【正文】 塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)況趨勢(shì)及特點(diǎn) 塔式起重機(jī)國(guó)外發(fā)展概況塔式起重機(jī)是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)支承，塔式起重機(jī)的起升高度大，回轉(zhuǎn)和行走的慣性質(zhì)量大，故需要有良好的調(diào)速性能，特別起升機(jī)構(gòu)要求能輕載快速、重載慢速、安裝就位微動(dòng)。塔式起重機(jī)的起重量隨幅度而變化。動(dòng)臂為水平式時(shí)，載重小車沿水平動(dòng)臂運(yùn)行變幅，變幅運(yùn)動(dòng)平衡，其動(dòng)臂較長(zhǎng)，但動(dòng)臂自重較大。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。按能否移動(dòng)又分為：行走式和固定式。 　塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)兩大類。根據(jù)參數(shù)要求，選用適當(dāng)模塊分別組成具有不同技術(shù)性能特征的塔機(jī)，以滿足施工的具體需求。塔機(jī)的研究正向著組合式發(fā)展。我國(guó)的塔機(jī)行業(yè)于20世紀(jì)50年代開始起步,相對(duì)于中西歐國(guó)家由于建筑業(yè)疲軟造成的塔機(jī)業(yè)的不景氣, 上海波赫驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有限公司我國(guó)的塔機(jī)業(yè)正處于一個(gè)迅速的發(fā)展時(shí)期。1941年，有關(guān)塔機(jī)的德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN8770公布。1905年出現(xiàn)了塔身固定的裝有臂架的起重機(jī)，1923年制成了近代塔機(jī)的原型樣機(jī)，同年出現(xiàn)第一臺(tái)比較完整的近代塔機(jī)。塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱塔機(jī)，亦稱塔吊，起源于西歐。工作機(jī)構(gòu)有起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走四部分。由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)三部分組成。沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文起重機(jī)的半自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目錄1. 緒論 1 概述 1 塔式起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)況趨勢(shì)及特點(diǎn) 2 塔式起重機(jī)國(guó)外發(fā)展概況 2 塔式起重機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 3 塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及存在問題 3 本課題的研究意義及主要內(nèi)容 42. 總體設(shè)計(jì)方案 5 任務(wù)要求 5 設(shè)計(jì)思路 63. 硬件選擇 7 PLC的選用 7 PLC概述 7 PLC的選定 8 SIEMENS S7200 結(jié)構(gòu)及工作原理 8 變頻器的選用 11 變頻器概述 11 變頻調(diào)速的基本原理 11 變頻器的基本電路及功能 13 變頻器的選定 14 ATV71制動(dòng)單元 15 編碼器的選用 15 編碼器概述 15 編碼器工作原理 16 編碼器的選定 17 編碼器與PLC的連接 17 傳感器的選用 184. 起重機(jī)控制及保護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 19 主電路圖 19 起升機(jī)構(gòu) 19 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 19 變幅機(jī)構(gòu) 20 報(bào)警機(jī)構(gòu) 21 I/O點(diǎn)數(shù)的分配及PLC外部接線圖 21 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 21 輸入/輸出的分配 22 PLC外部接線圖 235. 起重機(jī)控制及保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)流程圖 25 超載保護(hù)流程圖 25 吊鉤升降動(dòng)作流程圖 25 小車變幅動(dòng)作流程圖 26 回轉(zhuǎn)動(dòng)作流程圖 27 部分程序梯形圖解釋及調(diào)試 27 電源保護(hù) 27 重物標(biāo)定過程 28 傳感器采集得重物重量 29 高速計(jì)數(shù)器設(shè)置 30 查表計(jì)算得到當(dāng)前位置的最大起重量 32 比較重物重量及當(dāng)前位置最大起重量判斷是否超載 36 起升動(dòng)作控制 366. 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì) 37 組態(tài)王的簡(jiǎn)介 37 組態(tài)王基本設(shè)置 38 變量的定義及管理 39 基本變量類型 39 變量及變量屬性的定義 40 動(dòng)畫連接 42 組態(tài)王的命令語(yǔ)言 45 命令語(yǔ)言類型 45 命令語(yǔ)言語(yǔ)法 45 動(dòng)畫連接命令語(yǔ)言 45 畫面命令語(yǔ)言 47 組態(tài)王整體畫面 49結(jié)論 51致謝 52參考文獻(xiàn) 53附錄A 54附錄B 60661. 緒論 概述塔式起重機(jī)是動(dòng)臂裝在高聳塔身上部的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。作業(yè)空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構(gòu)件的安裝。金屬結(jié)構(gòu)包括塔身、動(dòng)臂和底座等。電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、控制器、配電柜、連接線路、信號(hào)及照明裝置等。據(jù)記載，第一項(xiàng)有關(guān)建筑用塔機(jī)專利頒發(fā)于1900年。1930年當(dāng)時(shí)德國(guó)已開始批量生產(chǎn)塔機(jī)，并用于建筑施工。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以吊載(t)和幅度(m)的乘積(tm)一起以重力矩表示塔機(jī)的起重能力。從塔機(jī)的技術(shù)發(fā)展方面來看，雖然新的產(chǎn)品層出不窮，新產(chǎn)品在生產(chǎn)效能、操作簡(jiǎn)便、保養(yǎng)容易和運(yùn)行可靠方面均有提高，但是塔機(jī)的技術(shù)并無根本性的改變。所謂的組合式，就是以塔身結(jié)構(gòu)為核心，按結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，將塔身分解成若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理再將各部分劃分成若干模塊。推行組合式的塔機(jī)有助于加快塔機(jī)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，并能更好的為客戶服務(wù)。其中前者的承載力要高于后者，在許多的施工現(xiàn)場(chǎng)我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機(jī)。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn)，安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上，或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。塔式起重機(jī)的動(dòng)臂形式分水平式和壓桿式兩種。動(dòng)臂為壓桿式時(shí)，變幅機(jī)構(gòu)曳引動(dòng)臂仰俯變幅，變幅運(yùn)動(dòng)不如水平式平穩(wěn)，但其自重較小。起重量與幅度的乘積稱為載荷力矩，是這種起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。一般除采用電阻調(diào)速外，還常采用渦流制動(dòng)器、調(diào)頻、變極、可控硅和機(jī)電聯(lián)合等方式調(diào)速。戰(zhàn)后各國(guó)面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機(jī)。70年代末，由于種種原因，國(guó)外塔式起重機(jī)制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機(jī)制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C(jī)48500臺(tái)，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴(kuò)大，塔機(jī)產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機(jī)近40000臺(tái)，其中半數(shù)機(jī)齡不足5年?；钴S在塔機(jī)市場(chǎng)上的著名產(chǎn)商是；德國(guó)的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國(guó)的 Potain 、BPR,意大利的 PotainSimma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comensa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL 澳大利亞的Favco。近年來，國(guó)外塔機(jī)在新產(chǎn)品開發(fā)上大致有下列一些特點(diǎn)： 　?、?更多的廠家注重開發(fā)經(jīng)濟(jì)型城市塔機(jī)并擴(kuò)展成系列。 　?、歉鶕?jù)一些國(guó)家城建當(dāng)局的有關(guān)規(guī)定，為防止塔機(jī)臂架在狹窄的空間運(yùn)行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動(dòng)臂式自升塔式起重機(jī)。 　　⑸變頻調(diào)速系統(tǒng)在國(guó)外塔機(jī)新產(chǎn)品上得到推廣應(yīng)用。 　　⑺無論上回轉(zhuǎn)或下回轉(zhuǎn)式塔機(jī)，都十分重視駕駛室的平面設(shè)計(jì)和空間處理。2004年，由于宏觀調(diào)控作用以及起重機(jī)行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，塔機(jī)的產(chǎn)銷量有所回落，2002006年，在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的強(qiáng)力拉動(dòng)下，我國(guó)塔機(jī)的產(chǎn)銷恢復(fù)高速增長(zhǎng)，2006年銷量已超過2萬臺(tái)。近20年來，我國(guó)塔機(jī)制造業(yè)的水平雖然有所提高，但相對(duì)其他一些行業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)還是落后的，與我們相近的工程機(jī)械骨干企業(yè)相比差距也很大，許多廠家生產(chǎn)效率底、環(huán)境污染多、造成焊接質(zhì)量和成品外觀質(zhì)量都難以保證。大多數(shù)企業(yè)的管理模式和生產(chǎn)方式還是傳統(tǒng)的多級(jí)遞進(jìn)的靜態(tài)不變的模式，有的還是小而全或大而全，專業(yè)化程度、工藝裝備和管理水平低，很難適應(yīng)多品種批量化生產(chǎn)和商品經(jīng)濟(jì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，難以形成自己的民族規(guī)模工業(yè)。勿庸置疑，我國(guó)已成為世界民用塔機(jī)的生產(chǎn)大國(guó)，也是世界塔機(jī)主要需求市場(chǎng)之一。 塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及存在問題傳統(tǒng)塔式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻方法進(jìn)行啟動(dòng)與調(diào)速，繼電接觸器控制。（2） 起重機(jī)升降、旋轉(zhuǎn)、大車起動(dòng)、停止速度過快，而且都是慣性負(fù)載，機(jī)械沖擊也較大，機(jī)械設(shè)備使用壽命縮短，操作人員的安全系數(shù)較差，設(shè)備運(yùn)行可靠性較低。（4） 起重機(jī)每天需進(jìn)行大量的裝卸操作，由于繞線式電機(jī)調(diào)速是通過電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的主要控制元件交流接觸器來接入和斷開電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上串接的電阻，切換十分頻繁，在電流比較大的狀態(tài)下，容易燒壞觸頭。因而設(shè)備故障率比較高，維修工作量比較大。（5）在起重機(jī)起升的瞬間，升降電動(dòng)機(jī)有時(shí)會(huì)受力不均勻，易過載，直接造成電機(jī)損壞或者鋼絲繩斷裂。（7） 起重機(jī)工作的協(xié)調(diào)性主要靠操作人員的熟練程度。因此，在起重機(jī)工作繁重的生產(chǎn)車間，如何解決起重機(jī)運(yùn)行中電能浪費(fèi)、控制水平低，如何將起重機(jī)納入到工礦企業(yè)生產(chǎn)過程中的物流管理系統(tǒng)，成為了一項(xiàng)十分重要而又緊迫的工作。采用先進(jìn)的可編程控制技術(shù)（PLC）和變頻器技術(shù)，以程序控制取代繼電器接觸器控制，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式采用變頻調(diào)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的半自動(dòng)化控制。并且裝置的自動(dòng)化程度高、可靠性大大提高，操作方便，基本上實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。 吊鉤升降，小車前進(jìn)后退的限位控制。 利用三臺(tái)變頻器，控制三個(gè)動(dòng)作的三段速。 編寫一段標(biāo)定程序，標(biāo)定編碼器連接的高速計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)與位置直接的函數(shù)關(guān)系，參數(shù)，存入內(nèi)存。 小車運(yùn)動(dòng)電機(jī)上連接增量型編碼器，根據(jù)標(biāo)定得到的，轉(zhuǎn)換運(yùn)算數(shù)據(jù)，得到小車當(dāng)前位置，給予相應(yīng)操作。 編寫一段程序，將一組實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的小車位置與其對(duì)應(yīng)的可承受最大重量的數(shù)據(jù)傳送到PLC里，根據(jù)編碼器得到的小車當(dāng)前位置完成查數(shù)據(jù)功能，通過適當(dāng)?shù)牟畛?jì)算，得到小車當(dāng)前位置可承受的最大重量，進(jìn)行比較，如果重物重量大于等于當(dāng)前位置可承受重量的90%，即進(jìn)行超載保護(hù)動(dòng)作。1 設(shè)置變頻器故障輸出點(diǎn)，起降變頻器故障時(shí)不能進(jìn)行起降動(dòng)作，小車變頻器動(dòng)作時(shí)不能進(jìn)行小車動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)變頻器故障時(shí)不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。1 停止按鈕，停止按鈕按下時(shí)，不能進(jìn)行動(dòng)作。采用變頻控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速功能，改善了系統(tǒng)的調(diào)速性能和控制精度。具有完善的過流、過壓、缺相等保護(hù)措施，以及自診斷、故障報(bào)警、事件記錄等功能。由于采用 PLC控制，簡(jiǎn)化了起重機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由程序控制取代了繼電接觸器控制。PLC兩個(gè)端口一個(gè)用于后臺(tái)監(jiān)控，另一端口用于組成無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備集中控制與管理，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)更大范圍的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制。電源保護(hù)是如果升降，小車，旋轉(zhuǎn)控制按鈕按下時(shí)，不能開啟電源，起到安全保護(hù)作用。變頻故障保護(hù)是設(shè)置三個(gè)變頻器的故障輸出點(diǎn)，對(duì)應(yīng)變頻器故障則停止對(duì)應(yīng)動(dòng)作的操作，直到故障解除。四種保護(hù)都設(shè)置警告燈及報(bào)警，更加明確地起到保護(hù)作用。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。控制器和被控對(duì)象連接方便。 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。電源輸入模塊輸出模塊由于PLC應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，有不同的工藝流程，對(duì)控制功能有不同的要求，因此選用的PLC也不同。根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換的個(gè)數(shù)確定I/O點(diǎn)數(shù)。隨著PLC功能日益完善，大多數(shù)小型機(jī)也具有中、大型機(jī)的功能。再考慮性價(jià)比以及工藝要求、掃描速度等方面綜合考慮，本系統(tǒng)采用SIEMENS公司的S7200系列PLC。 它的強(qiáng)大功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。這里介紹CPU226。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。 CPU226端子連接圖(2) I/0擴(kuò)展模塊 當(dāng)CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/0擴(kuò)展，I/O擴(kuò)展包括I/0點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種:8點(diǎn)DC晶體管輸出，8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。(3) 功能擴(kuò)展模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，就需要EM277 PROFIBUSDP模塊，在這里主要介紹模擬量輸出模塊EM231。其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合。 EM231擴(kuò)展模塊連接圖3. Siemens S7200 PLC的工作原理 各種PLC具體工作原理大同小異都采用掃描工作方式。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、I/0刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)工作階段，一次循環(huán)所用的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期(或掃描周期)，其長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)短以及PLC機(jī)本身性能有關(guān)，其數(shù)據(jù)級(jí)ms級(jí)，典型值為幾十ms。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需要。20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的 VVVF變頻器技術(shù)實(shí)用化，商品投入市場(chǎng)，得到了廣泛應(yīng)用。不過美國(guó)和德國(guó)憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，高端產(chǎn)品迅速搶占市場(chǎng)。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 變頻調(diào)速的基本原理變頻調(diào)速原理：n=60 f(1s)/p式中：n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為電網(wǎng)頻率；s 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 變頻調(diào)速就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。 變頻器在應(yīng)用中改變的不僅僅是頻率，它還得同時(shí)改變交流電的電壓，如果僅改變頻率，電機(jī)可能被燒壞。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流ImIt1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。