PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用(1)(1)

1、目 錄一、問(wèn)題的提出。 -1二、起重機(jī)的工作原理。 -2三、起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 -33.1 PLC控制系統(tǒng) -4變頻調(diào)速系統(tǒng) -8觸摸屏系統(tǒng). -14四、起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 -15五、改造前后技術(shù)對(duì)比。 -16六、結(jié)束語(yǔ)。 -17PLC與變頻器在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：針對(duì)100/20t橋式起重機(jī)原控制系統(tǒng)在啟動(dòng)和調(diào)速等方面存在的問(wèn)題，本文采用PLC、變頻器及觸摸屏控制技術(shù)對(duì)其電氣控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件進(jìn)行總體優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，改造后的系統(tǒng)有效克服了起重機(jī)存在的缺陷，運(yùn)行可靠，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：可編程控制器；變頻器；觸摸屏；橋式起重機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)以其可靠性高、運(yùn)行平穩(wěn)、控制過(guò)程軟件化、功能強(qiáng)、靈活性大等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。本研究以橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速和以PLC為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明PLC控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速所具備的優(yōu)越性。一、 問(wèn)題的提出    馬鋼某鋼廠一100/20t橋式起重機(jī)，主要用于吊鋼包、吊廢鋼、加料等。該起重機(jī)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。由于載荷利用率高，工況惡劣，而且重載下頻繁起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、變速等操作，實(shí)際使用中存在如下問(wèn)題：(1調(diào)速方式只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速；(

3、2起動(dòng)/制動(dòng)沖擊電流大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的電刷、滑環(huán)及制動(dòng)器有比較大的沖擊，維修率高；(3串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低；(4接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高等，極大影響了該廠的效益。    本文針對(duì)該系統(tǒng)的不足，將可編程序控制器、變頻器和觸摸屏控制技術(shù)應(yīng)用于橋式起重控制系統(tǒng)中，使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，投入運(yùn)行后效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定。二、 起重機(jī)的工作原理橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車(chē)。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車(chē)沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空

4、間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機(jī)廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉(cāng)庫(kù)、廠房、碼頭和露天貯料場(chǎng)等處。橋式起重機(jī)一般由起重小車(chē)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車(chē)又由起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)架三部分組成。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車(chē)架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車(chē)輪；另一類(lèi)為分別驅(qū)動(dòng)、即兩邊的主動(dòng)車(chē)輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中、小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)

5、機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬(wàn)向聯(lián)軸器。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車(chē)輪，如果起重量很大，常用增加車(chē)輪的辦法來(lái)降低輪壓。當(dāng)車(chē)輪超過(guò)四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車(chē)架裝置，使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車(chē)輪上。橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類(lèi)。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車(chē)輪，用以支承橋架在高架上運(yùn)行。主梁上焊有軌道，供起重小車(chē)運(yùn)行。橋式起重機(jī)是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運(yùn)行式起重機(jī)，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形

6、式是通用吊鉤橋式起重機(jī)，其他形式的橋式起重機(jī)基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來(lái)的。 三 、起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)    橋式起重機(jī)有四個(gè)機(jī)構(gòu)，分別為：    （1）主起升機(jī)構(gòu)：37kW（一臺(tái)電機(jī)）；    （2）副起升機(jī)構(gòu)：30kW（一臺(tái)電機(jī)）；    （3）大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：2×（兩臺(tái)電機(jī)）；    （4）小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：（一臺(tái)電機(jī)）；    改進(jìn)后，起重機(jī)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)-觸摸屏控

7、制系統(tǒng)、下位機(jī)-可編程控制器、變頻調(diào)速系統(tǒng)以及負(fù)荷重量測(cè)量?jī)x等組成（控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示）。各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)都需獨(dú)立運(yùn)行，大車(chē)為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。所以整個(gè)系統(tǒng)有五臺(tái)電動(dòng)機(jī)，四臺(tái)變頻器。起重機(jī)必須實(shí)現(xiàn)的操作功能有：主起升機(jī)構(gòu)升降、副起升機(jī)構(gòu)升降、大車(chē)運(yùn)行、小車(chē)運(yùn)行；保護(hù)功能有：主副起升機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車(chē)限位、小車(chē)限位，超載保護(hù)等。     本系統(tǒng)主要由PLC和變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的運(yùn)行及保護(hù)等功能。           &

8、#160;           圖1   起重機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.1 PLC控制系統(tǒng)1、PLC的基本概念可編程控制器(Programmable Controller是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編

9、程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC,plc自1966年出現(xiàn)，美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。 2、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： a、電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 b. 中央處理單元(CPU 中央處理單元(C

10、PU是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用

11、三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 c、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 d、輸入輸出接口電路 1、現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 2、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 e、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等 3、PLC的工作原理一. 掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)

12、程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上

13、而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排

14、在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 4、PLC內(nèi)部運(yùn)作方式雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但P

15、LC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過(guò)程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說(shuō)明如下： 步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點(diǎn)開(kāi)關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開(kāi)或關(guān)），并將其狀態(tài)寫(xiě)入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸?/p>

16、線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”5、plc目前的主要品牌ABB，松下，西門(mén)子，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷等。    綜合考慮，PLC控制單元我們選用西門(mén)子S7-300系列，該系列可編程序控制器具有可靠性高、抗

17、干擾能力強(qiáng)、模塊化、性價(jià)比高等特點(diǎn)。S7-300系列PLC可用梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖進(jìn)行編程，指令豐富，功能強(qiáng)，操作方便。該橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)采用四個(gè)檔位的控制器操作，加上各種保護(hù)，計(jì)算出輸入點(diǎn)數(shù)為28點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)。    總體配置硬件如下：    （1）中央處理模塊（CPU）：選用6ES7 315-2AG10-0AB0；    （2）數(shù)字量輸入模塊（兩塊）：選用6ES7 321-7BH00-0AB0，16點(diǎn)；    （3）數(shù)字量輸出模塊（兩塊）：

18、選用6ES7 322-1HH01-0AA0，16點(diǎn)；    （4）電源模塊：選用PS307一塊。 3.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)    橋式起重機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)多由繼電接觸器電路和分立電子元件電路組成。其電路復(fù)雜, 體積龐大, 給設(shè)備維護(hù)帶來(lái)極大的不便, 且效率較低。而采用先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng), 可以克服以上的局限性, 具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn): (1 變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。無(wú)論低速還是高速, 其轉(zhuǎn)差功率不變, 效率最高。(2 變頻器采用無(wú)觸點(diǎn)電力電子元件, 節(jié)省了大量的繼電器和

19、接觸器, 簡(jiǎn)化了外部接線, 縮小了控制設(shè)備的體積。(3 變頻器內(nèi)部控制的核心是CPU 單元, 具有較強(qiáng)的運(yùn)算和控制能力,能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化調(diào)速控制, 設(shè)置合理的電機(jī)運(yùn)行參數(shù), 保證起重機(jī)各機(jī)構(gòu)有較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。(4 變頻器內(nèi)部具有故障自診斷功能,能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)載保護(hù)等功能,液晶顯示界面可顯示出故障信息。該系統(tǒng)性能可靠, 故障率極低。三菱FR-A740系列變頻器，自身保護(hù)功能齊全，如過(guò)流，過(guò)載，過(guò)壓等都能及時(shí)報(bào)警及停止，減少了起重機(jī)故障，提高了安全性能。同時(shí)三菱變頻器具有限流作用，可以減少啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊，有利于車(chē)間內(nèi)其它設(shè)備正常運(yùn)行。其接線端子有RS485通訊接口，

20、配備相應(yīng)的通訊模塊，通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)集中控制（設(shè)定變頻器控制命令、運(yùn)行頻率、相關(guān)功能碼參數(shù)的修改，變頻器工作狀態(tài)及故障信息的監(jiān)控等）。    各機(jī)構(gòu)變頻器、制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻配置如下：    （1）主起升機(jī)構(gòu)：FR-A740-45K-CHT(配IPC-DR-3S制動(dòng)單元1個(gè)，制動(dòng)電阻10/25kW一套；    （2）副起升機(jī)構(gòu)：FR-A740-37K-CHT(配IPC-DR-3S制動(dòng)單元1個(gè)，制動(dòng)電阻11/20kW一套；    （3）大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：FR-A740-18.5K-C

21、HT(配IPC-DR-1L制動(dòng)單元1個(gè)，制動(dòng)電阻30/6kW一套；    （4）小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：FR-A740-11K-CHT(配IPC-DR-1L制動(dòng)單元1個(gè)，制動(dòng)電阻60/3kW一套。圖3.2.1 大車(chē)變頻控制回路 圖 小車(chē)變頻控制回路 控制系統(tǒng)的邏輯控制功能及過(guò)程橋式起重機(jī)變頻調(diào)速電力拖動(dòng)系統(tǒng)PLC邏輯控制梯形圖如圖2所示。邏輯控制功能主要功能： （1）.變頻器運(yùn)行、停止控制。（2）.控制制動(dòng)器，保證電動(dòng)機(jī)停止時(shí)能夠及時(shí)制動(dòng)，既不提前，也不延后。（3）.升降變頻器控制方式切換。（4）.電氣閉鎖保護(hù)控制。 （5）.升降、開(kāi)閉變頻器中任意一臺(tái)變頻器報(bào)故障時(shí)，兩臺(tái)變

22、頻器均能夠立即停止輸出。并同時(shí)制動(dòng)。（6）.任何時(shí)刻斷電，系統(tǒng)將立即停止，制動(dòng)器制動(dòng)。 圖2橋式起重機(jī)變頻調(diào)速電力拖動(dòng)系統(tǒng)PLC邏輯控制梯形圖吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)：吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)拖動(dòng)系統(tǒng)各有一臺(tái)電機(jī)，由于吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)拖動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)是同時(shí)工作，因此兩套機(jī)構(gòu)不能共用一套變頻器。在司機(jī)操作室聯(lián)動(dòng)臺(tái)上分別設(shè)有吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)主令控制器Ks、Kf。系統(tǒng)的控制指令，由司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令控制器Ks、Kf給出，經(jīng)PLC運(yùn)算后給出控制變頻指令：上升、下降、打開(kāi)、關(guān)閉、加速、減速。吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)制動(dòng)打開(kāi)由變頻器輸出繼電器經(jīng)PLC邏輯運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器控制接觸器Cs、Cf，使制動(dòng)器動(dòng)作。變頻器內(nèi)

23、部保護(hù)功能有：短路、過(guò)壓、缺相、失壓、過(guò)流、超速、接地等各種保護(hù)功能和故障自診斷及顯示報(bào)警功能。當(dāng)變頻器出現(xiàn)短路、過(guò)流等故障時(shí)，變頻器給出故障信號(hào)輸入PLC，并停止輸出，PLC接到故障信號(hào)后，切斷變頻器電源，控制制動(dòng)器抱閘，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。吊鉤升降、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)除了變頻器內(nèi)部有保護(hù)功能外，線路還設(shè)置了下列保護(hù)：.零位保護(hù)：由主令控制器零位觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)；.限位保護(hù)：由高度限制器實(shí)現(xiàn)；.線路設(shè)有低壓斷路器作為短路保護(hù)。大車(chē)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電氣拖動(dòng)系統(tǒng)：大車(chē)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)分別由一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)控制方法與起升機(jī)構(gòu)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)類(lèi)似。、控制系統(tǒng)的控制要點(diǎn)橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制包括:大車(chē)的左、右行及速度檔；小

24、車(chē)的前、后行及速度檔；吊鉤的升、降，開(kāi)、閉及速度檔等，抓斗式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)變頻器控制回路電氣原理圖見(jiàn)圖3。這些都可以通過(guò)變頻器可編程控制器進(jìn)行無(wú)觸點(diǎn)控制。 圖3橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)變頻器控制回路電氣原理圖3.3 觸摸屏系統(tǒng)    工業(yè)觸摸屏選用西門(mén)子的英寸TP170A彩色觸摸操作面板，與PLC控制系統(tǒng)連接，利用強(qiáng)大的工業(yè)觸摸屏組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。它一方面采用直觀人機(jī)界面，能夠明確指示操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作簡(jiǎn)單明了，減少失誤；另一方面人機(jī)界面具有故障顯示及控制變頻器全變頻調(diào)速等功能，通過(guò)上位機(jī)、下位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。四、 起重機(jī)電氣控制

25、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)    軟件設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)定的功能，同時(shí)要求可靠性好，易于操作和維護(hù)。因此根據(jù)起重機(jī)工作要求，本系統(tǒng)將控制程序模塊化，主要包括主起升控制模塊，副起升控制模塊，大車(chē)運(yùn)行控制模塊，小車(chē)運(yùn)行控制模塊，保護(hù)功能模塊。這樣不僅減少了程序語(yǔ)句，縮短了程序處理時(shí)間，提高了控制系統(tǒng)的響應(yīng)能力，還利于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)帶負(fù)載快速調(diào)試，便于調(diào)試人員迅速查找、優(yōu)化程序，PLC系統(tǒng)控制流程圖如圖4所示。變頻器通電PLC檢測(cè)變頻器無(wú)故障準(zhǔn)備好抱閘、風(fēng)機(jī)電源通電打開(kāi)抱閘駕駛員操作開(kāi)始運(yùn)行PLC得到運(yùn)行信號(hào)風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行副鉤運(yùn)行主鉤運(yùn)行小車(chē)運(yùn)行大車(chē)運(yùn)行變頻器頻率開(kāi)始下降，速度減小頻率降到

26、頻率到達(dá)值(設(shè)定抱閘抱上變頻器停止運(yùn)行延時(shí)一段時(shí)間(設(shè)定，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行圖4   PLC程序流程圖五、改造前后技術(shù)對(duì)比    經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，改造后的系統(tǒng)性能得到了很大的改善。不僅可以明顯提高起重機(jī)的安全性、可靠性，而且可以提高工作效率，降低能源的消耗，降低維修費(fèi)用，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足其工況和作業(yè)需要。主要表現(xiàn)在：    （1）上位機(jī)選擇觸摸屏控制系統(tǒng)，提示整機(jī)工作狀況以及各種故障信息，極大方便了各類(lèi)操作人員的使用和維修。    （2）下位機(jī)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的啟、停，數(shù)值的

27、轉(zhuǎn)換、速度的檢測(cè)。    （3）采用變頻器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，調(diào)速范圍寬、性能好。系統(tǒng)設(shè)有主副起升、大、小車(chē)走行各四檔工作速度，操作者  可根據(jù)負(fù)載的變化情況，隨時(shí)修改各檔速度值。   （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于維護(hù)。主副起升、大車(chē)、小車(chē)四套變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的控制柜，每個(gè)控制柜包括變頻器、可編程控制器以及低壓元件，外觀結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。系統(tǒng)還具有過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能，確保了控制、保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性。  5）節(jié)能效果顯著。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)消耗大量的電能。采用

28、變頻調(diào)速系統(tǒng)后，非但外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在起重機(jī)放下重物時(shí)，還可將重物釋放的位能反饋給電源。六、 結(jié)束語(yǔ)    經(jīng)改造后的橋式起重機(jī)將可編程序控制器、變頻器和觸摸屏控制技術(shù)應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中，使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，解決了傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題。變頻調(diào)速技術(shù)改造起重機(jī)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)，不但使控制性能得到極大的提高也降低了系統(tǒng)的能耗，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。因此，該控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。致謝詞值此設(shè)計(jì)完成之際，心中充滿了一片感激之情，在整個(gè)論文完成的過(guò)程中得到了我的導(dǎo)師謝婷謝老師的精心指導(dǎo)，在此要向她致以最崇敬的感謝。謝老師總是在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)為我們解答論文設(shè)計(jì)過(guò)程中的疑惑，老師嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的研究作風(fēng)，淵博深厚的知識(shí)，孜孜不倦的誨人，我感到由衷的敬佩。導(dǎo)師以其嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，高度的責(zé)任心和敬業(yè)精神，給予我極大的鼓勵(lì)和