM 和 iT，產(chǎn)生的磁動勢可以與三相合成磁動勢等效且炳個磁動勢有相同的幅值、轉(zhuǎn)速和方向。又令 M繞組的軸線與三相合成旋轉(zhuǎn)磁場方向平行，則 iM相當(dāng)于電動機(jī)的勵磁電流分量 iT，相當(dāng)于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量，調(diào)節(jié) iM 的大小可以在磁場一定時改變轉(zhuǎn)矩。由這樣繞組組成的電動機(jī)其控制原理與直流電動機(jī)控制原理相同。 在實際的等效變換中，先將異步電動機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的定子電流 iA、iB、 ic 通過三相 /兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 iα、 iβ再通過磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 iM 、 iT。等效的電動機(jī)繞組模型如圖 所示。 β T C ω 1 F ω 1 F ω 1 F Bi ?i Ti Ci Ai A ?i α Mi M B (a)三相交流繞組 (b)兩相交流繞組 (c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組 圖 9 通過控制 iM 、 iT大小也就是