【導(dǎo)讀】第二次世界大戰(zhàn)以后，在運輸業(yè)發(fā)生了一場技術(shù)革命——集裝箱運輸。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為集裝箱規(guī)定了統(tǒng)一的規(guī)格、重量?，F(xiàn)了許多種類的裝卸機械，集裝箱龍門起重機就是其中的一種。重機，被廣泛的用于碼頭、車站、貨場等。集裝箱龍門起重機最早出現(xiàn)于1958年。龍門起重機又有顯著的增多。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，起重機械在不斷地發(fā)展和完善。社會化大生產(chǎn)愈發(fā)展，人民生活水平愈提高，物料搬。根據(jù)人類生產(chǎn)和生活的。臂梁，相似“龍門”故稱為龍門起重機。懸臂梁的作用可使起重小車在主。梁上的走行距離延長，擴大作業(yè)范圍。門式起重機也是由機械傳動、金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備三大部分組成。轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)起重機工作的目的，同時控制各工作機構(gòu)按照工作要求進(jìn)行作業(yè)。起重機類似，所以稱為集裝箱門式起重機。大幅度起重量是指基本起重臂處于最大幅度時所允許起吊的最大起重量。時，回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線距離最小，為最小幅度。

　　

【正文】 1 25 變頻器可以在速度為零的狀態(tài)下，保持電機有足夠 大的轉(zhuǎn)矩，且不需速度反饋裝置。這一功能保證了吊鉤由升、降狀態(tài)減速為零時，電動機能夠使重物在空中停住，直到電磁制動器將軸拖住為止，從而防止了溜鉤。 停止時和起動前的預(yù)勵磁功能： 變頻器可以在停止時和起動前自動進(jìn)行直流預(yù)勵磁。使電機有足夠大的轉(zhuǎn)矩，維持重物在空中的停住狀態(tài)，以保證在電磁制動器釋放時不會發(fā)生 “溜鉤 ”。 二、 起重機采用變頻調(diào)速的優(yōu)點 ： 可靠性提高，主要有以下幾個方面 ： 消除了電動機的薄弱環(huán)節(jié)，用鼠籠電機取代繞線電機 ， 消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。 電磁抱閘的壽命大大延長，原拖動系統(tǒng)是在運 動的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘剎車的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況大大改善。 控制系統(tǒng)的故障率大為下降，原系統(tǒng)是由十分復(fù)雜的繼電系統(tǒng)和接觸器進(jìn)行控制的，故障率較高。采用變頻調(diào)速控制后，系統(tǒng)簡化，可考性提高。 節(jié)能效果明顯，繞線異步電機在低速下運行時，轉(zhuǎn)子回路的電流將消耗大量的電能 。 調(diào)速質(zhì)量明顯提高，具有很高的調(diào)速精度和運行效率。頻調(diào)速后可以完全節(jié)約，并且在放下重物時，還可以將重物釋放的位能反饋給電源。 設(shè)置接線 ： 變頻器容量選定 不同類型的負(fù)載選用相應(yīng)型號的變頻器 ， 因為它們是經(jīng)過專門設(shè)計的 。 一臺變頻器驅(qū)動多臺電機并列運轉(zhuǎn)時 ， 按變頻器的額定輸出電流大于并列電機額定電流之和的 倍來選擇 。 需要大轉(zhuǎn)矩啟動時 ， 要選擇大 1 級容量的變頻器 。 接線切勿將電源加到變頻器的輸出端子 U ， V， W， 變頻器會損壞 。 設(shè)備接線完成后一定檢查無誤 。 方可投運 。 設(shè)置場所周圍環(huán)境 ： 要避開容易高溫 ， 多濕 ， 結(jié)露的環(huán)境以及有灰塵 ， 棉絮 ，腐蝕性的氣體 ， 研磨液等有害場所 ， 放置通風(fēng)條好的室內(nèi) 。 裝入柜子內(nèi)的變頻器一定要考慮到變頻器的散熱和通風(fēng) 。 變頻器要安裝在不燃的材料上 。 保養(yǎng)檢查 ： 因 變頻器內(nèi)部有儲能電容器 ,切記在停電后等放電燈滅后方可進(jìn)行保養(yǎng)和檢查 。 控制回路的配線距離 ： 進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作時 ， 變頻器的接線請使用雙絞屏蔽線 。集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分） 26 而且 ， 為了不受外圍設(shè)備的干擾 ， 與強電回路 (主回路和繼電器程序回路 )分開進(jìn)行接線 。 變頻器電機間的接線距離 ： 到電機的接線距離較長時 ， 由于受流過各相間分布電容高頻電流的影響 ， 變頻器可能會過熱和發(fā)生過流跳閘 。 此時應(yīng)降低變頻器的調(diào)制頻率 ， 不得高于 4kHz。 電線尺寸 ： 變頻器和電機間的接線距離較長時 (特別是低頻輸出時 )， 由于有電線壓降 ， 電機的轉(zhuǎn)矩降低 ， 應(yīng)使 用足夠截面的電線 。 接地配線 ： 變頻器接地端子應(yīng)可靠接地 。 相關(guān)外圍設(shè)備 ： 配線用斷路器 ： 在變頻器的輸入側(cè) ， 為了保護(hù)一次側(cè)線路 ， 請設(shè)置配線用斷路器 (MCCB)。 漏電斷路器請使用高次諧波對應(yīng)產(chǎn)品 。 輸入側(cè)電磁接觸器 ： 不要頻繁的操作輸入側(cè)電磁接觸器 (MC)， 會導(dǎo)致變頻器故障 。 需要頻繁的運轉(zhuǎn)停止時 ， 請使用控制端子的信號輸入來進(jìn)行 。 輸出側(cè)電磁接觸器 ： 原則上 ， 在變頻器和電機之間設(shè)置電磁繼電器在運轉(zhuǎn)中不要開斷 。 為了對工頻電源進(jìn)行切換 ， 向變頻器的輸出側(cè)設(shè)置電磁接觸器時 ， 應(yīng)在變頻器和電機都 停止時進(jìn)行 。 濾波電抗器 ： 變頻器的輸入和輸出端不得加裝改善功率因數(shù)用的移相電容器 ，如改善功率因數(shù)可加裝交流或直流電抗器 。 電磁干擾 ： 通過安裝干擾濾波器可降低變頻器的輸入高次諧波成分產(chǎn)生的妨害 。 驅(qū)動通用電機 ： 絕緣耐壓 ： 使用 IGBT 的電壓型 PWM 方式的變頻器驅(qū)動電機時 ， 由于電線長度等原因造成的浪涌電壓 ， 可能使電機線圈的絕緣損壞 。 請與電機制造商聯(lián)系 ， 必要時使用絕緣強化的電機 。 溫度上升 ： 用變頻器驅(qū)動通用電機時 ， 與市電運行相比 ， 溫度會升高 。 而且 ，因為低速運行時冷卻效果降低的 緣故 ， 容許輸出轉(zhuǎn)矩會降低 。 如必須在低速下恒轉(zhuǎn)矩連續(xù)運行 ， 請使用裝備了強制冷卻風(fēng)扇的電機 。 振動 ： 可能發(fā)生包括負(fù)載機械在內(nèi)的固有振動頻率的共振 。 考慮采用防振橡膠或變頻器的回避頻率功能 。 噪音 ： 用變頻器運轉(zhuǎn)通用電機時 ， 與市電電源運轉(zhuǎn)情況相比較 ， 噪音會變大 。為了降低噪音 ， 將變頻器的載波頻率設(shè)定增加 。 機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 27 根據(jù)《實用起重機手冊》和《 最新起重機械設(shè)計、制造、安裝調(diào)試、維護(hù)新工藝、新技術(shù)與常用數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)實用手冊 》， 本設(shè)計中變頻器選用 CIMR—G7A4110（大車）、 CIMR— G7A4055（小 車）。（注：參照同規(guī)格起重機） 可編程序控制器（ PLC） 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。 本設(shè)計采用三菱 公司 FX 系列小型 PLC 控制。 下面介紹 PLC 控制的變頻調(diào)速在門 式起重機拖動系統(tǒng)中的應(yīng)用（詳細(xì)介紹了 PLC控制的門 式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)） 傳統(tǒng)門 式起重機的電力拖動系統(tǒng)采用交流線繞轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻的方法進(jìn)行起動和調(diào)速，繼電 —— 接觸器控制，這種控制 系統(tǒng)的主要缺點有： 門 式起重機工作條件惡劣，工作任務(wù)中，電動機以及所串聯(lián)電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。 繼電 —— 接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機械特性軟，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。 近年來，隨著計算機技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，電氣傳動和自動控制領(lǐng)域也日新月異。其中，具有代表性的交流變頻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)在橋式起重機拖動系統(tǒng)中應(yīng)用提供了 有利的條件。 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 ： PLC 控制的門 式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 1 所示 ： 門 式起重機大車、小車、主鉤，副鉤電動機都需要獨立運行，大車為八 臺電動機同時拖動，所以整個系統(tǒng)有 十四 臺電動機， 4 臺變頻器傳動，并由 4 臺 PLC 分別加以控制。 可編 程控制器：完成系統(tǒng)邏輯控制部分控制電動機的正、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等控制信號進(jìn)入 PLC， PLC 經(jīng)處理后，向變頻器發(fā)出起停、調(diào)速等信號，使電動機工作，是系統(tǒng)的核心。 集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分） 28 圖 1 變頻器：為電動機提供可變頻率 的電源，實現(xiàn)電動機的調(diào)速。 制動電阻：起重機放下重物時，由于重力加速度的原因電動機將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升，甚至達(dá)到危險的地步。因此，必須將再生到直流電路里的能量消耗掉，使直流電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動電阻就是用來消耗這部分能量的。 門 式起重機大車、小車、副鉤、主鉤電動工作由各自的 PLC 控制，大車、小車、副鉤、主鉤電動機都運行在電動狀態(tài)，控制過程基本相似，變頻器與 PLC 之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)基本相同，而主鉤電動機運行狀態(tài)處于電動、倒拉反接或 再生制動狀態(tài)，變頻器與 PLC 之間控制關(guān)系在硬件組成以及軟件的實現(xiàn)稍有區(qū)別?？?制 小 車 電 動 機 的 變 頻 器 與 PLC 控 制 原 理 圖 如 圖 2 所 示 。機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 29 圖 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ： 要實現(xiàn)對變頻器的控制，必須對 PLC 進(jìn)行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn) PLC與變頻器信息交換的控制。編程的重要依據(jù)是系統(tǒng)的工作過程。 門 式起重機小車電動機的工作過程 ： 在駕駛室內(nèi)及橫梁欄桿門關(guān)好后，位置開關(guān)SQa、 SQb， SQc 閉合，緊急開關(guān) SB2 等符合要求的情況下，速度選擇開關(guān)置于零位，按下起動按鈕 SB1，接觸器 KM 通電吸合，三相電源接通。當(dāng)速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速 度 1 時，將三相交流電和電動機接通， 1 檔速度起動，速度選擇開關(guān)置于正轉(zhuǎn)速度 2時， 2 檔速度運行，一般橋式起重機正反向均有 5 檔速度，其余與此類似。速度選擇開關(guān)置于零位或由于停電，電動機停止運行。為防止因停電、變頻器跳閘等使拖動負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險，乃設(shè)置有機械制動裝置。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，可立即拉開緊急開關(guān) SB2，一方面機械制動將所有電動機制動，另一方面將變頻器緊急停機控制端 EMS接通，變頻器將使電動機迅速停機。當(dāng)電動機過載時，可使熱繼電器的觸點 FR 接通變頻器的外接保護(hù)控制端，使變頻器停止工作。位置開關(guān) SQ1 和 SQ2 裝在小車兩頭。當(dāng)小車行走到終端時，兩端各有擋塊，撞上位置開關(guān)，切斷小車電路，小車電動機停車并制動。變頻器因發(fā)生故障而跳閘后，當(dāng)故障已被排除，可以重新起動時，按下復(fù)位集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分） 30 按鈕 SB，接通復(fù)位控制端 RST，使變頻器恢復(fù)到運行狀態(tài)。 控制小車電動機的變頻器輸入控制端的安排 ：一般門 式起重機有五檔速度，所以 3個外接開關(guān) K3， K4， K5 來控制速度信號，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的（實際可達(dá)八檔速度），外接開關(guān)狀態(tài)與速度的對應(yīng)關(guān)系如下表所示。用戶可自由設(shè)定與每檔速度對應(yīng)的頻率大小。 梯形圖 ： 小車電動機的梯形圖程序如圖 3 所示。 利用 PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)，門 式起重機拖動系統(tǒng)的各檔速度、加速時間和制動減速時間都可以根據(jù)現(xiàn)場情況由變頻器設(shè)置，調(diào)整方便。負(fù)載變化時，各檔速度基本不變，調(diào)速性能好。若是改造原有系統(tǒng)，大小車電動機仍可采用原有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，將轉(zhuǎn)子繞組引出線短接，去掉電刷和集電環(huán)，節(jié)省更換電動機的費用。 機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 31 圖 3 簡要介紹程序 ： 從首行看 ， 輸入繼電器 X20 地址所存儲的信號是起動按鈕 SB 所傳來的，當(dāng)SB 接通輸出繼電器 Y6 接通存儲單元置位，這時線圈 K6 接通 ，觸點閉合，變頻集裝箱龍門起重機設(shè)計（電氣控制部分） 32 器 RST 復(fù)位。第二行 X1 置位 接通輸出 繼電器 Y7 接通 K7 線圈，觸點閉合，變頻器 EMS 導(dǎo)通，緊急停車。第三行 輸入繼電器 X15 外接的是 FR 熱繼電器，當(dāng)電機過載時，會發(fā)出大量的熱，這時熱繼電器閉合接通， 輸入繼電器 X15 置位 接通輸出繼電器 Y10 線圈導(dǎo)通 ， K8 觸點閉合，變頻器 THR 導(dǎo)通，達(dá)到過載保護(hù)的作用。第四行是電源啟動程序。第五行包括了電動機的各種運行狀態(tài)程序，有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、一檔 ~五檔速度控制程序， X2 和 Y0 有互鎖的功能，內(nèi)中有一個存儲單元起作用， 輸入繼電器 X1~X7 都能使電動機正轉(zhuǎn)， 輸入繼電器 X10~X14 反轉(zhuǎn)， 輸入繼電器 X X10 是一檔程序 ， 輸入繼電器 X X11 是二檔程序， 輸入繼電器 XX12 是三檔程序， 輸入繼電器 X X13 是四檔程序， 輸入繼電器 X X14 是 五檔程序，這些 分別控制 接通輸出繼電器 Y3~Y5 輸出單元的閉合，從而控制 K3~K5線圈，觸點的閉合，這樣按照上圖的控制分配表就能控制各種速度了 。 電器保護(hù)裝置及選用 一 、 保護(hù)箱 起重機保護(hù)箱 (柜 )是用來保護(hù)起重機及其各機構(gòu)電動機的一種專用電器裝置。采用凸輪控制器或凸輪、主令兩種控制器操縱門吊，廣泛使用保護(hù)箱。 保護(hù)箱由閘刀開關(guān)、接觸器、過電流繼電器和信號指示燈等組成。 實現(xiàn)對電動機的過載保護(hù)、短路保護(hù)以及欠壓、零位、聯(lián)鎖、限位和安全等保護(hù)。 二 、 電氣設(shè)備保護(hù)電器 電氣設(shè)備保護(hù)電器是用來保護(hù)電動機或其它用電設(shè)備，防止其工作電流增加到危險數(shù)值而引起事故。根據(jù)保護(hù)任務(wù)的不同，保護(hù)電器分為過流保護(hù)和欠壓保護(hù)兩種。 當(dāng)電動機的電流起過額定限度時，使電動機自動脫離電網(wǎng)電路的電器稱為過電流保護(hù)電路。它是用來保護(hù)短路和危險性過載。當(dāng)電路發(fā)生短路時，由于短路電流很大，會燒毀電氣設(shè)備，所以必須有電器保護(hù)。在門吊上用作短路保護(hù)的電器有熔斷器和過電流繼電器；用作過載保護(hù)的電路有熱繼電器。 當(dāng)電網(wǎng) 電壓降到低于規(guī)定限度時，能使電動機自動脫離電網(wǎng)的電器稱為欠壓保護(hù)電器。當(dāng)電壓消失時才起作用的保護(hù)電器稱為零壓保護(hù)電路。由于電動機的轉(zhuǎn)矩是隨電壓的降低而減小，如果電動機在滿載運行時電壓急劇地下降，則轉(zhuǎn)速要減小。轉(zhuǎn)速已經(jīng)減小的電動機端子上如果突然又有了額定電壓，必然會發(fā)生急劇的電流沖擊和機械沖擊，使電動機及工作機構(gòu)受到損傷。而到電壓突然減小到零后又出乎意外地恢復(fù)正常，對管理機器的工作人員是很危險的，這就是需要欠壓和零壓保護(hù)的原因。用作機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 33 欠壓保護(hù)的電器有欠壓 (或零壓 )繼電器。在小起重量的橋、門吊上可直接用接觸器作零壓保護(hù)。 熔斷器 —— 又稱保險絲， 它是一種最簡單的保護(hù)電器，具有結(jié)構(gòu)簡易、使用方便，體積小、重量輕，價格便宜等優(yōu)點，