畢業(yè)論文基于PLC控制橋式起重機(jī)變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)37959

1、基于plc控制橋式起重機(jī)變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：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)活動(dòng)中應(yīng)用廣泛作用顯著，因此對(duì)于提高橋式起重機(jī)的運(yùn)行效率，確保運(yùn)行的安全可靠性，降低物料搬運(yùn)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，采用交流繞線串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，這種控制系統(tǒng)存在可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。電能浪費(fèi)大，效率低等缺點(diǎn)。針對(duì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中存在的上述問(wèn)題，把可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)上，并進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)。1.根據(jù)橋式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)采用plc控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)等組成。2.plc系統(tǒng)采用三菱公司產(chǎn)品

2、，能控制起重機(jī)大車、小車的運(yùn)行方向和速度;吊鉤的升、降方向及速度，同時(shí)能檢測(cè)各個(gè)電機(jī)故障現(xiàn)象，減小了傳統(tǒng)繼電接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。3. 實(shí)驗(yàn)表明，采用plc該控制系統(tǒng)，使橋式起重機(jī)工作可靠，使用方便，同時(shí)具有動(dòng)態(tài)顯示的功能，節(jié)能效果好明顯。關(guān)鍵詞: 可編程序控制器；變頻調(diào)速；橋式起重機(jī)；電氣控制系統(tǒng)frequencyofbridgecranebasedonplccontrol systemdesignabstract：the bridge crane carries a kind of typical equipment in the s

3、upplies system，so it have extensive function in the activity of producing enterprise，so it important improve the bridge crane operational efficiency，guarantee the safe reliability to be operated，reduce the cost of the supplies carrying. but the traditional bridge crane control system mainly adopts r

4、elay and contactor to control bridge crane，adopt the methods of wire winding bunch of resistance to start and adjust speed of motor，the control system have many disadvantages， for example: dependability is bad，it is complicated to operate，fault rate is high .the electric energy is wasted greatly，eff

5、iciency is low. to the question that exist in the bridge crane control system，the paper apply programmable controller and frequency converter on control system of bridge crane，have candied on deeper research . irrelevant respects.1. according to the operation characteristic of bridge crane，bridge cr

6、ane control system adopt plc control system and frequency conversion system. 2. plc system adopts the mitsubishi company products，can control the crane cart，ear operation direction and change speed ;to rise，lower liver direction and change speed，can measure each motor trouble phenomenon，have reduced

7、 traditional electricity-contact-type control system of intermediate link . it reduce the hardware and control line，has improved systematic stability ，dependability greatly .3. the experimental result indicates ，adopt plc control system ，it is reliable to make the bridge crane work，easy to use，have

8、dynamical shown function，energy-conservation is effectual. key words: plc; frequency conversion; bridge crane; electrical control system目錄1 緒論.11.1橋式起重機(jī)的概述.11.2 橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì).21.3 課題研究的目的和意義及基本參數(shù).32 變頻調(diào)速控制技術(shù)的基本原理.52.1變頻調(diào)速原理簡(jiǎn)介.52.2 變頻器簡(jiǎn)介.82.2.1變頻器的主電路.82.2.2變頻器的控制電路.92.2.3現(xiàn)在變頻調(diào)速的控制方法.102.3 凸輪控制器簡(jiǎn)介.112.3

9、.1 凸輪控制器的結(jié)構(gòu).112.3.2凸輪控制器控制電路.122.4 主令控制器簡(jiǎn)介.143 橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選用.153.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).153.2電機(jī)的選用.153.2.1變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的要求.163.2.2變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型.163.2.3電機(jī)冷卻.163.2.4計(jì)算及電機(jī)的選取.173.3 變頻器的選用.203.3.1變頻器選型.203.3.2變頻器選擇及電流驗(yàn)證.203.4 常用輔助件的選擇.224 plc在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用.254.1本系統(tǒng)中可編程控制器的選擇及其特點(diǎn).254.1.1 plc概述.254.1.2 plc 系統(tǒng)選擇型三菱fx2

10、n48er.254.1.3三菱fx2n系列plc特點(diǎn)及主要硬件介紹.254.2變頻調(diào)速起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).274.2.1系統(tǒng)控制的功能和要求.274.2.2控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)及地址分配.275橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).295.1系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì).295.1.1主鉤和副鉤起升機(jī)構(gòu)的控制程序及梯形圖.295.1.2大車和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的控制程序及梯形圖.325.1.3系統(tǒng)抗干擾措施.345.2 plc與變頻器的通信接線圖.35附錄.36總結(jié).37致 謝.38參考文獻(xiàn).391 緒論1.1橋式起重機(jī)的概述起重機(jī)是一種用來(lái)起重與空中搬運(yùn)重物的起重運(yùn)輸機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、車站、港口、倉(cāng)庫(kù)、建筑

11、工地等部門。它對(duì)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化起著重要作用，是現(xiàn)代化生產(chǎn)中不可缺少的工具。根據(jù)其運(yùn)動(dòng)形式不同，分為橋式類起重機(jī)與臂架式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。橋式類起重機(jī)又分為通用橋式起重機(jī)、冶金專用起重機(jī)、龍門起重機(jī)與纜索起重機(jī)等。通用橋式起重機(jī)是機(jī)械制造工業(yè)和冶金工業(yè)中最廣泛使用的起重機(jī)械，又稱“天車”或“行車”，它是一種橫架在固定的跨間上空用來(lái)吊運(yùn)各種物件的設(shè)備。橋式起重機(jī)按起吊裝置不同，可分為吊鉤橋式起重機(jī)、電磁盤橋式起重機(jī)和抓斗橋式起重機(jī)等等。其中以吊鉤橋式起重機(jī)應(yīng)用最廣。本章以吊鉤橋式起重機(jī)的電氣設(shè)備進(jìn)行討論與分析。1、橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)一般由橋架(又稱大車)、裝

12、有提升機(jī)構(gòu)的小車、大車移行機(jī)構(gòu)、操縱室、小車導(dǎo)電裝置(輔助滑線)、起重機(jī)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(jī)總體示意圖。 圖1-1橋式起重機(jī)整體示意圖1-駕駛室2-輔助滑線3-磁力控制器4-起重小車5-大車拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)6-端梁7-主滑線8-主梁9-電阻箱1.2 橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)起重機(jī)作為一種古老的機(jī)械，時(shí)至今日，在其承載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)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，其設(shè)計(jì)理論、制造工藝。檢測(cè)手段等都逐漸提出新的使用要求，起重機(jī)的種類、形式也需要相應(yīng)地發(fā)展和創(chuàng)新，性能參數(shù)也需要不斷變化與提高。由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的建立和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，使起重機(jī)設(shè)

13、計(jì)思維觀念和方法有了進(jìn)一步的更新。因此，起重機(jī)將向現(xiàn)代化、智能化、更安全可靠的方向發(fā)展。當(dāng)今，起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：1.向大型化、高效率化發(fā)展。目前，世界上最大的浮式起重機(jī)起重重量達(dá)6500t，最大的履帶起重機(jī)起重重量為3000t，最大橋式起重機(jī)起重重量為1200t。帶式輸送機(jī)最大帶寬達(dá)3.2m，輸送能力最大為3.7t/h，單機(jī)最大輸送距離超過(guò)30km。自動(dòng)化立體庫(kù)堆垛機(jī)最大運(yùn)行能力為240m/min。2.向自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化發(fā)展。機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，以適應(yīng)多批次少批量的柔

14、性生產(chǎn)模式。目前已經(jīng)出現(xiàn)了能自動(dòng)裝卸物料、有精確位置檢測(cè)和自動(dòng)化過(guò)程控制的橋式起重機(jī)。起重機(jī)上還裝有微機(jī)自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)。3.向成套化，系統(tǒng)化和規(guī)?；l(fā)展。將各種起重運(yùn)輸機(jī)械的單元組合為成套系統(tǒng)，加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運(yùn)機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，提高自動(dòng)化程度，改善人機(jī)系統(tǒng)。重點(diǎn)發(fā)展的有港口散料和集裝箱裝卸系統(tǒng)、工廠生產(chǎn)搬運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)、交通運(yùn)輸部門和郵政部門郵件的自動(dòng)分揀與搬運(yùn)系統(tǒng)等。4向模塊化、組合化、系列化和通用化發(fā)展。許多通用起重運(yùn)輸機(jī)械是成系列成批量的產(chǎn)品。為了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模塊組合的方式，用較少規(guī)格的

15、零部件和各種模塊組成多品種、多規(guī)格和多用途的系列產(chǎn)品，充分滿足各類用戶的需要。也可使單件小批量生產(chǎn)起重運(yùn)輸機(jī)械的方式改換成具有相當(dāng)批量和規(guī)模的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)。5向小型化、輕型化發(fā)展。有相當(dāng)數(shù)量的起重運(yùn)輸機(jī)械作業(yè)并不十分頻繁。為了考慮綜合效益，要求這部分起重運(yùn)輸機(jī)械盡量減少外形尺寸，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低造價(jià)和使用維護(hù)費(fèi)用，按最新設(shè)計(jì)理論開發(fā)出來(lái)的這類設(shè)備比我國(guó)用傳統(tǒng)理論設(shè)計(jì)的同類產(chǎn)品自重輕20。由于自重輕、輪壓小、外形尺寸小，使結(jié)構(gòu)的建造費(fèi)用和起重機(jī)運(yùn)行費(fèi)用也大大減少。6采用新理論、新方法、新技術(shù)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬與仿真，開展對(duì)起重運(yùn)輸機(jī)械載荷變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)特性和疲勞特性的

16、研究，尋求參數(shù)與機(jī)種的最佳匹配與組合；開展對(duì)可靠性的試驗(yàn)研究，全面采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、概率設(shè)計(jì)法和可靠性設(shè)計(jì)等，利用cad提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，與計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)相銜接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一體化。7用新結(jié)構(gòu)、新部件、新材料和新工藝提高產(chǎn)品性能。結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼，減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，采用各種高強(qiáng)度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和美化外形。在機(jī)構(gòu)方面進(jìn)一步開發(fā)新型傳動(dòng)零部件，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，以焊代鑄，采用機(jī)電液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性。開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。今后還會(huì)更加注重起重運(yùn)輸機(jī)械的安全性，重視司機(jī)的工作條件。橋式起重機(jī)是橋架式起

17、重機(jī)的一種，它依靠升降機(jī)構(gòu)和水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在兩個(gè)互相垂直的方向運(yùn)動(dòng)，能在矩形場(chǎng)地及上空完成操作，是各種生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用的一種起重運(yùn)輸設(shè)備。它具有承載能力大、可靠性高、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，用戶對(duì)起重機(jī)的性能要求越來(lái)越高，而早期的起重機(jī)已無(wú)法滿足要求，因此需要對(duì)起重機(jī)的控制方式進(jìn)行改進(jìn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。 1.3課題研究的目的和意義近年來(lái)，隨著計(jì)算技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)電氣傳動(dòng)和自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展。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)應(yīng)用提供了有利條件。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到

18、較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的爭(zhēng)奪問(wèn)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(jī)運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。變頻調(diào)速裝置的先進(jìn)性能特別適用于起重機(jī)的惡劣工況，對(duì)改善起重機(jī)的調(diào)速性能，提高工作效率和功率因素，減小起制動(dòng)沖擊以及增加起重機(jī)使用的安全可靠是非常有益的。相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的相關(guān)技術(shù)水平差距較大，主要技術(shù)難度體現(xiàn)在：起重機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性要求越來(lái)越高，起重機(jī)的起重量及運(yùn)行速度等技術(shù)參數(shù)越來(lái)越大，起重機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，起重機(jī)對(duì)管理和通訊的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。為此，有必要對(duì)橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。由變頻器構(gòu)成的交

19、流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是大規(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(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，適合發(fā)展大起重量得起重機(jī)；提高工作速度、擴(kuò)大調(diào)速范圍；提高金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機(jī)操作條件，保證作業(yè)安全，提高自動(dòng)化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍。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19.5m主鉤起升速度為7.5m/min，副鉤起升速度為15m/min。大車運(yùn)行速度為75m/min，小車運(yùn)行速度為45m/min。2 變頻調(diào)速控制技術(shù)的基本原理2.1變頻調(diào)速原理簡(jiǎn)介異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n=(1-s) (2.1)

20、其中： n-異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； f-定子的電源頻率，單位為hz； s-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率； p-電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。由上式（2.1）可知，如果改變輸入電動(dòng)機(jī)的電源頻率f，則可相應(yīng)改變電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量為額定值不變。磁通太弱，沒(méi)有充分利用電動(dòng)機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持不變是很容易做到的。在交流異步電動(dòng)機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是：=4.44 （2

21、.2）式中： -氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為v； -定子頻率，單位為hz； -定子每現(xiàn)繞組串聯(lián)匝數(shù)； -與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的繞組系數(shù)； -每極氣隙磁通量，單位為wb； 由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不變，需要考慮基頻（額定頻率）基頻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(dòng)勢(shì)。有上式（2.2）可知，要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低，使/=常數(shù)，即采用電動(dòng)勢(shì)與頻率之比恒定的控制方式。然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略定子電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓，則得 /=常數(shù)。 （2.3）這是恒頻率比的控制方式。在

22、恒頻率比條件下改變頻率時(shí)，我們能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖2-1所示。圖2-1 基頻以下調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性這和他勵(lì)直流變壓調(diào)速的特性相似，所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，特性曲線就折回來(lái)了。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電都能在溫升允許條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化，所以轉(zhuǎn)矩也恒定。根據(jù)電機(jī)與拖動(dòng)原理，在基頻以下調(diào)速屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的性質(zhì)。在低頻時(shí)，和都較小，定子阻抗壓降所占的分量都比較顯著，不能再忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾?線，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑?線。如圖2-2所示：圖2-2 恒壓頻比控制特性

23、2、 基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從往上增高，但電壓不能超過(guò)額定電壓，最多只能保持=。由式2.2可知，這將迫使磁通隨頻率升高而降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。在基頻以上變頻調(diào)速時(shí)，由于電壓=不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，如圖2-3所示。圖2-3 基頻以上調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁動(dòng)勢(shì)必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。由于轉(zhuǎn)速升高了，可認(rèn)為輸出功率基本不變。所以，基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來(lái)，可得圖1-4所示的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。圖2-4 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性應(yīng)該注意

24、，以上分析的機(jī)械特性都是在正弦電壓供電下的情況。如果電源含有諧波，將使機(jī)械特性受到扭曲變形，并增加電機(jī)只能中的損耗。因此在選購(gòu)變頻器時(shí)，變頻器輸出的諧波越小越好。2.2 變頻器簡(jiǎn)介2.2.1變頻器的主電路這里主要介紹電壓源型交-直-交變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5變頻器主電路（1）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(gè)發(fā)展時(shí)期。從晶

25、閘管發(fā)展到pid, pic通過(guò)門極或柵極控制脈沖可實(shí)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(jí)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(cè)電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。（2）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(duì)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。

26、（3）逆變電路逆變電路是利用六個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。2.2.2變頻器的控制電路變頻器控制電路包括主控電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器的優(yōu)劣。控制電路的主要作用是完成對(duì)逆變器開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能?，F(xiàn)代通用變頻器都是數(shù)字式控制的，微處理

27、器（cpu）是控制電路的核心器件，它通過(guò)輸入接口和通信接口取得外部控制信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)電路取得輸出電壓、電流、溫度等運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)設(shè)置的運(yùn)行方式，進(jìn)行u/f控制或者矢量控制，將控制命令傳送給spwm（以逼近正弦波形為特征的交流脈寬調(diào)制也稱正弦脈寬調(diào)制）控制集成電路，去觸發(fā)逆變器。微處理器的控制程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，用戶通過(guò)參數(shù)設(shè)置可以改變程序的計(jì)算參數(shù)和機(jī)構(gòu)。 變頻器的控制接口（包括模擬量輸入輸出接口和開關(guān)量輸入輸出接口）用于變頻器與外部交換信息。開關(guān)輸入接口接收外部的邏輯控制命令，開關(guān)輸出接口向外部發(fā)出變頻器運(yùn)行、故障等狀態(tài)信號(hào)；模擬量輸出接口向外部提供變頻器的頻率、電流等運(yùn)行參數(shù)。變頻器的通信

28、接口提供以通信方式與外部其他設(shè)備交換信息的功能，它的作用與控制接口類似，但允許數(shù)量更多的信息交換。有的變頻器把通信口作為標(biāo)準(zhǔn)配置，有的則提供模塊形式的可選件，通信模塊插在總線接口槽內(nèi)，與數(shù)據(jù)總線連接。2.2.3現(xiàn)在變頻調(diào)速的控制方法交流電機(jī)的控制遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜的多。在傳動(dòng)控制領(lǐng)域，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制精度、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的控制等都會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)跟蹤誤差產(chǎn)生較大的影響。目前實(shí)用的交流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法有以下幾種：（1）恒壓頻比控制（v/f控制） v/f控制是交流電機(jī)最簡(jiǎn)單的一種控制方法，通過(guò)控制過(guò)程中始終保持v/f為常數(shù)，保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而v/f種子是一種開環(huán)控制方式，速度動(dòng)態(tài)特性差，電機(jī)轉(zhuǎn)

29、矩利用率低，控制參數(shù)（如加/減速度等）還需要根據(jù)負(fù)載的不同來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時(shí)由于定子電阻和逆變器等的開關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制引入可速度閉環(huán)，使轉(zhuǎn)速變化頻率與實(shí)際轉(zhuǎn)速同步上升或降落，與v/f控制相比，更容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。但是轉(zhuǎn)差頻率控制并未能實(shí)施對(duì)電機(jī)瞬間時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，而且動(dòng)態(tài)電流相位的延時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)響應(yīng)。（3）矢量控制 矢量控制通過(guò)坐標(biāo)變換將交流異步電機(jī)模型等效為直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)磁通量的解耦，達(dá)到對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。磁場(chǎng)定向控制有兩種方法：磁通直接反饋型和磁通前反饋型。目前，實(shí)用中較多采用后者，又稱為轉(zhuǎn)差率矢

30、量控制，由于其沒(méi)有實(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無(wú)需檢測(cè)出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴與電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)識(shí)別、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，有些收到了良好的效果。 橋式起重機(jī)中應(yīng)用的變頻器的型號(hào)見3.3章節(jié)。2.3 凸輪控制器簡(jiǎn)介2.3.1 凸輪控制器的結(jié)構(gòu)凸輪控制器從外部看，由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、防護(hù)結(jié)構(gòu)等三部分組成。其中手柄、轉(zhuǎn)軸、凸輪、杠桿、彈簧、定位棘輪為機(jī)械結(jié)構(gòu)。觸頭、接線柱和聯(lián)板等為電氣結(jié)構(gòu)。而上下蓋板、外罩及滅弧罩等為防護(hù)結(jié)構(gòu)。圖2-2為凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)轉(zhuǎn)軸在手柄扳動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在軸上的凸輪同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)

31、凸輪的凸起部位支住帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)杠桿上的滾子時(shí)，便將動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開；當(dāng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到凸輪凹處與滾子相對(duì)時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)在彈簧作用下，使動(dòng)靜觸點(diǎn)緊密接觸，從而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)接通或斷開的目的。圖2-6凸輪控制器的結(jié)構(gòu)原理圖 (a)整體結(jié)構(gòu)圖(b)某一層凸輪結(jié)構(gòu)圖(c)結(jié)構(gòu)原理圖1-靜觸點(diǎn)2-動(dòng)觸點(diǎn)3-觸點(diǎn)彈簧4-復(fù)位彈簧5-滾輪6-絕緣方軸7-凸輪8-滅弧及滅弧罩9-聯(lián)板10-手輪2.3.2凸輪控制器控制電路圖2-3為kt10-25j/1、kt14-25j/1、kt10-60j/1、kt14-60j/1型凸輪控制器原理圖，用來(lái)控制起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)或提升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。圖2-7為kt型凸輪控制器原理圖1、控制電

32、路分析由圖2-7可知，凸輪控制器sa在零位時(shí)有9對(duì)常開觸點(diǎn)，3對(duì)常閉觸點(diǎn)。其中4對(duì)主觸點(diǎn)用于電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制;另5對(duì)主觸點(diǎn)用于接入與切除電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不對(duì)稱電阻?？刂破?對(duì)常閉觸點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)零位保護(hù)、并配合兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的行程開關(guān)， sql. sq2來(lái)實(shí)現(xiàn)限位保護(hù)?？刂齐娐吩O(shè)有過(guò)電流繼電器kai-ka3實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)電流保護(hù)，緊急事故開關(guān)qs3實(shí)現(xiàn)事故保護(hù)，操縱室頂端艙口開關(guān)sq4實(shí)現(xiàn)大車頂上無(wú)人且艙口關(guān)好才可開車的安全保護(hù)等。凸輪控制器是橋式起重機(jī)的主要電氣控制設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的起停、調(diào)速、反向及正反轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖等功能都由凸輪控制器完成。目前應(yīng)用較多的是kt10、kt12及kt14型，額定電流有25a和60a

33、兩種。一般20/5噸橋式起重機(jī)所用的凸輪控制器由三臺(tái)kt12-25j/1凸輪控制器分別控制大車、小車及吊鉤電動(dòng)機(jī)。凸輪控制器有電動(dòng)機(jī)工作電源供給部分、電阻器切換部分和安全保護(hù)部分。這三部分分別由凸輪控制的12對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行控制，其中4對(duì)為電源控制用，5對(duì)為電阻切換用，2對(duì)起限位作用，還有1對(duì)為零位控制安全保護(hù)作用。輪控制器按重復(fù)短時(shí)工作制設(shè)計(jì)，其通電持續(xù)率為25%。如用于間斷長(zhǎng)期工作制時(shí)，其發(fā)熱電流不應(yīng)大于額定電流。凸輪控制器技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。表1 kt14系列凸輪控制器主要技術(shù)數(shù)據(jù)型 號(hào)額定電壓/v額定電流/a位置數(shù)最大功率/kw額定操作頻率/次/h最大工作周期/min左右kt14-25j/138

34、025551160010kt14-25j/2552*5.5kt14-25j/3115.5kt14-60j/160553060010kt14-60j/2552*11kt14-60j/3552*11凸輪控制器的功能：l 控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止。l 改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。l 控制電阻器來(lái)限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流并獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。l 切換電阻器的電阻值調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。l 可以適應(yīng)起重機(jī)所要求的頻繁啟動(dòng)與變速要求l 可以防止起重機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)超過(guò)極限位置l 保證在零位啟動(dòng)根據(jù)20/5t橋式起重機(jī)特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)的因數(shù)，故選用型號(hào)為kt14-25j/1的凸輪控制器。2.4 主令控制器簡(jiǎn)介主令控制器是按照預(yù)定程序

35、用以頻繁切換復(fù)雜的多回路控制電路的主令電器。主要用作起重機(jī)、軋鋼機(jī)及其它生產(chǎn)機(jī)械磁力控制盤的主令控制。主令控制器的結(jié)構(gòu)與工作原理基本上與凸輪控制器相同，也是利用凸輪來(lái)控制觸點(diǎn)的斷合。主令控制器由觸點(diǎn)、凸輪、定位機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸、面板及支承件等部分組成。橋式起重機(jī)中常用的主令控制器有l(wèi)k16、lk18系列。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：交流50hz，額定工作電壓380v及直流220v一下；額定發(fā)熱電流10a；額定操作頻率1200次/h；lk18在380v電壓，接通電流26a，=0.7,分?jǐn)嚯娏?.6a，=0.4時(shí)，電壽命為100萬(wàn)次。圖2-4所示為lk18系列主令控制器的外形圖。圖2-4主令控制器示意圖根據(jù)20/5t

36、橋式起重機(jī)特點(diǎn)及電動(dòng)機(jī)的因數(shù)，故選用型號(hào)為lk18-10/1102的主令控制器。3 橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選用3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)由繼電器控制改為plc控制，各機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。由于各機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)不同，對(duì)調(diào)速要求也不相同。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下面分別對(duì)各機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說(shuō)明。1、起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。不但要求高的轉(zhuǎn)速及起制動(dòng)的控制精度。而且對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求嚴(yán)格。主起升和副起升兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)各自使用一個(gè)變頻器。變頻器的選擇，應(yīng)以選擇變頻器的額定電流為基準(zhǔn)，一般以電動(dòng)機(jī)的額定電流，負(fù)載率。變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。通過(guò)計(jì)算，變頻器的額定電流為電

37、動(dòng)機(jī)額定電流的1.2倍以上。 2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)二臺(tái)電動(dòng)機(jī)用一個(gè)變頻器；考慮到運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作頻率較少，為節(jié)省成本，在調(diào)速中運(yùn)行機(jī)構(gòu)共用一臺(tái)變頻器。變頻器的選擇，一般以電動(dòng)機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)。通常選額定功率大一級(jí)的變頻器。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)時(shí)間應(yīng)盡量符合實(shí)際需要，起動(dòng)迅速而平穩(wěn);機(jī)構(gòu)的電氣制動(dòng)方式必須著重考慮。對(duì)不同的工況，可選擇自由制動(dòng)方式與強(qiáng)制制動(dòng)方式。在運(yùn)行機(jī)構(gòu)正常停止時(shí)，可選用自由停止方式，其停止時(shí)間可按實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行情況設(shè)定，以盡量滿足司機(jī)操作橋式起重機(jī)的需要為主。為保證起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以通過(guò)設(shè)定機(jī)械制動(dòng)器的打開時(shí)間、變頻器的最低運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流之間

38、的關(guān)系，以滿足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求。3.2 電動(dòng)機(jī)的選用3.2.1 變頻調(diào)速對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻器輸出波形中高次諧波的影響以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了一些與在工頻電源下傳動(dòng)時(shí)不同的特征。主要反映在功率因數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動(dòng)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(qiáng)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(jī)的低速區(qū)轉(zhuǎn)矩。同時(shí)由于變頻控制軟件的優(yōu)化使用，使電動(dòng)機(jī)可以避開共振點(diǎn)，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(wèn)題。目前，變頻器己經(jīng)發(fā)展到除非有超同步

39、調(diào)速的要求或呈1:20以上的大速比，一般無(wú)須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)推出的變頻專用電動(dòng)機(jī)由普通電機(jī)加獨(dú)立風(fēng)扇組成，以解決電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電動(dòng)機(jī)過(guò)熱問(wèn)題。3.2.2 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選型起重機(jī)起升和運(yùn)行機(jī)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)率在60%以下，負(fù)載多為大慣量系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)的特定要求。普通電機(jī)與變頻電機(jī)在不連續(xù)工作狀態(tài)下特性基本一致;在連續(xù)工作時(shí)考慮到冷卻效果限制了普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用值，普通電機(jī)僅在連續(xù)工作時(shí)的變頻驅(qū)

40、動(dòng)特性比變頻電機(jī)稍差。3.2.3 電動(dòng)機(jī)的冷卻一般變頻器在調(diào)速比為1:20的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過(guò)載力矩值。此外，起重機(jī)電機(jī)多用于大慣量短時(shí)工作制，通常不工作時(shí)間大于或略小于工作時(shí)間。電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中可承受2.5倍額定電流值，遠(yuǎn)大于變頻起動(dòng)要求的1.5倍值，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)在以額定速度運(yùn)行時(shí)電機(jī)通常工作在額定功率以下，因此高頻引起的1.1倍電流值可不予考慮。但若電機(jī)要求在整個(gè)工作周期內(nèi)在大于1:4的速比下持續(xù)運(yùn)行則必須采用他冷式電機(jī)。3.2.4 計(jì)算及電機(jī)的選取根據(jù)書上及網(wǎng)上所查得的有關(guān)本課題所需數(shù)據(jù)如下：小車車輪直徑：315mm 大車車輪直徑：630mm起重機(jī)總重：28.6

41、t 小車自重：7.6t吊鉤自重：500kg 小車運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=0.0085大車運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=0.007計(jì)算如下：1、主起升機(jī)構(gòu)：（1）初選電動(dòng)機(jī) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用yzr225m-8電動(dòng)機(jī)，當(dāng)s3，時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率為26kw。 （2）電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)按電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許的過(guò)載系數(shù)2.8，對(duì)繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，h=2.1 所以， 根據(jù)規(guī)定,，cz=150,此時(shí)24.096kw，即22.18kw24.096kw所以電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)通過(guò)。2、副起升機(jī)構(gòu)：（1）初選電動(dòng)機(jī) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用yzr180l-8電機(jī)，當(dāng)s3，時(shí)，電動(dòng)機(jī)允許功率為13kw。 （2）電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)根據(jù)規(guī)定,，cz=150

42、,此時(shí)12.160kw，即11.33kw12.160kw所以電動(dòng)機(jī)校驗(yàn)通過(guò)。3、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：（1）運(yùn)行靜阻力，大車運(yùn)行部分總質(zhì)量： 因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力，坡度阻力，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=0.007則 (2)運(yùn)行靜功率：75m/min=1.25m/s大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率(3)運(yùn)行加速功率 ?。?）初選電動(dòng)機(jī)根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用兩臺(tái)yzr160m1-6電動(dòng)機(jī)，當(dāng)，6.3kw(5)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，該大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率，cz=600，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)g=0.9，所以，根據(jù)橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)知，當(dāng)，cz=600時(shí)，4.629kw，即4.36kw4.629kw,所以電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)

43、。4、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：（1）運(yùn)行靜阻力，小車運(yùn)行部分總質(zhì)量：因?yàn)槭覂?nèi)運(yùn)行，風(fēng)阻力，坡度阻力，運(yùn)行摩擦阻力系數(shù)=0.0085則 (2)運(yùn)行靜功率：45m/min=0.75m/s小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)總效率(3)運(yùn)行加速功率 ?。?）初選電動(dòng)機(jī)根據(jù)電動(dòng)機(jī)樣本，選用兩臺(tái)yzr132m2-6電動(dòng)機(jī)，當(dāng)，4kw(5)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，該小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的接電持續(xù)率，cz=300，穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)g=0.8，所以，根據(jù)橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)知，當(dāng)，cz=300時(shí)，3.598kw，即1.92kw的關(guān)系選用。（2）制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 =- 式中 電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和（nm）； 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（nm）； n1減速開始時(shí)轉(zhuǎn)速（r/min）； n2減速結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)速(r/min)； 減速時(shí)間(s)。 （3）制動(dòng)電阻額定功率的確定 制動(dòng)時(shí)平均消耗功率的計(jì)算如下：