【正文】 系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、 PID 策略為主，同時針對不同的對象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的 Smith 預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級控制等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實現(xiàn)定值控制。 第二階段是發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計算機和高檔儀表為工具，對較復(fù)雜的工業(yè)過程進行控制。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，滿足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。分散控制系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)，它綜合了計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式 ,按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。經(jīng)過 20多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出類拔萃的風(fēng)范，因此，可以毫不夸張地說，分散控制系統(tǒng)是過程控制發(fā)展史上的一個里程碑。 對起重機控制電路進行 PLC 改造的意義 目前，在企業(yè)中運行著的許多生產(chǎn)設(shè)備在控制技術(shù)方面都趨于落后和老化，但并未完成設(shè)備的設(shè)計壽命。在這種情況下，若只為追求新技術(shù)的應(yīng)用而提前進行設(shè)備的更新?lián)Q代，將造成極大的浪費，同時增大設(shè)備投資的回收難度，提高企業(yè)的產(chǎn)品成本。在原傳動控制中，采用轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式，其設(shè)備存在缺點如下： 1） 起重機每天需進行大量的裝卸操作，由于繞線式電機調(diào)速是通過電氣驅(qū)動系統(tǒng)中的主要控制元件 —— 交直流接觸器和斷開電動機上的串接電阻，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。 3） 起重機工作的協(xié)調(diào)性主要靠操作人員的熟練程度。 要解決上述問題，最有前途的作法是對現(xiàn)有設(shè)備進行技術(shù)改造，提高舊設(shè)備的新技術(shù)含量。 采用 PLC（可編程控制器）來控制橋式起重機的運行，可以充分體現(xiàn)出4 PLC 所具有的功能強，可靠性高、編程簡單、使用方便、體積小巧等優(yōu)點。同時，通過采用 PLC 控制可以減輕工人的勞動強度，提高抓斗橋式起重機的工作性能。 本設(shè)計的主要內(nèi)容 1)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 2)繼電接觸器控制系統(tǒng) 設(shè)計的一般要求 3)橋式起重機 電路的設(shè)計 4)橋式起重機 控制電路的工作原理 5)橋式起重機 電路控制器件的選擇 6)橋式起重機 電路的檢修 5 第 2 章 橋式起重機電氣控制 橋式起重機簡介 橋式起重機的結(jié)構(gòu)與分類 起重機是一種用于起吊和放下重物并使重物在短距離內(nèi)水平移動的起重設(shè)備。橋式起重機通常分為單主梁、雙梁起重機兩大類。此外還有防爆、絕緣、 雙小車、掛梁等橋式起重機 。如車站貨場使用的門式起重機；建筑工地使用的塔式起重機；生產(chǎn)車間使用橋式起重機。 橋式起重結(jié)構(gòu)示意如圖 所示，起重機可以在大車能夠行走的整個車間范圍內(nèi)進行起重運輸。大車的軌道敷設(shè)在沿車間兩側(cè)的立柱上，大車可在軌道上沿車間縱向移動；大車上有小軌供小車橫向移動；主鉤和副鉤都裝在小車上，主鉤用來提升重物，副鉤除了可提升輕物外，在它額定負載范圍內(nèi)也可協(xié)同主 鉤輕轉(zhuǎn)或翻倒工作用。 大車運行機構(gòu)有分別驅(qū)動和集中驅(qū)動兩種，目前我國生產(chǎn)的橋式起重機大都采用分別驅(qū)動方式。 橋式起重機的供電特點 起重機的電源為 380V，由公共的交流電源供給 。一 般采用軟電纜供電。另一種方法是采用滑觸線和集電刷供電。 滑觸線通常采用角鋼、圓鋼或工字鋼等鋼性導(dǎo)體制成。 起重量 系指被起升物的重量，有額定起重量和最大起重量兩 個參數(shù)。最大起重量是指在正常工作條件下允許吊起的最大額定起重量。 跨度 起重機主梁兩端車輪中心線間的距離，即大車軌道中心線間的距離稱作跨度。 工作速度 橋式起重機的工作速度包括起升速度及大、小車運行速度。中、小起重量的起重機起升速 度一般為 8～ 20m/min。大車運行速度一般為 80～ 120m/min。按工作級別使用起重機，可安全又充分發(fā)揮起重機的功能。 7 橋式起重機對電力拖動和電氣控制的要求 橋式起重機工作環(huán)境惡劣，粉塵大，溫度高，空氣潮濕，其工作性質(zhì)為重復(fù)短時工作制。為此，專門設(shè)計制造了 YZR 系列起重及冶金用三相感應(yīng)電動機。 起重用電動機的特點 1)電動機按斷續(xù)周期工作制設(shè)計制造，其代號為 S3。 %100% ?? 周期時間負載持續(xù)時間FC (21) 一個周期通常是為 10min，標(biāo)準(zhǔn)的負 載持續(xù)率有 15%、 25%、 40%、 60%等幾種。 3)電動機轉(zhuǎn)子制成細長形，轉(zhuǎn)動慣量小，減小了起、制動時的能量損耗。 提升機構(gòu)與移動機構(gòu)對電力拖動自動控制的要求 為了提高起重機的生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全，對起重機提升機構(gòu)電力拖動自動控制提出如下要求： 1) 具有合適的升降速度，空鉤能快速升降，輕載提升速度應(yīng)大于 額定負載的提升速度。 3) 適當(dāng)?shù)牡退賲^(qū)，提升重物開始或下降重物到預(yù)定位置附近，都需要低速。高速向低速過渡應(yīng)8 逐級減速，保持穩(wěn)定運行。但預(yù)備級的起動轉(zhuǎn)矩不能大，一般限制在額定轉(zhuǎn)矩的一半以下。 6)為了安全，有機械抱閘的機械制動，以減輕機械抱閘的負擔(dān)。 大車運行機構(gòu)與小車運行機構(gòu)對電力拖動自動控制的要求比較簡單，只要有一定的調(diào)速范圍，分幾檔進行控制即可。 起重機電動機的工作狀態(tài)分析 大車、小車行走機構(gòu)電動機的正、反向電動狀態(tài)運行 起重機大車和小車運行機構(gòu)電動機的負載轉(zhuǎn)矩為運行傳動機構(gòu)和車輪滾動時的摩擦阻力矩，其值為一常數(shù)， 方向始終與運動方向相反。 提升重物時的正向電動工作狀態(tài) 提升物品時，電動機負載轉(zhuǎn)矩 TL由重力轉(zhuǎn)矩 TW及提升機構(gòu)摩擦阻轉(zhuǎn)矩Tf兩部分組成，當(dāng)電動機電磁轉(zhuǎn)矩 T克服負載轉(zhuǎn)矩 TL時，重物將被提升；當(dāng)二者相等時，重物以恒定速度提升。 圖 提升物品時的正向電動狀態(tài) 圖 下放空鉤或輕載時的反向電動狀態(tài) 9 當(dāng)空鉤或輕載下放時的反向電動狀態(tài) 當(dāng)空鉤或輕載下放時，由于負載重力轉(zhuǎn)矩小于提升機構(gòu)摩擦阻轉(zhuǎn)矩，此時依靠重物自身重量不能下降。電動機工作在反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，如圖 所示。 在中載或重時的再生制動狀態(tài) 在中載或重載長距離下降重物時，可將提升電動機按反轉(zhuǎn)相序接線，產(chǎn)生下降方向的電磁轉(zhuǎn)矩，此時電磁轉(zhuǎn)矩 T與重力轉(zhuǎn)矩 TW的方向一致，仍如圖 所示，使電動機很快加速并超過電動機的同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩 =負載轉(zhuǎn)矩時，電動機以高于同步轉(zhuǎn)速的速度穩(wěn)定運行，所以也可稱為超同步制動，如圖 所示。此時，電動機定子仍按正轉(zhuǎn)提升相序接線，但在轉(zhuǎn)子電路中串接較大電阻，這時電動機起動轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩 TL，因此電動圖 下放在中載或重時的再生制動狀態(tài) 圖 下放重載時的倒拉反接制動狀態(tài) 圖 單相電動狀態(tài)機械 特性 10 機就被載荷拖動，迫使電動機反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)以后電動機的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子的電動勢和電流都加大，轉(zhuǎn)矩也隨之加大，直至 T=TL， 如圖 所示。這時，電動機定子產(chǎn)生一個脈動磁場，將這個脈動磁場分解為兩個轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場。所以，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將是這兩個旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。由曲線 3 可知，當(dāng)n=0 時， T=O，故此時電動機通電后不能起動旋轉(zhuǎn)，但若在外力 作用下使電動機起動，可使電動機工作。這時，如果電動機在重力負載作用下，電動機將處于第四象限的倒拉制動狀態(tài)，稱為單相倒拉制動，適用于輕載低速下降。但不適用于重載下放，因此時將發(fā)生高速下降的飛車事故。另外，起重機有關(guān)機構(gòu)安裝各類可靠靈敏的安全裝置，常用的有緩沖器、起升高度限位器、負荷限制器及超速開關(guān)等。保護箱由刀開關(guān)、接觸器、過電流繼電器等組成，用于控制保圖 單相制動狀態(tài)機械特性 11 護起重機，實現(xiàn)電動機過流保護，以及失壓、零位、限位等保護。 圖 為 XQB12504F/口型保護箱的電氣原理圖。圖中 Q 為三相刀開關(guān)， KM 為線路接 觸器， KOC0 為總過電流繼電器， KOC1～ KOC5 為各機構(gòu)電動機過電流繼電器，SA SA SA SA4 分別為小車、 主鉤 、大車 、副鉤 的零位保護觸點， SQ1SQ8分別為大車、小車和提升機構(gòu)的限位開關(guān)， SQ11 為緊急事故開關(guān)， SQ SQ10為艙口門和橋架門安全開關(guān)， HL 為電源信號燈， AL 為電鈴， XS1～ XS3 為電源 (36V、 220V)插座， EL1～ EL4 為照明燈。 2)操作頻率高，每小時通斷次數(shù)接近或超過 600 次。 4)起重機要求有較好的調(diào)速、點動等運行性能。 副鉤也采用主令控制器來控制其原理與與主鉤的控制原理大體相同，副鉤中沒有點動操作，其制動采用電磁抱閘，如圖 所示。當(dāng)主令控制器手柄由：“ 0”扳到下降“ 1”檔時，電路不動作，只有當(dāng)控制器手柄由下降“ 2”或下降“ 3”檔返回下降“ 1”檔時，電路才動作，以避免發(fā)生輕載在該檔發(fā)生不但不下降反而上升的現(xiàn)象； 5)下降“ 2”檔為單相制動檔，實現(xiàn)輕載時的低速下降； 輸入點數(shù)為 56個，輸出點數(shù)為 39 個； 6)下降“ 3”檔為再生制動檔，可獲得高于同步轉(zhuǎn)速的高速下降。它的結(jié)構(gòu)與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有些類似，也是通 過手柄操作凸輪，使觸點按規(guī)定的接通表也是通過手柄操作凸輪，使觸點按規(guī)定的接通表閉合或斷開電路，但其觸點對數(shù)較多。在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。同時，由于 KT1 的短暫延時，在控制器手柄由“ 0”扳到下降“ 3”位時，接觸器 KM3 不動作； 9)重型載荷時，在某些場合需經(jīng)常使用點動操作，為此可對控制器進行在某些場合需經(jīng)常使用點動操作重型載荷時，在某些場合需經(jīng)常使用點動操作，為此可對控制器進行在某些場合需經(jīng)常使用點動操作，為此可對控制器“ 0” 下降“ 2” “ 0”的操作。使 SF 常開觸點閉合，然后扳動控制器手柄進行“ 0” 下降“ 1” “ 0”的操作，即可實現(xiàn)點動控制。 (1)提升重物的控制 1)控制器手柄由“ 0”位扳至上升“ 1”位時，由于觸點 KM1 斷開，使時間繼電器 KT3 斷電釋放，其觸點 KT3（ SA8 支路） 經(jīng) 延時后閉合，使KM4 通電吸合，短接一段轉(zhuǎn)子電阻 R1，電動機運行在圖 “上 1”特性曲線上。短接一段轉(zhuǎn)子電阻 R1，電動機運行在圖 “上 1”特性曲線上。 15 在 KM8 通電吸合后，經(jīng) KM KM1觸點使 KT2 通電吸合，觸點 KT2（ SA5支路） 、 KT2（ SA11 支路） 瞬時閉合，前者為 KM8 延時斷電，制動器延時閉合準(zhǔn)備，后者為 KM1 通電提供又一通道。同時，觸點KM5（ KT4 線圈 支路 ）斷開，使時間繼電器 KT4 斷電釋放，觸點 KT4(SA10支路 )經(jīng) 延時后閉合，為進一步提高轉(zhuǎn)速做準(zhǔn)備。因為此時觸點 KM6（ KT5 線圈 支路 ） 斷開，使時間繼電器KT5 斷電釋放，經(jīng) 延時后又使接觸器 KM7 通電吸合，再短接一段轉(zhuǎn)子電阻 R4，只剩一段常接電阻 R5，電動機穩(wěn)定工作在圖 “ 上 3” 特性曲線上。但當(dāng)由提升“ 1”位扳回“ 0”位時， 電路保證 KM8 先斷電，經(jīng) KT2 延時觸點斷開才使 KM1 斷電釋放，這就使制動器先進行制動，然后再切斷 電動機提升相序電源，保證有效地制動。所以，電動機未接電源，制動器未打開，不致引起重載下降，也不會引起輕載不但不下降反而上升的現(xiàn)象發(fā)生。 2)當(dāng)控制器手柄由下降“ 1”位扳至下降“ 2”位時， 將上升限位開關(guān) SQ1 圖 起升電機的機械特性 16 短接；時間繼電器 KT1 通電吸合，經(jīng)延時后使接觸器 KM3 通電吸合，相繼使接觸器、繼電器 KM KT2 通電吸合；接觸器 KM4 通電吸合 ，使電動機轉(zhuǎn)子電阻 R1 短接。電動機運行在圖 單相制動特性曲線上，即 “ 下 2” 曲線上。并使 KT KM KMKM8 相繼通電吸合。另外，觸點 KM5（ KT4 線圈支路） 斷開，使 KT4 斷電釋放，經(jīng) 延時使 KM6 通電吸合，短接轉(zhuǎn)子電阻 R3，電動機運行在圖 “ 下 3’” 特性上，而觸點 KM6（ KT5線圈支路） 斷開，又使 KT5 斷電釋放，經(jīng) 延時后，使 KM7 通電吸合，又短接一段電阻 R4，電動機運行在圖 “ 下 3” 特性上。 一般來說，對于重型載荷的短距離下降，可選擇下降“ 1”檔，以倒拉反接制動下降為宜；對于輕型載荷的矩距離下降，可選擇下 降“ 2”檔，以單相制動下降；對于輕型和中型載荷的長距離下降，可選擇下降“ 3”，以強力或再生制動下降；對于重型載荷的長距離下降，可選將控制器手柄扳至下降“ 3”檔作高速下降，當(dāng)距離落放點較近時，再將手柄扳回下降“ 1”檔，以低速來完成余下行程的下放，這樣既安全、平穩(wěn)而又經(jīng)濟。 5)當(dāng)控制器手柄由下降“ 2”位扳回到下降“ 1”位時， KM KT KM4斷電釋放， KT2 相繼斷電釋放，但因觸點 KT2（ SA5 支路） 延時 才斷開 ，觸點 KT1（ SA4 支路） 經(jīng) 延時閉合，這就使 KM1 通電吸合，電動機按提升相序接通電源，轉(zhuǎn)子電阻全部串 入 。此時，電動機工作在倒拉反接制動狀態(tài)，實現(xiàn)重型載荷的低速下降。 7)換向時間繼電器 KT1(動合延時 ，開斷延時 )，以延長可逆轉(zhuǎn)換時間，防止接觸器 KM1KM KM3KM2 可逆轉(zhuǎn)換時可能造成的相間短路。 8)點動操作控制 在圖