有關(guān)PLC于變頻器的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(正式版)

1、隨著現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，微處理器和微電子技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速控制系統(tǒng)日趨成熟。而橋 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，故對(duì)于提高其運(yùn) 行效率，確保運(yùn)行安全，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，故障率高， 電能浪費(fèi)大，效率低等缺點(diǎn)。因此根據(jù)橋式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)， 將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用 于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)，其中 PLC系統(tǒng)則采用SIEMENS公司產(chǎn)品，大大提高了操作精度和穩(wěn)定度；綜 合保護(hù)功能完善，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、查找、處理故障；

2、并且節(jié)約了能源。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；橋式起重機(jī)；變頻調(diào)速；變頻器目錄摘要 I第一章緒論 11.1橋式起重機(jī)簡介 12.1變頻調(diào)速的基本原理 42.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能 52.2變頻器的控制電路構(gòu)成 7第三章橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 73.1總體設(shè)計(jì)方法 73.2PLC技術(shù)簡介 93.2.1 PLC 概述 93.3部件的選擇 93.3.1電機(jī)的選用 93.3.2變頻器的選用 113.3.3 PLC 的選用 133.3.4常用輔件的選擇 133.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 153.4.1系統(tǒng)控制的要求 15第四張4.1 PLC程序設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1.1 PLC 編程軟件概

3、述 154.1.2程序設(shè)計(jì) 154.2系統(tǒng)抗干擾措施 16第五章結(jié)束語 16致謝 17參考文獻(xiàn)17第一章緒論1.1橋式起重機(jī)簡介橋式起重機(jī)在冶金企業(yè)及其它行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其作用主要用來實(shí)現(xiàn)物體的升降和轉(zhuǎn)運(yùn)，橋 式起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，工作任務(wù)重。它能否正常工作直接影響到生產(chǎn)效率提高和工作任務(wù)的完成，甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計(jì)、制造 工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實(shí) 際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時(shí)有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械 疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)

4、計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用：(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；(2)改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速；(3)轉(zhuǎn)子串電 阻調(diào)速；(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速;(5)可控硅串級(jí)調(diào)速;(6)直流調(diào)速。前四種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍 小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速；起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大；常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械 制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘瓦磨損嚴(yán)重 ；功率因數(shù)低，在空載或輕載時(shí)低于 0.2-0.4，即 使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大。目前串級(jí)調(diào)速產(chǎn)品的控制技術(shù)仍停留在模擬階段，尚未實(shí)現(xiàn)控制 系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，很好的保護(hù)功能及系統(tǒng)

5、監(jiān)控功能，所以有時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)， 而直流電動(dòng)機(jī)制造工藝復(fù)雜，使用維護(hù)要求高，故障率高。我們所研究的橋式起重機(jī)是電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，該起重機(jī)由起重小車、橋架金屬結(jié)構(gòu)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及電氣控制設(shè)備等四個(gè)部分組成。機(jī)構(gòu)主要指主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大 車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過電纜卷筒將電源輸送到中心電器上，起重機(jī)機(jī)為低壓供電系統(tǒng)，電氣控制部分集中在操作室和電氣房內(nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?.2本課題設(shè)計(jì)的意義、主要內(nèi)容及基本參數(shù)傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有：1. 橋式

6、起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。2. 繼電一接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高。3. 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長期發(fā)熱，電 能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。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)系統(tǒng)提供了有利條 件。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運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣 泛的發(fā)展前景。本論文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在 20/5t * 19.5m 通用橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并且

7、根據(jù)原有的控制結(jié) 構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，提出了一個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)， 并且采用此體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了橋式起 重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。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小車起升速度為15m/min,大車起升速度為7.5m/min. 小車運(yùn)行速度為45m/min,大車運(yùn)行速度為75m/min。第二章矢量控制變頻調(diào)速2.1變頻調(diào)速的基本原理異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n = 60f ( 1 s)(2.1)P其中：n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;f 定子的電源頻率，單位為 Hz;s電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率；p 電機(jī)的極對(duì)數(shù)。由上式(2.1)可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻

8、率 f，貝U可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素時(shí)希望保持每極磁通量m為額定值不變。磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)：若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí) 會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合 適，保持m不變是很容易做到的。在交流異步電機(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)勢的有效值是：Eg = 4.44 人“水曲 m(2.2 )式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢有效值，單位為 V；匚一定子頻率，單位為Hz;N1 定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù)；kN1 基波繞組系數(shù)；m

9、美極氣隙磁通量，單位為 Wb;由公式可知，只要控制好Eg和f1便可以控制磁通m不變，需要考慮基頻(額定頻率)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。由上式可知，要保持m不變，單頻率f1從額定值fin向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以控制的，但電動(dòng)勢較高時(shí)，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗 壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U - E,則得U / f 1=常值。低頻時(shí)，U和Eg讀數(shù)較小，定子阻抗壓降所占 的份量都比較顯著，不能在忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。）。如圖2.1所示:帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾?b線（b二邑），無補(bǔ)

10、償?shù)臑閍線（UiUn圖2.1恒壓頻比控制特性在基頻以上調(diào)速時(shí),頻率f可以從往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低,相當(dāng)于與直流2.基頻以上調(diào)速電機(jī)弱磁升速的情況把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖 2.2。如 果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流， 則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運(yùn)行， 這時(shí)轉(zhuǎn)矩基 本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上基本上屬于“恒功率調(diào)速”。圖2.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性2.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能變頻器的基本結(jié)構(gòu)見圖2.3圖2.3變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的功能是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)

11、的無極調(diào)速。變頻器具備對(duì)電機(jī)和變 頻器本身的完善保護(hù)功能，如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等，從而避免備在不正常狀態(tài)下長 時(shí)間運(yùn)行,保護(hù)設(shè)備不至于損壞。2.2.1變頻器的主電路電力電子開關(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。從晶閘管發(fā)展到PID, PIC通過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

12、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、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。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。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

13、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，它被用來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。222變頻器的控制電路構(gòu)成包括主控制電路、信號(hào)檢測電路、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)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪?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。隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展，70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulatio n,

14、PWM技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。SPWM（Si nu soidal PWM則是較為常用的技術(shù)。其通常是采用調(diào)制的方法，即 把正弦波作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載被，通過對(duì)載波的調(diào)制即可得到SAM波形。通常采 用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對(duì)稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號(hào)相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖， 這正好符合SPWI控制的要求。三角載波的頻率fc,和正弦調(diào)制波的頻率fr,之比即fc / f r =Nc稱為載 波比。用生成的SPW波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正

15、弦規(guī)律變化的矩形 脈沖列輸出電壓。正弦調(diào)制波的頻率fr,即是逆變器的輸出頻率fl改變fr,便可改變fl三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制彼的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。第三章 橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)由PLC控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變頻調(diào)速。橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(jī)（工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)）、下位機(jī)（PLC控制系統(tǒng)）、變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1下面分別對(duì)各主要機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說明。1、起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。主起升和副起升兩臺(tái)電機(jī)各使用一個(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

16、定電流，負(fù)載率，變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)?？刂品绞竭x用帶PG的矢量控制方式。PLC接受電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡送達(dá)的反饋信號(hào)， 避免吊鉤的下滑。2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中兩臺(tái)電機(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。3.2 PLC技術(shù)簡介321 PLC概述可編程程序控制器(Programmable Controler)，也稱為 PLC(programmable Logic controler) ,即是可編程邏輯控制器。其采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU存儲(chǔ)器

17、、輸入、輸出接口及模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源六個(gè)部分。如圖 4.1所示，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。外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測的各種信號(hào)均作為PLC的輸入變量，他們經(jīng) PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行各種控制。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、PW調(diào)制、增強(qiáng)型V/f控

18、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)生的共振問題。二、變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(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鳩下，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

19、連續(xù)工作時(shí)的 變頻驅(qū)動(dòng)特性比變頻電機(jī)稍差。三、電機(jī)冷卻西門子變頻器在調(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%勺過載力矩值。電機(jī)在 起動(dòng)過程中可承受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)。四、電機(jī)效率國外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時(shí)電機(jī)有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國內(nèi)用于起重機(jī)械的 4極電機(jī)有強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的 YZFXXX-4型電機(jī)等。五、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電

20、機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由負(fù)載功率P廠及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下Pa Pj,電機(jī)容量P為P - Pj Pa / ' ms式中'ms 一電機(jī)平均起動(dòng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間短（1-3s），只占等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間的較少比例；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的10%-20%其電機(jī)容量P為P 二 CPgv/1000伽）式中 CP 起重機(jī)額定提升負(fù)載，kgv 一額定起升速度，m/sg 一重力加速度，g=9. 81m/s一機(jī)構(gòu)總效率為使電機(jī)提升1.25倍試驗(yàn)載荷，能承受電壓波動(dòng)的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大

21、于2,否則必須讓 電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的工作效率。通過利用上述公式的計(jì)算，選用改造后的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如表3.1所示：表3.1各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)電機(jī)功率主起升機(jī)構(gòu)YZR250M1-830KW副起升機(jī)構(gòu)YZR200L-815KW大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR160M1-62*5. 5KW小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)YZR1601-65. 5KW332變頻器的選用一，變頻器選型本系統(tǒng)選用西門子變頻器，西門子變頻器具有較合理的價(jià)格，完整的理論計(jì)算書及輔件推薦值, 有利于用戶合理選用。二、變頻器容量選擇2.1 起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的1.3-1.6倍?？紤]到電源電壓

22、波動(dòng)因素及需通過125%超載試驗(yàn)要求等因素，其最大轉(zhuǎn)距必須有1.8-2倍的負(fù)載力矩值，以確保其安全使用的要求。等額變頻器僅能提供小于150%超載力矩值，為此可通過提高變頻器容量（Yz型電機(jī)）或同時(shí)提高變頻 器和電機(jī)容量（Y型電機(jī)）來獲得200%力矩值。此時(shí)變頻器容量為K CPqv K(KVA)1.5Pcn _ 皿 cos1000= mCOSP式中cos電機(jī)的功率因數(shù)，COS= 0.25P 起升額定負(fù)載所需功率，kwM 電機(jī)效率， M =0. 85Pcn 變頻器容量，KVAK 系數(shù)，K=2起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計(jì)算，并考慮2倍的安全力矩。若用在電機(jī)額定功率選定的基礎(chǔ)上 提高一擋的方法選擇

23、變頻器的容量，則可能會(huì)造成不必要的放容損失。在變頻器功率選定的基礎(chǔ)上再 作電流驗(yàn)證，公式如下：I CN > I M式中Icn 一變頻器額定電流，AI M 電機(jī)額定電流，A2.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)有小于60s的加速時(shí)間的并且起動(dòng)電流不超過變頻器額定位的1.5倍時(shí)變頻器容量可按下式計(jì)算TN 1+K 973973K5 pcnGD 2 N 2 _Pj Pm m cos申 Z GD N I n M cos®.375tA式中K 電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式K=1.051.1Ti 負(fù)載轉(zhuǎn)距，N.mGD2 一總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)電機(jī)軸的折算值，kg.mtA 加速時(shí)間，sN 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r

24、/mi nPcn Z；T，F(xiàn)(Pj + PM)當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時(shí)間時(shí)，變頻器容量按下式取值：M cos(kVA )電流驗(yàn)證：以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計(jì)算的基本參數(shù)， 相同功率不同極數(shù)的電機(jī)有不同的額定電流。故最終尚需驗(yàn)證電機(jī)和變頻器額定電流，即IcnM2.3.多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)變頻器容量的選擇電壓型變頻器可以一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時(shí)過載能力為150% 60%時(shí)，如電機(jī)加速時(shí)間在300s內(nèi)有小于60s的加速時(shí)間，貝U5PCN 一豊 nT ns Ks'Pcn-Ks-1并要求Icn§tIm"加卄 1.1式中pm 負(fù)載所要

25、求的電機(jī)軸輸出功率nT 并聯(lián)電機(jī)的臺(tái)數(shù)%同時(shí)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)電機(jī)效率，=0.8K s 電動(dòng)啟動(dòng)電流與電機(jī)額定電流之比值k 電流波形的修正系數(shù)，PWI方式取1.05-1.1PCN 變頻器容量，KVAIcn 變頻器額定電流，A333 PLC的選用目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的 AB公司。根據(jù)性價(jià)比的 選擇，根據(jù)被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用SIEMENS 公司的S7-200系列PLCSIMATIC S7-200系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機(jī)運(yùn)行，由于它具有多種功能 模塊和人機(jī)界面(HMI)可供選擇，所以

26、系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時(shí)具有可靠性高，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，其性能價(jià)格比高，所以在 規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。3.3.4常用輔件的選擇變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動(dòng)電阻及制動(dòng)單元組成。1 、斷路器為避開變頻器投入時(shí)直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.31.4倍，整定值為斷路器額定值的3

27、4倍。2 、接觸器接觸器在變頻器主回路中僅在變頻器輔助器件或控制回路故障時(shí)起斷開主回路的作用，一般不作回路開斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無須按開斷次數(shù)考核其壽命。3 、交流電抗器在變頻器的輸入端加接交流電抗器，以抑制變頻器造成的高頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰 值電流對(duì)變頻器的危害。同時(shí)，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕 載時(shí)改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。4 、制動(dòng)單元為減小大慣性系統(tǒng)的減速時(shí)間，解決變頻器直流電路上的過電壓問題。常在其直流電路中加接一檢測直流電壓的晶體管。一旦直流回路電壓超過一定的界限， 該晶體管導(dǎo)通，并將過剩的電能通過與 之相接的制動(dòng)

28、電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時(shí)加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動(dòng)時(shí)間愈小，此裝置即為變頻器的制動(dòng)單元。5.制動(dòng)電阻器借助制動(dòng)單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)下從動(dòng)能轉(zhuǎn)換來的能量。5.1電阻值的計(jì)算Rbo1.047Tr-0.2Tm n式中Uc 直流回路電壓，vTr 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N.mTm 一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)自損耗約為電機(jī)額定功率的20流右），N.mn 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（在附加電阻制動(dòng)的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）,r/min在制動(dòng)晶體管和制動(dòng)電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流Ic的限制，因此在選擇制動(dòng)電阻值時(shí)不可小于其最小制動(dòng)電阻值 Rmin,即式中Uc 直流回路電

29、壓，V'c 一制動(dòng)晶體管允許的最大電流，因此，制動(dòng)電阻應(yīng)RB按RBO > RB > R5.2制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb的計(jì)算Tb式中g(shù)dM 一電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和，Tl 一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N.mn 1 一減速開始時(shí)轉(zhuǎn)速，r/mi n“2 減速結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)速，r/mintb 減速時(shí)間，SRmin= U c / I c (iin的關(guān)系選用。GDM GD2 n1375tb一門2_ I LN.m6.電纜選擇由于高次諧波的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，電纜的實(shí)際使用面積減少，單位實(shí)際工作電阻增大，電纜壓降有增大 的趨勢，故所配電纜一般大于常規(guī)使用值。3.4起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)341系統(tǒng)控制的要求對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的

30、基本要求(1) 主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；(2) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)；(3) 保護(hù)功能：主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車電機(jī)的保 護(hù)等?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)由PLG繼電器、操縱臺(tái)各主令控制器、開關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開關(guān)等組 成。第四章4.1 PLC編程軟件概述S7-200 的編程語言是STEF7-micro/win32，它是用于S7-200系列PLC進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟 件，它是在國際標(biāo)準(zhǔn)工 EC1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用 LAD, FBD和STL來編程。STEP 7-micro/w in32 軟件的一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)試功能很強(qiáng)大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在

31、線修 改過程數(shù)據(jù)，對(duì)于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。STEP 7-micro/w in32軟件還附帶一些控制程序模塊，如 PID調(diào)節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用，以便實(shí)現(xiàn)不同的功能。STEP7-micro/wi n32軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及 程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。該工具軟件包為S7-200CPU與其它系統(tǒng)部件(如觸摸屏、變頻器)的使用提供了 便利。4.2程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(hào)(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的 系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一

32、個(gè)任 務(wù)就是接受上位機(jī)的控制命令，以進(jìn)行自動(dòng)采樣。PLC的軟件設(shè)計(jì)部分我們采用模塊化的方法，PLC程序設(shè)計(jì)共有四個(gè)模塊：按鈕處理模塊、通信模塊、PID控制模塊、故障報(bào)警模塊。其中按鈕模塊主要處理各電機(jī)和電磁閥的啟?？刂?四)故障報(bào)警模塊為了實(shí)時(shí)通知操作員故障消息，以便盡快地排除故障，確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，本控制系統(tǒng)具有 良好的故障報(bào)警措施。所以在PLC程序中始終對(duì)相應(yīng)的傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行掃描，一旦有諸于變頻器故障，超重等故障，應(yīng)馬上切斷該設(shè)備，并啟動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)行報(bào)警?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場可能的干擾，(1) 我們在程序中采用延遲報(bào)警即只有當(dāng)報(bào)警信號(hào)持續(xù)一定的時(shí)間(一般為幾十毫秒到幾百毫秒).才認(rèn) 為有

33、故障。(2)在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，逐步開啟報(bào)警；而在停止設(shè)備時(shí)逐步阻塞報(bào)警。上述兩個(gè)措施可有效 的防止誤報(bào)警。報(bào)警處理由畫面元素和 PLC變量直接對(duì)應(yīng)，無需編程。4.3系統(tǒng)抗干擾措施可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，工作環(huán)境中各種干擾對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行存在著嚴(yán) 重的影響。所以在本系統(tǒng)中也不例外，有必要考慮PLC的抗干擾措施?？垢蓴_的主要措施有；(1) 輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)，不能扎在一起。(2) 必要時(shí)需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號(hào)電纜，并注意一端接地。(3) 多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，一則擴(kuò)大屏蔽作用，二則抑制芯線間的信號(hào)串?dāng)_及外 部干擾。(4) 為避免干擾

34、，同一電平等級(jí)的信號(hào)才能用一條多芯電纜傳輸。 所以，對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，在任何情況下，都必須分開電纜進(jìn)行傳輸。低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。盡量縮短模擬量I/O信號(hào)線的長度，并采用雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。(5) PLC 電柜應(yīng)有獨(dú)立的接地線，接地電阻小于 10歐姆。(6) 引至PLC柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。(7) 一般要將PLC裝于專門的電柜中，且PLC四周留有50mm以上的凈空間，保證良好的通風(fēng)環(huán)境。 盡量不要將PLC安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。第五章結(jié)束語本論文主要為橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套將可編程序控制器與變頻器結(jié)合應(yīng)用于橋式起重

35、機(jī)控制系統(tǒng)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達(dá)到現(xiàn)場的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握，用戶在控制室 可以通過人機(jī)界面來設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且變頻器的故障信息可以在人機(jī)界 面上反映出來，以用來提示用戶。采用變頻器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能、可靠性以及基于組態(tài)軟件所開發(fā)出來的良好人機(jī)界面和通信能力，實(shí)現(xiàn)在司機(jī)控制室對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。上位機(jī)選擇觸摸屏主要完成系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置和開關(guān)量置位。下位機(jī)采用 PLC來實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的啟、停、電磁閥的開關(guān)，數(shù)值的轉(zhuǎn)換、速度的檢測。重點(diǎn)解決了系統(tǒng)中

36、的監(jiān)控畫面、PLC程序設(shè)計(jì)的問題以及上下位機(jī)之間的通信問題。同時(shí)根據(jù)STEP-7 MICRO/WIN32軟件工具包的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，大量采用代碼重用的方法，大大減少了系 統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)；同時(shí)利用西門子公司的 Protool/pro組態(tài)軟件設(shè)計(jì)良好的人機(jī)界面以下載至觸摸屏，以及實(shí)現(xiàn)其與PLC的通信。致謝在論文完稿之際，謹(jǐn)向教導(dǎo)和幫助我的師長、朋友、同學(xué)，以及默默支持和鼓勵(lì)我的親人們致以 最誠摯的謝意和最衷心的祝福！感謝導(dǎo)師1234老師!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，給予我極大的幫助與鼓勵(lì)；導(dǎo)師

37、踏實(shí)認(rèn)真、開拓創(chuàng)新的治學(xué)作風(fēng)將使我終生受益；導(dǎo)師給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、以及社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。本論文從選題到完成無不浸透著恩師的心血。在此期間，老師多次詢問我的課題進(jìn)度，提醒 我該注意的問題，并在我課題遇到困難時(shí)，給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助。借此論文的完成之際，謹(jǐn)向 我的恩師表達(dá)我衷心的感謝和崇高的敬意！感謝恩師不厭其煩的教誨和一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，在學(xué)習(xí)、 生活和以后的工作中給我樹立了為學(xué)為人的榜樣。并希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中繼續(xù)得到導(dǎo)師的教 導(dǎo)。感謝1234學(xué)院機(jī)電系的各位老師在這三年學(xué)習(xí)生涯中給予我的關(guān)心和幫助。也感謝我在123求學(xué)期間結(jié)識(shí)的好友，給予我的幫助、鼓勵(lì)和支持，在此一并感謝。最后

38、，我要深深感謝我的父母和兄弟，多年來，正是由于他們對(duì)我學(xué)業(yè)上的支持、理解和鼓勵(lì)， 對(duì)我一如既往的殷切期望和無私奉獻(xiàn)，給予了我無盡的關(guān)愛和動(dòng)力，才使得我得以順利完成學(xué)業(yè)！某人謹(jǐn)致2010年6月2日參考文獻(xiàn)1. 廖常初 PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2. 張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2006.4.李永樂.交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2002.5. 韓安榮.通用變頻器及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6. 趙洪恕，王忠石，簡維新.PLC控制交流調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用 ，基礎(chǔ)自動(dòng)化J.2OO2 年2月第七期7. 許正軍，曾獻(xiàn)輝，陳瑞琦.變頻器的