基于PLC的起重機控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要 橋式起重機是機械生產(chǎn)中最常用的一種起重機械，在生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。所以提高橋式起重機的運行效率，確保運作過程中的安全保障和降低生產(chǎn)成本是非常重要的。 傳統(tǒng)的橋式起重機一般都是采用起重用繞線式交流異步電動機拖動。起升機構(gòu)和運行機構(gòu)上的電機一般都是采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式。這種調(diào)速方式操作復(fù)雜，可靠性差，故障率高，且電能浪費大，效率低。隨著近幾年控制技術(shù)的飛速發(fā)展，我們可以針對橋式起重機控制系統(tǒng)中存在的上述問題，把可編程序控制器和變頻器等技術(shù)應(yīng)用到橋式起重機控制系統(tǒng)中。 本次設(shè)計主要討論的是基 于可編程序控制器 （ PLC） 和變頻器的橋式起重機控制系統(tǒng)的改進。并且闡述了 PLC 和變頻器控制的基本原理。 PLC 系統(tǒng)采用西門子公司的 S7-200，能控制起重機大車、小車的運行方向和速度，吊鉤的升、降方向和速度，同時能檢測各個電機故障現(xiàn)象。該設(shè)計主電路中改變電動機的工作狀態(tài)主要由變頻器來實現(xiàn)，在控制電路中實現(xiàn)橋式起重機的各種功能主要由 PLC 來實現(xiàn)。最后對可編程控制器進行軟件設(shè)計，編制出安全可靠高效的控制程序。 關(guān)鍵詞 ：橋式起重機；變頻器；可編程控制器 Abstract Bridge crane is the mechanical production of the most commonly used as a hoisting machinery, plays a very important role in the process of production. So to improve the efficiency of bridge crane, ensure the security operation process and reduce cost of production is very important. Traditional bridge crane is used commonly on reuse of wound rotor asynchronous motor drag communication. Hoisting mechanism and operational mechanism on the motor rotor series resistance speed control mode is generally adopted. But this way of speed regulating operation complexity, poor reliability, failure rate is high, and the power waste, low efficiency. With the rapid development of control technology in recent years, we can according to the above problems existing in the bridge crane control system, the programmable controller and frequency converter is applied to the bridge crane control system, and has carried on the detailed design. This design is mainly discussed the improvement of the programmable controller (PLC) and inverter bridge crane control system. And expounded the basic principles of PLC and frequency converter control. Adopting Siemens S7-200 PLC system, can control the crane cart, the direction and speed of the car, the ascending and descending direction and speed of the hook, at the same time can detect various motor fault phenomenon. In this design,Changing the working state of the motor in circuit mainly by the frequency converter device to realize.In the control circuit to achieve the functions of bridge crane is mainly composed of PLC to realize. Finally the programmable controller software design, develop the safe, reliable and efficient control program. Key words: Bridge crane； frequency converter； programmable logic controller 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 橋式起重機的簡介 . 1 1.2 本課題研究的內(nèi)容和意義 . 1 1.2.1 課題設(shè)計的內(nèi)容： . 1 1.2.2 課題設(shè)計的意義 . 2 1.3 國內(nèi)外起重機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 . 2 2 橋式起重機的控制 . 3 2.1 橋式起重機的主要結(jié)構(gòu)及運動形式 . 3 2.2 傳統(tǒng)橋式起重機的控制原理 . 4 2.3 傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)的缺點 . 5 2.4 控制方案的 設(shè)計 . 5 3 橋式起重機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 6 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 6 3.2 PLC 實現(xiàn)的主令 控制器 . 6 3.3 電機的選用 . 7 3.3.1 變頻調(diào)速對電動機的要求 . 7 3.3.2 變頻起重機系統(tǒng)中電動機的選型 . 7 3.3.4 計算及電機的選取 . 8 3.4 變頻器 . 10 3.4.1 變頻器選型 . 10 3.4.2 變頻器的主電路 . 10 3.4.3 變頻器的控制電路 . 11 3.4.4 變頻器選擇及電流驗證 . 12 3.4.5 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 . 13 3.5 制動電阻的選擇 . 14 3.6 可編程控制器 . 14 3.6.1 可編程控制器 的概述 . 14 3.6.2 可編程控制器選型 . 15 3.6.3 I/O 端口分配 . 16 3.6.4 PLC 系統(tǒng)接線方式 . 17 3.7 安全 措施 . 18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 19 4.1 主程序 . 19 4.2 公用程序 . 20 4.3 大車控制程序 . 23 4.4 其他子程序設(shè)計 . 25 5 結(jié)論及展望 . 28 5.1 結(jié)論 . 28 5.2 展望 . 28 致 謝 . 29 參考文獻 . 30 1 緒論 1.1 橋式起重機的簡介 在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用各種起重機械，對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)， 廣泛應(yīng)用 在 工礦企業(yè)、車站、港口、倉庫、建筑工地等部門。它對減輕工人勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、促進生產(chǎn)過程機械化起著重要作用，是現(xiàn)代化生產(chǎn)中不可缺少的工具。 時至今日，在其承載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、取物裝置、控制系統(tǒng)及安全裝置各方面都有了很大的發(fā)展。由于現(xiàn)代設(shè)計方法的建立和計算機輔助設(shè)計手段 的應(yīng)用，使起重機設(shè)計思維觀念和方法有了進一步的更新。因此，起重機將向現(xiàn)代化、智能化、更安全可靠的方向發(fā)展。 起重機械種類很多，其中橋架型起重機是使用最廣泛的一種起重機械。 通用橋式起重機又稱 “ 天車 ” 或 “ 行車 ” ，它是一種橫架在固定 的 跨間上空用來吊運各種物件的設(shè)備。橋式起重機按起吊裝置不同， 又 可分為吊鉤橋式起重機、抓斗橋式起重機 和 電磁盤橋式起重機 等 。其中以吊鉤橋式起重機應(yīng)用最廣。 本次設(shè)計就是 以吊鉤橋式起重機進行討論與分析 的 。 6 橋式起重機一般由 可整體前后移動的橫梁 (大車 )、 左右移動的 小車、 固定在小車上可上下移 動的主副鉤、 操縱室、小車導(dǎo)電裝置 (輔助滑線 )、起重機總電源導(dǎo)電裝置 (主滑線 )等部分組成。圖 1.1為橋式起重機總體示意圖。 1- 駕駛室 2-輔助滑線架 3-交流磁力控制盤 4-電阻箱 5-起重小車 6-大車拖動電動機 7-端梁 8-主滑線 9-主梁 圖 1.1 橋式起重機整體示意圖 1.2 本課題研究的內(nèi)容和意義 1.2.1 課題設(shè)計的內(nèi)容： 本次設(shè)計主要研究如何用可編程控制器與變頻器相結(jié)合來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。設(shè)計的起重機的起重量為 20/5 噸，其跨度 (L)為 19.5m 主鉤起 升速度為 7.5m/min，副鉤起升速度為 15m/min。大車運行速度為 75m/min，小車運行速度為 45m/m。 9 8 6 5 4 3 2 1 7 傳統(tǒng)的 20/5t 交流橋式起重機，一般都是采用起重用繞線式交流異步電動機拖動。但是起重機的工作環(huán)境一般比較惡劣，較長時間的使用會導(dǎo)致碳刷的接觸器磨損較大，加上任務(wù)重，操作流程復(fù)雜，觸頭消蝕嚴重。且轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速調(diào)速效果不理想。所以我們要設(shè)法對其控制方式進行改造，減少電路中的沖擊電流，改變調(diào)速方式，減少操作人員勞動強度，提高系統(tǒng)效率。本設(shè)計主要內(nèi)容就是 熟練掌握 變頻器的控制原理，以及熟知 PLC的工作原 理和熟練使用編程指令。 1.2.2 課題設(shè)計的意義 近幾年自動化控制技術(shù)和電氣傳動得到了飛快的發(fā)展。其中，具有代表性的就是交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器在機械領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用，為 PLC 控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機應(yīng)用提供了有利條件。變頻技術(shù)的運用使得起重機的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)存在的問題，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機運輸機械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 PLC 控制變頻器的系統(tǒng)能夠適合起重機的工作要求，對提高工作效率，改善起重機的調(diào)速性能，減 小起制動沖擊以及增加起重機的安全系數(shù)有很大的作用。所以有對橋式起重機電控系統(tǒng)進行研究很必要。由變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)不斷發(fā)展的必然結(jié)果，符合起重機的發(fā)展趨勢，適合發(fā)展大起重量得起重機；提高工作速度、擴大調(diào)速范圍；提高金屬結(jié)構(gòu)、機構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機操作條件，保證作業(yè)安全，提高自動化控制程度和擴大遠距離控制系統(tǒng)的使用范圍。 9 1.3 國內(nèi)外起重機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 隨著 工業(yè) 生產(chǎn)的機械化程度不斷變高，生產(chǎn)效率不斷提高，生產(chǎn)物件的運輸要求也 隨之變高，就要求有控制更加便捷化和高速化的起重機 ， 而且要 對 安全性 和可靠性提出更高的要求。 目前國外先進的的起重機控制系統(tǒng)基本實現(xiàn)了 自動化、智能化和數(shù)字化 的相結(jié)合。 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操 縱給定檢測等設(shè)備組成。 8 經(jīng)過 幾十年的發(fā)展，我國 國內(nèi) 橋式起重機 的控制技術(shù)水平已得到一定程度的提高， 但是與國際水平還有一定距離 。目前國內(nèi)使用的橋式起重機大多還是采用的傳統(tǒng)的控制方法，采用繼電器控制和串電阻調(diào)速，使用凸輪控制器控制電動機。 2 橋式起重機的控制 2.1 橋式起重機的主要結(jié)構(gòu)及運動形式 橋式起重機由橋架（雙稱大車），裝有起升機構(gòu)的小車、大車運行機構(gòu)及駕駛室等幾部分組成，如下圖 2.1 所示 圖 2.1 橋式起重機結(jié)構(gòu)圖 橋架是橋式起重機的基本構(gòu)件， 它 由主梁、端梁、走臺等幾部分組成。主梁跨架在車間上空，其兩端聯(lián)有端梁，主梁外側(cè)裝有走臺并設(shè)有安全欄桿。 小車運行機構(gòu)由小車架、小車移行機構(gòu)和提升機構(gòu)組成。小車架由鋼板焊成，其上裝有小車移行機構(gòu)、提升機構(gòu)、欄桿及提升限位開關(guān)。小車可沿橋架主梁上的軌道左右移行。在小 車運動方向的兩端裝有緩沖器和限位開關(guān)。小車移行機構(gòu)由電動機、 主動輪 、制動器等組成。電動機經(jīng)減速后帶動主動輪使小車運動。提升機構(gòu)由電動機、減速器、卷筒、制動器等組成，提升電動機通過制動輪、聯(lián)軸節(jié)與減速器聯(lián)接，減速器輸出軸與起吊卷筒相聯(lián)。 大車移行機構(gòu) 則 是由驅(qū)動電動機、制動器、傳動軸、減速器 、聯(lián)軸器、角型軸承箱 和車輪等幾部分組成。 其車輪通過角型軸承箱固定在橋架的端梁上，其主要作用是驅(qū)動大車車輪沿軌道運行。 其驅(qū)動方式有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動方式 兩 種 ： 集中驅(qū)動是由一臺電動機通過制動輪直接與聯(lián)軸節(jié)、傳動軸聯(lián)接，再通過減 速器與車輪聯(lián)接驅(qū)動兩邊的主輪。 分別驅(qū)動是由兩套獨立的無機械聯(lián)系的運行機構(gòu)組成。每套運行機構(gòu)由電動機通過制動輪、聯(lián)軸節(jié)、減速器與大車車輪聯(lián)接，省去了中間傳動軸。但分別驅(qū)動的運行機構(gòu)是用兩臺同樣型號的電動機，用同一控制器控制。 分別驅(qū)動與集中驅(qū)動相比，自重較輕，安裝和維護方便，實踐證明使用效果良好。目前我國生產(chǎn)的橋式起重機大部分采用分別驅(qū)動方式。 控制室 是操縱起重機的吊艙，又稱駕駛室。在操縱室內(nèi)，主要裝有大小車運動機構(gòu)和起升機構(gòu)的操縱系統(tǒng)和有關(guān)裝置，如控制器、保護箱及照明開關(guān)箱；有關(guān)安全開關(guān)，如緊急開關(guān)、電鈴 開關(guān)等。 3 控制室一般固定在主梁下方的一端，也有隨大車移動的。其上方有通向走臺的艙口。為了安全，艙口處裝有安全開關(guān)，避免司機及維護人員上車發(fā)生觸電事故 。 2.2 傳統(tǒng)橋式起重機的控制原理 傳統(tǒng)的橋式起重機基本采用繼電器控制和串電阻調(diào)速，使用凸輪控制器控制各臺電動機。其主電路和控制電路如圖 2.2 所示 圖 2.2 20t 橋式起重機典型電路 控制方式：小型橋式起重機的主鉤、大車、小車均采用繞線式三相交流異步機電動機和凸輪控制器控制。 該起重機有兩個卷揚機構(gòu)，主鉤起重量為 20 噸，副鉤起重量為 5 噸，分別由電動機M1、 M2 拖動。其中 M1 為主卷揚電動機，由凸輪控制器 1SA 操縱； M2 為副卷揚電動機，由凸輪控制器 2SA 操縱；小車移行機構(gòu)由電動機 M3 拖動， M3 為小車電動機，由凸輪控制器 3SA 操縱；大車移行機構(gòu)由兩臺電動機 M4、 M5 分別拖動， M4、 M5 為大 車電動機，共由凸輪控制器 4SA 操縱。 整個起重機五臺電動機保護電路如圖 2.2 下方圖所示。其中 QS 為緊急開關(guān)，用作事故情況下緊急斷開電源； SQ7 SQ9 為艙口門開關(guān)與橫梁門開關(guān)； KA1 KA6 為過電流繼電器的觸點，用作電動機的過流保護； 1SA、 2SA、 3SA、 4SA 分別為主卷揚、副卷揚、小車與大車凸輪控制器觸點； SQ1、 SQ2 為小車移行機構(gòu)行程開關(guān)，用于小車終端限位保護；SQ3、 SQ4 為大車移行機構(gòu)行程開關(guān)，用于大車終端限位保護； SQ5 為副卷揚提升機構(gòu)行程開關(guān)，用于提升終端限位保護。 YB1 YB5 分別為主卷 揚、副卷揚、小車與大車電動機各自的制動電磁鐵。 6 2.3 傳統(tǒng)橋式起重機控制系統(tǒng)的缺點： 橋式起重器一般在一些條件惡劣的場合工作，而且動作復(fù)雜，工作頻率較高，電機容量較大，要求有一定的調(diào)速范圍。所以傳統(tǒng)的繼電器控制和串電阻調(diào)速會在操作中存在很多問題： （ 1） 電動機及其所串電阻燒損和斷裂故障經(jīng)常發(fā)生； （ 2） 繼電接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高； （ 3） 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速調(diào)速效果不理想； （ 4） 所串電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低等。 而且采用凸輪控制器在操作中同時切換的觸點一般很多，且切換的又多是電動機主電路的觸點，為了 切換大容量電流，觸點都制造得厚重，這就為操作帶來了阻力和很大的勞動強度。另一方面，凸輪控制器中有形的觸點在頻繁的切除中很容易出故障，給維修帶來了不便。 2.4 控制方案的 設(shè)計 可編程控制器簡稱 PLC， 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。 本設(shè)計使用 PLC來實現(xiàn)主令控制器的開合表的邏輯功能，以代替原有系統(tǒng)中為每臺電動機設(shè)置一臺主令控制器或凸輪控制器的設(shè)計。改造中采用 PLC代 替接觸器開關(guān)來解決凸輪控制器的缺點。這樣既減少了系統(tǒng)中觸點數(shù)目，也使設(shè)備體積減小，操作強度也隨之下降。使用橋式專用變頻器代替轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，增加了機械特性硬度，也不存在發(fā)熱問題，提高了系統(tǒng)效率； 5 臺電動機共用一臺主令控制器控制，減少了按鈕數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)可靠性。 通過 對設(shè)計的分析，改造后的交流橋式起重機控制系統(tǒng) 也 包含了以下幾個部分：主令控制器、限位器、保護輸入 、 PLC、 4 臺變頻器 、 5 臺 電動機（大車電動機兩臺）其控制框圖如圖 2.3所示： 圖 2.3 交流橋式起重機控制系統(tǒng)框圖 主令控制器 限位器 保護輸入 P L C 變頻器 M1 變頻器 M2 變頻器 M3 變頻器 M4 M5 3 橋式起重機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 改造后的交流橋式起重機控制系統(tǒng)包含如下幾個部分：主令控制器、限位器、保護輸入、 PLC、 4 臺變頻器、 5 臺電動機（大車電動機兩臺）。四臺變頻器分別控制相應(yīng)的電動機，然后四臺變頻器所需的輸入口線均接在 PLC 上。本設(shè)計采用一臺 S7-200 型 PLC 控制四臺變頻器操作 5 臺電動機的運行。下圖畫出了橋式起重機的 PLC 控制原理圖。簡單起見，圖中沒有畫出全部的 I/O 口線。 圖 3.1 橋式起重機的 PLC控制原理圖 3.2 PLC 實現(xiàn)的主 令控制器 繼電接觸器為基礎(chǔ)的橋式起重機電路，一般都是用凸輪控制器來控制大車、小車、主副鉤的操作。這次設(shè)計我使用 PLC 來模擬各類電器的邏輯功能，把有形的觸點轉(zhuǎn)變?yōu)?PLC內(nèi)部無形的邏輯關(guān)系。以滿足大電流切換的需要， PLC 的輸出應(yīng)該連接接觸器及繼電器。表 3-1 列出了一個經(jīng)精簡后的主令控制器的開合表，并 為各擋位接通的觸點安排了 PLC 的輸入口。 表 3-1 三檔主令開關(guān)開合表 輸入端口 向前 零位 向后 I0.5 x I0.6 x I0.2 x 注 x 觸頭閉合 本設(shè)計使用圖 3.2 所示的一個三檔位 的主令控制器及兩只升降速按鈕作為操作器件，使用 PLC 及接觸器模擬凸輪控制器工作。三檔位的主令控制器的開合表如表 3-1 所示。該主令控制器延續(xù)了凸輪控制器向前向后操作時的互鎖，而且符合起重機操作人員的操作習(xí)慣，使用兩只按鈕進行升降速更加方便，其實現(xiàn)的控制要求主要有： （ 1） 電動機的方向控制由主令控制器實現(xiàn)，手柄置向前位時， I0.5 接通，正轉(zhuǎn)接觸器工作，電動機進行正轉(zhuǎn)；手柄置向后位時， I0.6 接通，反轉(zhuǎn)接觸器工作，帶動電動機反轉(zhuǎn)。由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)都必須經(jīng)過零位，手柄位于零位表示已斷開正在運行的接觸器 ，準備接通下一個接觸器，同時手柄在 0 位時會切除電阻檔位存儲器清零。 （ 2） 在按動接于 I1.1 及 I1.0 的按鈕時，使加減速檔位存儲器 VB100 中存儲的數(shù)字在 15 間依順序變化，以控制輸入電動機的電源頻率大小。這是通過加 1 及減 1 指令實現(xiàn)的，在 VB100 中數(shù)值小于 5 時可加操作，大于零時可 減操作。 圖 3.2 3 檔主令開關(guān)及增減電阻按鈕示意圖 3.3 電機的選用 3.3.1 變頻調(diào)速對電動機的要求 采用變頻調(diào)速時，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電動 機轉(zhuǎn)速范圍的擴大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動時不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機溫升、噪音及振動等方面。隨著高開關(guān)頻率的工 GBT 等電力電子器件的使用 、 PWM調(diào)制、矢量控制、增強型 V/f 控制方法的應(yīng)用、使變頻器輸出波形、諧波成份、功率因數(shù)及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了變頻控制電機的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電動機可以避開共振點，解決了系統(tǒng)在大調(diào)速區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生的共振問題。目前，變頻器己經(jīng)發(fā)展到除非有超同步調(diào)速的要求或呈 1:20 以上的大速比，一般無須選用變頻專用電 機作變頻系統(tǒng)的電動機?，F(xiàn)在國內(nèi)推出的變頻專用電動機由普通電機加獨立風(fēng)扇組成，以解決電動機在低速運轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電動機過熱問題。 3.3.2 變頻起重機系統(tǒng)中電動機的選型 起重機起升和運行機構(gòu)的調(diào)速比一般不大于 1:20，且為斷續(xù)工作制，通常接電持續(xù)率電機 向 前 零 位 向 后 I 0.5 I 0.2 I 0.6 加速 I1.0 減速 I1.1 在 60%以下，負載多為大慣量系統(tǒng)。嚴格意義上的變頻電機轉(zhuǎn)動慣量較小，響應(yīng)較快，可工作在比額定轉(zhuǎn)速高出很多的工況條件下，這些特性均非起重機的特定要求。普通電機與變頻電機在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致 ；在連續(xù)工作時考慮到冷卻效果限制了普通電機轉(zhuǎn)矩應(yīng)用 值，普通電機僅在連續(xù)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機稍差。 3.3.4 計算及電機的選取 通過對參考文獻和網(wǎng)上的查閱，得到有關(guān)本設(shè)計所需數(shù)據(jù)如下： 小車車輪直徑： 315mm 大車車輪直徑： 630mm 起重機總重： 28.6T 小車自重： 7.6T 吊鉤自重： 500kg 小車運行摩擦阻力系數(shù) =0.0085 大車運行摩擦阻力系數(shù) =0.007 A. 主起升機構(gòu)： （ 1）初選電動機 NNgGQGQ 220110581.9500200000 (3.1) smmvq /125.0m in/5.7 KWKWvGP qQj 57.2985.01000125.02011051000 (3.2) 根據(jù)電動機樣本，選用 YZR225M-8 電動機，當(dāng) S3， %25JC 時，電動機允許功率為26KW。 （ 2） 電動機的過載校驗 按 電 動 機 轉(zhuǎn) 矩 允 許 的 過 載 系 數(shù) M 2.8 ， 對 繞 線 式 轉(zhuǎn) 子 電 動 機 ， H=2.1 KWKWvGm HP qQMN18.2285.01000 125.02011058.21 1.21000 (3.3) 根據(jù)規(guī)定 , %25JC ， CZ=150,此時 NP24.096KW，即 22.18KW24.096KW 所以電動機校驗通過。 B. 副起升機構(gòu)： （ 1）初選電動機 NNgGQG Q 5.5150281.925050000 (3.4) smmvq /25.0m in/15 85.0 KWKWvGP qQj 1.1585.01000 25.05.5 1 5 0 21000 (3.5) 根據(jù)電動機樣本，選用 YZR180L-8 電機，當(dāng) S3， %25JC 時，電動機允許功率為 13KW。 （ 2） 電動機的過載校驗 KWKWvGm HP qQMN33.1185.01000 25.05.5 1 5 0 28.21 1.21000 (3.6) 根據(jù)規(guī)定 , %25JC ， CZ=150,此時 NP12.160KW，即 11.33KW12.160KW 所以電動機校驗通過。 C. 大車運行機構(gòu)： (1) 運行靜阻力，大車運行部分總質(zhì)量： NNgGQG G 52581681.92860025000 (3.7) 因為室內(nèi)運行，風(fēng)阻力 01 G，坡度阻力 0G，運行摩擦阻力系數(shù) =0.007 NNGGG GZ 7.3680007.05258161 (3.8) (2) 運行靜功率： yv75m/min=1.25m/s 大車運行機構(gòu)總效率 95.0 KWKWvGP yz 84.495.01 0 0 0 25.17.3 6 8 01 0 0 01 (3.9) (3) 運行加速功率 取 stsms 25.6,/2.0 2 KWKWgt vGPsyG 41.1525.681.91 0 0 025.15 2 5 8 1 815.11 0 0 015.1 22 (3.10) (4) 初選電動機 KWPPmPMN641.1584.47.12 11 1 (3.11) 根據(jù)電動機樣本，選用兩臺 YZR160M1-6 電動機，當(dāng) %25JC ， NP6.3KW (5) 電動機發(fā)熱校驗 根據(jù)起 重機設(shè)計規(guī)范，該大車運行機構(gòu)的接電持續(xù)率 %25JC ， CZ=600，穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù) G=0.9，所以， KWKWvGGP yz 36.495.01000 25.17.36809.010002 (3.12) 根據(jù)橋式起重機設(shè)計手冊知，當(dāng) %25JC ， CZ=600 時， NP4.629KW， 即 4.36KW4.629KW,所以電動機發(fā)熱校驗通過。 D. 小車運行機構(gòu)： （ 1） 運行靜 阻力，小車運行部分總質(zhì)量： NNgGQGG 31980681.9760025000 （ 3.13） 因為室內(nèi)運行，風(fēng)阻力 01 G， 坡度阻力 0G， 運行摩擦阻力系數(shù) =0.0085 則 NNGGG GZ 35.27180085.03198061 （ 3.14） （ 2） 運行靜功率： yv 45m/min=0.75m/s 小車運行機構(gòu)總效率 85.0 KWKWvGP yz 4.285.01000 75.035.271810001 （ 3.15） （ 3） 運行加速功率 取 stsms 5,/15.0 2 KWKWgtvGPsyG 2.4581.91 0 0 075.03 1 9 8 0 615.11 0 0 015.1 22 （ 3.16） （ 4） 初選電動機 KWKWPPmP MN 9.52.44.27.11 11 1 （ 3.17） 根據(jù)電動機樣本，選用兩臺 YZR132M2-6 電動機，當(dāng) %25JC ， NP4 （ 5） 電動機發(fā)熱校驗 根據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范，該小車運行機構(gòu)的接電持續(xù)率%25JC ， CZ=300，穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù) G=0.8，所以， KWKWvGGP yz 92.185.01 0 0 075.035.2 7 1 88.01 0 0 02 （ 3.18） 根 據(jù)橋式起重機設(shè)計手冊知，當(dāng) %25JC ， CZ=300 時， NP3.598KW， 即 1.92KW3.598KW,所以電動機發(fā)熱校驗通過。 通過利用上述公式的計算，選用改造后的橋式起重機各執(zhí)行機構(gòu)的電機參數(shù)如表 3-2所示 : 表 3-2 各執(zhí)行機構(gòu)電機參數(shù) 電機型號 電機功率 /電流 主起升機構(gòu) YZR225M-8 26KW/55A 副起升機構(gòu) YZR180L-8 13KW/29.1A 大車運行機構(gòu) YZR160M1-6 2*6.3KW/16.4A 小車運行機構(gòu) YZR132M2-6 4KW/9.7A 3.4 變頻器 3.4.1 變頻器選型 本系統(tǒng)選用的是西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價格，完整的理論計算書及輔件推薦值，有利于用戶進行合理選用。 3.4.2 變頻器的主電路 這里討論的是電壓源型，交 -直 -交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示。 圖 3.3 變頻器主電路 A. 交直變換部分 （ 1） VD1 VD6 部分 ，將交流變換為直流。 （ 2） 濾波電容器 CF 作用 是 當(dāng)負載變化時，使直流電壓保持平衡。 因為受 電容量和耐壓的限制，濾波電路通常由若干個電容器并聯(lián)成一組，又由兩個電容器組串聯(lián)而成。如圖中的 CF1 和 CF2。由于兩組電容特性不可能完全相同，在每組電容組上并聯(lián)一個阻值相等的分壓電阻 RC1 和 RC2。 （ 3） 限流電阻 RL 和開關(guān) SL RL 作用：變頻器合上 的 瞬間沖擊電流比較大，其作用就是在合上閘后的一段時間內(nèi)，電流流經(jīng) RL，限制沖擊電流，將電容 CF 的充電電流限制在一定范圍內(nèi)。 SL 作用：當(dāng) CF 充電到一定電壓， SL 閉合，將 RL