橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　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)活動中應(yīng)用廣泛作用顯著，因此對于提高橋式起重機(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)。因此對

2、橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義，也是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)專家學(xué)者的一個研究課題。</p><p>　　本文針對橋式起重機(jī)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應(yīng)用于橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)上，并進(jìn)行了較深入的研究。</p><p>　　PLC系統(tǒng)采用SEIMENS公司產(chǎn)品，能控制起重機(jī)大車、小車的運(yùn)行方向和速度換檔;吊鉤的升、降方向及速度換檔，同時能檢測各個電機(jī)故障現(xiàn)象并送往工業(yè)觸

3、摸屏進(jìn)行顯示，減小了傳統(tǒng)繼電一接觸式控制系統(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；為了更加有效的防止重物下滑，在橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)各加上一套由旋轉(zhuǎn)編碼器、PG數(shù)模轉(zhuǎn)換和PLC相結(jié)合的閉環(huán)系統(tǒng)，使主副吊鉤拖動更加穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　關(guān)鍵詞:可編程序控制器； 橋式起重機(jī)； 變頻調(diào)速</p><p><b>　　ABSTRACT</b>

4、;</p><p>　　The bridge crane carries a kind of typical equipment in the supplies system ,so it have extensive function in the activity of producing enterprise ,</p><p>　　so it is important to imp

5、rove the bridge crane operational efficiency,guarantee</p><p>　　the safe reliability to be operated,reduce the cost of the supplies carrying.</p><p>　　But the traditional bridge crane control sy

6、stem mainly adopts relay 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

7、 is bad,it is complicated to operate，fault rate is high.the electric energy is wasted greatly,efficiency is low.carrying on the research to the bridge crane control system has realistic meanings,it is a subject for resea

8、rch of relevant e</p><p>　　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 carried on dee

9、per research in relevant respects.</p><p>　　PLC system adopts the SIEMENS Company products,can control the crane cart,car operation direction and change speed;to rise,lower cliver direction and change speed,

10、can measure each motor trouble phenomenon and send this to touch-sensitive screen of industry to show at the same time,have reduced traditional electricity-contact-type control system of intermediate link.it reduced the

11、hardware and control line,has improved systematic stability,dependability greatly;prevent the heavy object from glidi</p><p>　　Change combine PLC with close ring system,make clivers more steady,more reliable

12、.</p><p>　　KEYWORDS:PLC; Bridge Crane; Frequency Control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題1</p><

13、p>　　1.2橋式起重機(jī)電氣傳動技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況1</p><p>　　1.3本課題的研究意義及主要內(nèi)容2</p><p>　　2矢量控制變頻調(diào)速4</p><p>　　2.1變頻調(diào)速的基本原理4</p><p>　　2.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.3變頻調(diào)速的控制方式—矢量控制方

14、式6</p><p>　　3 變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型8</p><p>　　3.1橋式起重機(jī)系統(tǒng)8</p><p>　　3.1.1各機(jī)構(gòu)組成和特點(diǎn)8</p><p>　　3.1.2傳統(tǒng)橋式起重機(jī)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)8</p><p>　　3.2本系統(tǒng)總體方案設(shè)計8</p>&

15、lt;p>　　3.3系統(tǒng)的部件設(shè)計10</p><p>　　3.3.1電機(jī)的選用10</p><p>　　3.3.2變頻器的選用12</p><p>　　3.3.3常用輔件的選擇16</p><p>　　4可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用19</p><p>　　4.1 PLC的系統(tǒng)組成

16、與各部分的作用19</p><p>　　4.2可編程序控制器19</p><p>　　4.3變頻調(diào)速起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計19</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)控制的要求19</p><p>　　4.3.2控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配20</p><p>　　4.3.3 PLC配置22</p>

17、<p>　　4.3.4.電氣控制系統(tǒng)原理圖22</p><p>　　4.3.5各機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)及檢測24</p><p>　　5橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計26</p><p>　　5.1 S7一200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議及本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議26</p><p>　　5.1.1 S7-200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議2

18、6</p><p>　　5.1.2本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議26</p><p>　　5.1.3上位機(jī)和PLC之間的通信26</p><p>　　5.2 PLC程序設(shè)計28</p><p>　　5.2.1 PLC編程軟件概述28</p><p>　　5.2.2 程序設(shè)計29</p><p&g

19、t;　　5.3系統(tǒng)抗干擾措施35</p><p>　　6全文總結(jié)及其展望37</p><p>　　6.1全文總結(jié)37</p><p>　　6.2研究展望38</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致謝40</b></p

20、><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械在整個國民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開裂仍時有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過大的機(jī)械振動沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個

21、很重要的方面。由于傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子回路串接電阻進(jìn)行有級調(diào)速，致使機(jī)械沖擊頻繁，振動劇烈，因此電氣控制上應(yīng)采用平滑的無級調(diào)速是解決問題的有效手段。</p><p>　　1.2橋式起重機(jī)電氣傳動技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　電氣調(diào)速控制的方法很多，對直流驅(qū)動來講60年代采用發(fā)電機(jī)一電機(jī)系統(tǒng)，從控制電阻分級控制，到交磁放大控制，到可控硅SRC激磁控制，到主回路可控硅即

22、晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計算機(jī)、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。</p><p>　　從交流驅(qū)動來講:常規(guī)的常采用繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，為滿足重物下放時的低速，一般依靠能耗制動、反接制動，后來還采用渦流制動，還有靠轉(zhuǎn)子反饋控制制動、反接制動、單相制動器抱閘松勁的所謂軟制動，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外開發(fā)研制變頻調(diào)速，PLC可編程序控制器的應(yīng)

23、用控制系統(tǒng)的性能更加完美。目前國內(nèi)外幾種常用調(diào)速系統(tǒng)配置:</p><p>　　1.DC一300直流驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng):GE公司DC一300、DC一2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)，其控制功率從300HP到4000HP，并采用PLC對整機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)施故障診斷、檢測、報警及控制。</p><p>　　2.交流調(diào)速控制系統(tǒng):對于起重機(jī)械來講，交流驅(qū)動仍是國內(nèi)普遍采用的方案而且多數(shù)停留在

24、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻來調(diào)速。隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，目前，該技術(shù)己進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。</p><p>　　日本安川電機(jī)制作所于1972年就正式定為VS系列，應(yīng)用于起重機(jī)及軋機(jī)輔助設(shè)備的交流調(diào)速。法國、英國、德國等大電氣公司亦在這方面展開了重點(diǎn)研制開發(fā)。借助電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實(shí)現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，進(jìn)而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控

25、制?？删幊绦蚩刂破鱌LC引入到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。在橋式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達(dá)到了新的技術(shù)高度。</p><p>　　3.變頻調(diào)速:變頻調(diào)速技術(shù)是國際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開發(fā)，也是國際國內(nèi)這幾年全力研制應(yīng)用的目標(biāo)與方向。這幾年一些公司如德國SIEMENS，美國GE，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術(shù)，大功率的IGBT模塊的出

26、現(xiàn)使變頻技術(shù)在起升機(jī)械、電梯等位能負(fù)載控制成為現(xiàn)實(shí)。 </p><p>　　同時隨著PLC系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負(fù)載上的成功應(yīng)用，變頻調(diào)速系統(tǒng)必將成為未來調(diào)速市場的主流。</p><p>　　1.3本課題的研究意義及主要內(nèi)容</p><p>　　本課題中以橋式起重機(jī)作為研究實(shí)體，由上可知，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

27、的方法進(jìn)行啟動和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有:</p><p>　　1.橋式起重機(jī)工作環(huán)境差，工作任務(wù)重，電動機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生。</p><p>　　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。</p><p>　　3.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時轉(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

28、。</p><p>　　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。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問題，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運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　本論文以20/5t*19.5m通用橋式起重機(jī)為研究對象，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原

29、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)。本論文的主要內(nèi)容分為如下五個部分:</p><p>　　(1)矢量控制變頻調(diào)速原理即本論文的第二章，它首先介紹變頻調(diào)速的基本原理，然后介紹了變頻器的基本結(jié)構(gòu)，即變頻器的主電路和控制電路構(gòu)成，最后介紹了變頻器的基本控制方式一矢量控制方式。為下一步部分的起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。</p&

30、gt;<p>　　(2)變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型即本論文的第三章，起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(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))，變頻器等組成，并選擇系統(tǒng)各主要組成部分。</p><p>　　(3)可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用即本論文的第四章，它首先介紹了PLC原理、系統(tǒng)組成及其各部分的作用，然后論述本系統(tǒng)中PLC的選取，采用Siemens公司S

31、7-200型PLC，最后介紹控制系統(tǒng)的構(gòu)成及各機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)和檢測。</p><p>　　(4)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計即本論文的第五章，主要分為觸摸屏的軟件設(shè)計和系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計。它首先介紹了組態(tài)軟件，然后講述組態(tài)軟件對觸摸屏的編程，同時根據(jù)控制系統(tǒng)的要求對PLC進(jìn)行編程。</p><p><b>　　2矢量控制變頻調(diào)速</b></p>&l

32、t;p>　　2.1變頻調(diào)速的基本原理</p><p>　　根據(jù)異步電機(jī)的知識，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:</p><p>　　N=60f/p*(1-s) (2-1)</p><p>　　其中:n—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;</p><p>　　f一定子的電源頻率，單位為Hz:</p><

33、;p>　　S一電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率;</p><p><b>　　P一電機(jī)的極對數(shù)。</b></p><p>　　由上式(2-1)可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率f，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　在電動機(jī)調(diào)速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量中.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，

34、又會使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。對于直流電機(jī)來說，勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持中，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。</p><p>　　三相異步電動機(jī)每相電動勢的有效值是:</p><p>　　Eg=4.44f1N1kN1?M (2-2)</p><p>　　式中:

35、Eg-------氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢有效值，單位為v;</p><p>　　f1--------定子頻率，單位為Hz;</p><p>　　N1-------定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù);</p><p>　　KN1-------基波繞組系數(shù);</p><p>　　?M----每極氣隙磁通量，單位為Wb;</p><p

36、>　　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：</p><p><b>　　1 基頻以下調(diào)速:</b></p><p>　　即采用恒定的電動勢.有上式可知，要保持不?M變，單頻率f1 從額定值f1n向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg，然而繞組中的感應(yīng)電動勢是難以控制的，但電動勢較高時，可以忽略電子繞組

37、的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1≈E，則得U1/f=常值。低頻時,U1和Eg 值較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時，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。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線，無補(bǔ)償?shù)臑閍線，如圖2-1所示。</p><p><b>　　U1</b></p><p><b>　　（定子相電壓）<

38、;/b></p><p>　　U1n </p><p><b>　　b</b></p><p><b>　　a &

39、lt;/b></p><p>　　0 f1n f1 </p><p><b>　?。l率） </b></p><p>　　圖2-1 恒壓頻比控制特性 </p><p><b>　　2 基頻以上調(diào)速<

40、/b></p><p>　　在基頻以上調(diào)速時，頻率f往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)與直流電機(jī)弱磁升速的情況。</p><p>　　把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖2-2。如果電動機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機(jī)都能在溫升容許的條件下長期運(yùn)行，這時轉(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

41、，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。異步電動機(jī)變頻調(diào)速特性如下圖2-2所示:</p><p>　　U1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 </p><p><b>　?。ǘㄗ酉嚯妷海?lt;/b></p><p><b>　　U1n</b></p><p>　　0

42、 f1n f1</p><p>　　圖2-2 異步電動機(jī)變頻調(diào)速特性</p><p>　　2.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　AC DC AC</p><p><b>　　控制電

43、路 </b></p><p><b>　　運(yùn)行指令</b></p><p>　　圖 2—3 變頻器的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　變頻器的基本結(jié)構(gòu)見如圖2-3所示，電機(jī)在帶動較大負(fù)載在啟動時，會有較大的沖擊電流，采用變頻器時，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動問題。變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時檢測到各種故障

44、，并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。</p><p>　　2.3變頻調(diào)速的控制方式—矢量控制方式</p><p>　　矢量控制交流調(diào)速是通過坐標(biāo)變換使交流電動機(jī)獲得與直流電動機(jī)相似的數(shù)學(xué)模型，從而可采用類似于直流電動機(jī)的控制方法來控制瞬時轉(zhuǎn)矩，使交流調(diào)速系

45、統(tǒng)獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)越甚至更加優(yōu)越的動靜態(tài)特性能。</p><p>　　其基本思想是將異步電動機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動機(jī)的模型，再仿照直流電動機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動勢相同。</p><p>　　在實(shí)際的等效變換中，先將異步電動機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的定子電流iA，iB，iC通過三相/兩相變換，等效變換，等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流iα、iβ再通過磁

46、場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流iM、iT。等效的電動機(jī)繞組模型如圖2-4所示。</p><p>　　B β T </p><p>　　iB ω </p><p>　　Iβ ω

47、 iT ω </p><p>　　iA A </p><p>　　iC iα iM M</p><p><b>　　C</b></p><p>　

48、?。╝)三相交流繞組 （b）兩相交流繞組 （c）旋轉(zhuǎn)的直流繞組</p><p>　　圖2-4 等效的交流電機(jī)繞組直流電機(jī)繞組等效模型 </p><p>　　通過控制iM、iT大小也就是電流矢量i的幅值和去向去等效的控制三相電流iA，、iB，iC瞬時值，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的磁場與轉(zhuǎn)矩達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　3 變頻調(diào)速橋式

49、起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計和部件選型</p><p>　　3.1橋式起重機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　本課題研究的橋式起重機(jī)是電動雙梁橋式起重機(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

50、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?lt;/p><p>　　3.1.1各機(jī)構(gòu)組成和特點(diǎn)</p><p>　　起升機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)貨物的升降，它通常由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)和取物裝置三部分組成。此外，根據(jù)工作需要還可以裝設(shè)各種輔助裝置，如高度限位器，超載限位器等。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的作用是使起重機(jī)運(yùn)行部分作來回運(yùn)動，以達(dá)到在水平面內(nèi)運(yùn)移貨物的目的。 以下是本課題橋式起重機(jī)基本參數(shù):</p

51、><p>　　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。</p><p>　　3.1.2傳統(tǒng)橋式起重機(jī)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)為繼電器接觸控制系統(tǒng)，噪音大，接線量多，更改控制邏輯困難。各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)簡介如

52、下:主、副起升機(jī)構(gòu)為兩臺電機(jī)分別單獨(dú)驅(qū)動，為滿足貨物下降的需要，采用了動力制動，制動器是電動液壓推桿操作；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為一臺電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，制動器是電動液壓推桿操作。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為兩臺電機(jī)分別驅(qū)動，同時控制。</p><p>　　3.2本系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機(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，對調(diào)速要求也不相同。橋式起重機(jī)變

53、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3-1。</p><p>　　圖 3—1 本系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖 </p><p><b>　　1.起升機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　起升機(jī)構(gòu)屬位能負(fù)載機(jī)構(gòu)。不但要求高的轉(zhuǎn)速及起制動的控制精度，而且對轉(zhuǎn)矩控制要求嚴(yán)格。</p>&

54、lt;p>　　主起升和副起升兩臺電機(jī)各使用一個變頻器。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)。通過計算，變頻器的額定電流一般為電動機(jī)額定電流的1.2倍以上。</p><p>　　控制方式選用帶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，避免吊鉤的下滑。</p><p><b>　　2

55、、運(yùn)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)兩臺電機(jī)用一個變頻器;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)共用一臺變頻器。變頻器的選擇，一般以電動機(jī)的額定功率作為選擇的依據(jù)，通常選額定功率大一級的變頻器，控制方式選用無PG的v/f的變頻控制方式。</p><p>　　由于起升機(jī)構(gòu)電機(jī)需使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置，通過測量脈沖編碼器的脈沖數(shù)，利用二者

56、之差控制電機(jī)的速度，但選擇脈沖編碼器及其安裝時，應(yīng)當(dāng)考慮周全。</p><p>　　3.3系統(tǒng)的部件設(shè)計</p><p>　　3.3.1電機(jī)的選用</p><p>　　一 變頻調(diào)速對電機(jī)的要求</p><p>　　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時不同的特征。主要反映在功率因

57、數(shù)、效率、輸出力矩、電機(jī)溫升、噪音及振動等方面。目前，一般無須選用變頻專用電機(jī)作變頻系統(tǒng)的電機(jī)。現(xiàn)在國內(nèi)推出的變頻專用電機(jī)由普通電機(jī)加獨(dú)立風(fēng)扇組成，以解決電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自冷風(fēng)扇風(fēng)量不足而引起的電機(jī)過熱問題。</p><p>　　二 變頻起重機(jī)系統(tǒng)中電機(jī)的選型</p><p>　　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

58、系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的變頻電機(jī)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(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)工作時的變頻驅(qū)動特性比變頻電機(jī)稍差。</p><p><b>　　三 電機(jī)冷卻</b></p><p>　　西門子變頻器在調(diào)速比為1

59、:20的范圍內(nèi)能確保起重機(jī)上普通電機(jī)有150%的過載力矩值。此外，起重機(jī)電機(jī)多用于大慣量短時工作制，通常不工作時間大于或略小于工作時間。電機(jī)在起動過程中可承受2.5倍額定電流值，遠(yuǎn)大于變頻起動要求的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)。</p><p><b

60、>　　四 電機(jī)效率</b></p><p>　　國外以4極電機(jī)作變頻電機(jī)首選極數(shù)，因此時電機(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。高速電機(jī)比低速電機(jī)在電流小、功率因數(shù)高、電纜截面小及電器配置容量小等方面占有優(yōu)勢。盡管減速器傳動比增大造成了減速器體積的增大，但由于硬齒減速器的應(yīng)用，新塑耐磨齒輪副及焊接箱體的使用為高速電機(jī)驅(qū)動創(chuàng)造了條件。高速電機(jī)的使用因電機(jī)材料價格遠(yuǎn)高于減速器，故電機(jī)體

61、積重量的減小使一次性投資及能耗大大降低，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。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一4型電機(jī)等。</p><p>　　五 電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)</p><p>　　起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機(jī)需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機(jī)容量需由負(fù)載功率Pr及加速功率Pa兩部分組成。一般情況下，電機(jī)容量P為</p><p>

62、;　　式中λms一電機(jī)平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)</p><p>　　若使電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下接近滿載運(yùn)行，且能承受電網(wǎng)電壓的波動，并通過1.1倍試驗(yàn)載荷，則要求電機(jī)的過載力矩倍數(shù)遠(yuǎn)大于1.5倍，或適當(dāng)增加加速時間，減少加速功率。對每小時作20多個循環(huán)的起重機(jī)來講，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的加速時間可在5-10s調(diào)整，有利于機(jī)構(gòu)的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)是起動時間短(1-3s)，只占等速運(yùn)動時間的較少比例;轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的1

63、0%-20%。其電機(jī)容量P為</p><p><b>　?。╧w） </b></p><p>　　式中 Cp一起重機(jī)額定提升負(fù)載，kg</p><p>　　v一額定起升速度，m/s</p><p>　　g一重力加速度，g=9.81m/s</p><p><b>　　?一機(jī)構(gòu)總效率&

64、lt;/b></p><p>　　為使電機(jī)提升1.25倍試驗(yàn)載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于2，否則必須讓電機(jī)放容，從而降低電機(jī)在額定運(yùn)行時的工作效率。</p><p>　　通過利用上述公式的計算，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:</p><p>　　表3-1 橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)</p>&l

65、t;p>　　各機(jī)構(gòu)啟動調(diào)速方式說明如下：</p><p><b>　　起升機(jī)構(gòu)：</b></p><p>　　起升、開閉機(jī)構(gòu)的兩臺電機(jī)分別采用各自獨(dú)立的變頻調(diào)速器。其控制方式為帶PG矢量控制方式。它具有穩(wěn)定性好，對急加、減速負(fù)載變化有較好的響應(yīng)特性。</p><p><b>　　運(yùn)行機(jī)構(gòu):</b></p>

66、<p>　　行走機(jī)構(gòu)變頻器采用VF/控制方式驅(qū)動，這樣做一方面簡化了電路，另一方面又可降低成本。只是上述機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中不能同時作業(yè)。</p><p><b>　　3.其它說明:</b></p><p>　　上述各機(jī)構(gòu)原有制動器和控制方式不變。但由于采用了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，對整機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊、對制動器的磨損都降低到了最小限度。</p><p

67、>　　傳統(tǒng)起重機(jī)控制系統(tǒng)起升機(jī)構(gòu)能耗部分將取消，各機(jī)構(gòu)調(diào)速電阻器將取消。</p><p>　　3.3.2變頻器的選用</p><p><b>　　一.變頻器選型</b></p><p>　　起重機(jī)各機(jī)構(gòu)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普遍選用帶低速轉(zhuǎn)矩提升功能的電壓型變頻器，如日本的安川，三菱，富士，德國的西門子及丹麥的丹佛斯等。其中本系統(tǒng)選用西門子變

68、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，有利于用戶合理選用。</p><p><b>　　二、變頻器容量選擇</b></p><p><b>　　2.1 起升機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　起升機(jī)構(gòu)平均起動轉(zhuǎn)距一般來說可為額定力矩值的倍?？紤]到電源電壓波動因素及需通過125%超載試驗(yàn)要求等因素，

69、其最大轉(zhuǎn)距必須有倍的負(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(型電機(jī))或同時提高變頻器和電機(jī)容量(Y型電機(jī))來獲得200%力矩值，此時變頻器容量為： </p><p>　　式中 cos—電機(jī)的功率因數(shù)，cos=0.25</p><p>　　P—起升額定負(fù)載所需功率，wk</p><p>　　?M—電機(jī)效

70、率，?M=0.85</p><p>　　PCN—變頻器容量，KAV</p><p><b>　　K—系數(shù)，K=2</b></p><p>　　起升機(jī)構(gòu)變頻器容量依據(jù)負(fù)載功率計算，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)上提高一檔的方法選擇變頻器的容量，則可能會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:<

71、;/p><p>　　式中 ICN一變頻器額定電流，A</p><p>　　IM—電機(jī)額定電流，A</p><p><b>　　2.2 運(yùn)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300S內(nèi)有小于60S的加速時間的并且起動電流不超過變頻器額定位的1.5倍時變頻器容量可按下式計算</p><p>

72、<b>　　式中</b></p><p>　　k—電流波形補(bǔ)償系數(shù)，PWM方式</p><p><b>　　—負(fù)載轉(zhuǎn)距，N?m</b></p><p>　　∑GD2一總轉(zhuǎn)動慣量對電機(jī)軸的折算值，kg?m</p><p><b>　　—加速時間，s</b></p>

73、<p>　　N—電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min</p><p>　　當(dāng)運(yùn)行電機(jī)在300s內(nèi)電機(jī)有大于60s加速時間時，變頻器容量按下式取值</p><p><b>　　(KVA)</b></p><p><b>　　電流驗(yàn)證:</b></p><p>　　以上公式均以負(fù)載功率作為變頻器容量計算的

74、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 </p><p>　　2.3.多電機(jī)驅(qū)動時變頻器容量的選擇</p><p>　　電壓型變頻器可以一臺變頻器驅(qū)動多臺電機(jī)，其并聯(lián)運(yùn)行且變頻器短時過載能力為150%、60%時，如電機(jī)加速時間在300s內(nèi)有小于60s的加速時間，則</p><p>　　并要求式中 PM—負(fù)載所要求的

75、電機(jī)軸輸出功率</p><p><b>　　—并聯(lián)電機(jī)的臺數(shù)</b></p><p>　　ns—同時啟動的臺數(shù)</p><p>　　?—電機(jī)效率，?=0.85</p><p>　　Ks—電動啟動電流與電機(jī)額定電流之比值負(fù)載所要求的電機(jī)軸輸出功率

76、 K—電流波形的修正系數(shù)，PWM方式取</p><p>　　PCN—變頻器容量，KVA</p><p>　　ICN—變頻器額定電流，A</p><p>　　2.4 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器 </p><p>　　根據(jù)起重機(jī)電機(jī)驅(qū)動的特性和技術(shù)要求，采用帶測速反饋接口的MASTERDRIVE6SE70系列變頻器

77、作為主、副起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，MASTERDRI Vector 6SE440系列變頻器作為大、小行車行走機(jī)構(gòu)的電機(jī)驅(qū)動，6SE440系列是一種通用性高性能矢量控制型變頻器，功能強(qiáng)，價格低，完全滿足行走機(jī)構(gòu)的需求。</p><p>　　起重機(jī)大車運(yùn)行方向有前后，小車運(yùn)行方向有左右要求，根據(jù)運(yùn)行速度至少要求分為檔，加減速時間為，通常小車行走機(jī)構(gòu)采用一臺電機(jī)，而大車行走機(jī)構(gòu)須采用2臺電機(jī)，大、小車本身的慣性也較大，

78、為防止電機(jī)被倒拖處于發(fā)電狀態(tài)時產(chǎn)生過電壓，因此大小車變頻器都配置了制動單元及制動電阻來釋放能量。起重機(jī)整個電氣系統(tǒng)由系列PLC進(jìn)行控制，變頻器通過開關(guān)量端子接受PLC控制信號。</p><p>　　為了減小對電網(wǎng)的諧波污染，每個變頻器均加有輸入電抗器，它不僅減小了高次諧波分量，同時也抑制了輸入電流峰值，有利于提高整流二極管使用壽命。電流輸入端采用斷路器作為變頻器的短路保護(hù)。通過利用上述公式的計算，改造后的橋式起重

79、機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器如表3-2所示。</p><p>　　表 3-2 橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變頻器 </p><p>　　2.5、變頻器主要參數(shù)設(shè)置</p><p>　　首先將所用電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入P80—P85，大車變頻器應(yīng)輸入幾個電機(jī)的總電流及總功率，并且大車變頻器帶有幾個電機(jī)時應(yīng)運(yùn)行于線性頻率/電壓特性，速度變化采用固定頻率的迭加，同時利用變頻器的制

80、動器接通、斷開功能由RL2輸出繼電器觸點(diǎn)控制機(jī)械制動器，使行走機(jī)構(gòu)在電機(jī)停止時不會由于外力而隨意移動。如表3-3所示</p><p>　　表 3-3 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　3.3.3常用輔件的選擇</p><p>　　變頻器系統(tǒng)器件由斷路器、接觸器、電抗器、變頻器、制動電阻及制動單元組成。</p><p>&

81、lt;b>　　1.斷路器</b></p><p>　　為避開變頻器投入時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)額定電流的倍，整定值為斷路器額定值的倍。</p><p><b>　　2.接觸器</b></p><p>　　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起斷開主回路的作用，一般不

82、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。</p><p><b>　　3、交流電抗器</b></p><p>　　當(dāng)變頻器直接連接于一個大容量的電源變壓器(600kVA以上或離電源變壓器很近安裝)時，或電網(wǎng)回路中接有移相電容器，可能會在電網(wǎng)中產(chǎn)生過峰值電容，致使變頻器損壞。為此，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

83、頻峰值電流，或電容器開斷造成的峰值電流對變頻器的危害。同時，交流電抗器的接入還可起到降低電機(jī)噪聲、改善起動轉(zhuǎn)矩、在電機(jī)輕載時改善電機(jī)功率因數(shù)的作用。</p><p>　　交流電抗器容量按電機(jī)容量配置，可參見變頻器生產(chǎn)廠推薦的配置表或按下列公式計算：</p><p>　　公式中 L一電抗器容量，H</p><p><b>　　U一額定電壓，V<

84、/b></p><p>　　I一電機(jī)額定電流，A；電抗電流值為電機(jī)額定電流的倍</p><p>　　f一最大周波數(shù)，Hz</p><p>　　(2%一5%)U的選擇根據(jù)速比要求定，速比愈大百分比愈大。在變頻器與變壓器單臺獨(dú)配的系統(tǒng)中無須配置電抗器。</p><p><b>　　4、制動單元</b></p>

85、;<p>　　為減小大慣性系統(tǒng)的減速時間，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電阻器轉(zhuǎn)化為熱能耗。在能量消耗的同時加速了轉(zhuǎn)速的減小，該能量消耗得愈多，制動時間愈小，此裝置即為變頻器的制動單元。</p><p><b>　　5.制動電阻器</b></p&g

86、t;<p>　　借助制動單元，消耗電機(jī)發(fā)電制動狀態(tài)下從動能轉(zhuǎn)換來的能量。</p><p><b>　　5.1電阻值的計算</b></p><p>　　公式中 一直流回路電壓，V</p><p>　　TB一制動轉(zhuǎn)矩，N·m</p><p>　　TM一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)自損耗約

87、為電機(jī)額定功率 的20%左右)，N·m</p><p>　　n一電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(在附加電阻制動的情況下，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)r/min</p><p>　　在制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的能耗回路中最大電流受晶體管許用電流的限制，因此在選擇制動電阻值時不可小于其最小制動電阻值。即</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b>

88、</p><p>　　式中 一直流回路電壓，v</p><p>　　一制動晶體管允許的最大電流，A</p><p>　　因此，制動電阻應(yīng)RB按的關(guān)系選用。</p><p>　　5.2制動轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　　式中 GD2M —電機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩之和，N·m</p><p>

89、　　TL一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·m</p><p>　　n1一減速開始時轉(zhuǎn)速，r/min</p><p>　　n2一減速結(jié)束時轉(zhuǎn)速，r/min</p><p><b>　　一減速時間，s</b></p><p>　　5.3制動電阻額定功率的確定</p><p>　　制動時平均消耗功率的計算如下:

90、</p><p>　　5.4 電阻器額定功率計算 </p><p>　　考慮到制動時間的不連續(xù)性，電阻器的額定功率Pr0(許用功率)，可按許用功率增加系數(shù)m(m=Pr0/Pr)和制動電阻使用率D之間的關(guān)系曲線，由關(guān)系曲線可查得m值，再由用Pr=Pr0/m求得電阻器實(shí)配功率。</p><p><b>　　6.電纜選擇</b></p>

91、<p>　　由于高次諧波的驅(qū)動效應(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。如轉(zhuǎn)換器與電機(jī)間的主回路配線不當(dāng)，將會是電壓下降較多，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩，增大電機(jī)電流，引起電機(jī)過熱。近年來變頻器廠家將變頻器額定電壓設(shè)計成稍低于電源電壓，如380V電源用變頻器標(biāo)稱電壓為360V等，有利于輸電線容量的降低。</p><p>　　綜上所述，變頻自身特性及合

92、理選擇是驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計成功的首要因素，但輔件配置的恰當(dāng)與否同樣不容忽視。</p><p>　　4可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　4.1 PLC的系統(tǒng)組成與各部分的作用</p><p>　　PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式。</p><p

93、>　　整體式PLC是將中央處理器(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。</p><p>　　組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模

94、塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相連。 還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。</p><p>　　4.2可編程序控制器</p><p>　　目前PLC使用性能較好的SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB公司，根據(jù)性價比的

95、選擇，根據(jù)被控對象的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，采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。 </p><p>　　4.3變頻調(diào)速起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.3.1系統(tǒng)控制的要求</p><p>　　對橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求</p><p>　?。?）主、副機(jī)構(gòu)升降速度

96、調(diào)節(jié);</p><p>　　(2)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié);</p><p>　　(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。</p><p>　　控制系統(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操縱臺各主令控制器、開關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開關(guān)等組成。</p><p>　　4.3.2控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址

97、分配</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，名稱、代碼及地址編號如下表4-1所示。</p><p>　　表 4-1 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 </p><p>　　4.3.3 PLC配置</p><p>　　根據(jù)以上系統(tǒng)開關(guān)量輸入點(diǎn)，開關(guān)量輸出點(diǎn)，模擬量輸入點(diǎn)，模擬量輸出點(diǎn)的個數(shù)，系統(tǒng)同時要求有八路模

98、擬量輸入作為反饋信號，有四路模擬量輸出作為變頻器的控制端輸入同時要求DI/DO點(diǎn)數(shù)具有>10%的冗余，所以CPU模塊選用CPU226模塊，數(shù)字量輸入模塊采用兩塊EM223模塊，模擬量輸入模塊采用兩塊EM231模塊、模擬量輸出模塊采用兩塊EM232模塊。PLC系統(tǒng)與配置如圖4-1。</p><p>　　CPU226 EM223 EM223 EM231

99、 EM231 EM232 EM232 </p><p>　　24D1/16D0 16D1/16D0 16D1/16D0 4AI×12Bit AI ×12Bit 4A0×12Bit 4A0×12Bit</p><p><b>　　圖 4—1</

100、b></p><p>　　4.3.4.電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電氣控制系統(tǒng)原理圖主要包括主電路和PLC外圍接線圖。</p><p><b>　　1.主電路圖</b></p><p>　　如附錄圖A-1所示為電控系統(tǒng)的主電路圖，共有五臺電機(jī)，其中大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)有兩臺電機(jī)，同時帶有風(fēng)機(jī)冷卻裝置。</

101、p><p>　　2.PLC外圍接線電路</p><p>　　如附錄圖A-2所示為Siemens S7-200CPU226模塊接線圖。圖中所示的I/O接線信號分別與圖4-1中的I/O名稱相對應(yīng)。數(shù)字量輸入模塊EM223模塊，模擬量輸入模塊EM231模塊、模擬量輸出模塊EM232模塊的接線圖與此相同。</p><p>　　4.3.5各機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)及檢測</p>

102、<p>　　橋式起重機(jī)的安全性能尤為重要，因此在軟硬件設(shè)計中，我們對各機(jī)構(gòu)的安全檢測和保護(hù)做了周密的設(shè)計。 </p><p>　　l、起升機(jī)構(gòu)安全保護(hù)及檢測</p><p>　　主副起升機(jī)構(gòu)設(shè)有上下極限限位開關(guān)，限位開關(guān)采用凸輪式或螺母螺桿式，當(dāng)?shù)蹉^上升下降到極限位置時，停止在該方向上的運(yùn)行。</p><p>　　主副起升機(jī)構(gòu)超速限位保護(hù)由變頻器完成&

103、lt;/p><p>　　主副起升機(jī)構(gòu)共用一臺超負(fù)荷力矩限制器</p><p>　　主副起升機(jī)構(gòu)的過電流、過載、短路、斷相等保護(hù)由變頻器自動完成</p><p>　　主副起升機(jī)構(gòu)均配備BCQ型起重量超載限制器，其綜合秤量精度≦5%FS。起重量超載限制器能分別在滿載和所設(shè)定載荷發(fā)出相應(yīng)信號，當(dāng)載荷達(dá)到90%時，發(fā)出提示性報警信號，當(dāng)載荷達(dá)到110%時，立即停止起升動作，并發(fā)

104、出禁止性報警信號。</p><p>　　小車行走機(jī)構(gòu)安全保護(hù)及檢測</p><p>　　2.小車在其運(yùn)行的兩個方向上均設(shè)有終點(diǎn)限位開關(guān)和預(yù)限位開關(guān)，開關(guān)采用一般機(jī)械式，其動作邏輯與保護(hù)過程同起升機(jī)構(gòu)。</p><p>　　行走機(jī)構(gòu)的過電流、過載、短路、斷相等保護(hù)由變頻器自動完成。</p><p>　　3.壓電安全保護(hù)及檢測</p>

105、<p>　　所有空氣開關(guān)均有通、斷檢測.</p><p>　　所有接觸器均有故障檢測.</p><p>　　所有電機(jī)均有過電流、過載、短路、斷相保護(hù).</p><p>　　聯(lián)動臺設(shè)空氣開關(guān)分?jǐn)喟粹o和總接觸器急停按鈕開關(guān)，在緊急情況下斷開門機(jī)總電 源各機(jī)構(gòu)均設(shè)有主令控制器設(shè)零位保護(hù)。</p><p>　　5橋式起重機(jī)變頻調(diào)

106、速系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 S7一200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議及本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議</p><p>　　5.1.1 S7-200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議</p><p>　　西門子S7一200系列PLC是一種小型整體結(jié)構(gòu)形式的PLC，內(nèi)部集成了PPI接口為用戶提供了強(qiáng)大的通信功能，其PPI接口(即編程口)的物理結(jié)構(gòu)特性為RS一485，根據(jù)不同的協(xié)議，

107、通過此接口與不同的設(shè)備進(jìn)行通信或組成網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　S7一200CPU支持多種通信協(xié)議。根據(jù)所使用的S7一200CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個或多個協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專用協(xié)議。專用協(xié)議包括點(diǎn)到點(diǎn)(point一to一point)接口協(xié)議(PPI)、多點(diǎn)(Multi一Point)接口協(xié)議(MPI)、Profibus協(xié)議、自由通信協(xié)議和USS協(xié)議。</p><p>　　PPI、MPI

108、、Profibus協(xié)議在051七層模式通信機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，令牌環(huán)網(wǎng)遵守歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 501170中的過程現(xiàn)場總線(Profibus)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　5.1.2本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議</p><p>　　本系統(tǒng)采用工業(yè)觸摸屏監(jiān)控起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由上位機(jī)(人機(jī)界面產(chǎn)品)、下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))，經(jīng)MPI多點(diǎn)接口卡與PLC連接，組成一個小型的MPI網(wǎng)。S7-20

109、0向人機(jī)界面產(chǎn)品提供全局?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率位187.5kB/S。</p><p>　　人機(jī)界面嚴(yán)品(HMI)選用Siemens公司TP170B型觸摸屏，使用組態(tài)軟件Protool/pro進(jìn)行圖形編程，提供菜單方式操作和全中文顯示，用以對變頻器的狀態(tài)、各機(jī)構(gòu)運(yùn)行情況及故障報警等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。</p><p>　　5.1.3上位機(jī)和PLC之間的通信</p><p&

110、gt;　　硬件:上位計算機(jī)(PC)通過CP5611卡與可編程控制器(PLC)的串行通信接口連接，對PLC進(jìn)行集中監(jiān)視和管理。</p><p>　　軟件實(shí)現(xiàn)上:PLC和PC是通過變量來實(shí)現(xiàn)的，變量是上位機(jī)與PC之間用于數(shù)據(jù)交換的最重要的通訊方式。變量有兩種類型:全局變量和局部變量。</p><p>　　全局變量是帶有PLC鏈接的變量，它在PLC上占據(jù)一個定義的存儲器地址，從上位機(jī)與PLC都可

111、以對之進(jìn)行讀與寫訪問。它是通信的關(guān)鍵。</p><p>　　局部變量不連到PLC上，他們僅在上位機(jī)上可用，系統(tǒng)變量表如表5-1。</p><p>　　在組態(tài)完的S7一200下設(shè)置變量，每個變量有三個設(shè)置項(xiàng):變量名、數(shù)據(jù)類型、地址，其中最重要的是變量地址，它定義了此變量與S7一200中輸出地址QO.O。以此方法，將(S7-200)與Protool/Pro之間的數(shù)據(jù)通信。然后在畫面編輯器(Gr

112、aph deitor)中，用基本元件或圖形庫中對象制作生產(chǎn)工藝流程監(jiān)控畫面，并將變量與每個對象連接，即相當(dāng)于畫面中各對象與現(xiàn)場設(shè)備相連，從而可在屏幕上顯示，控制現(xiàn)場設(shè)備。 </p><p>　　表 5-1 系統(tǒng)變量表 </p><p>　　5.2 PLC程序設(shè)計</p><p>　　5.2.1 PLC編程軟件概述</p>

113、<p>　　S7-200的編程語言是STEP7一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IEC1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用LAD、FDB和STL來編程。這是一種可以運(yùn)行于通用微機(jī)中，在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行編程的語言。將它通過計算機(jī)的串口和一根PC/MPI轉(zhuǎn)接電纜與PLC的MPI口相連，即可進(jìn)行相互間的通信。</p><p>　　通過STE

114、P7-micro/win32編程軟件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進(jìn)行離線編程，經(jīng)過編譯后通過轉(zhuǎn)接電纜直接下載入PLC的內(nèi)存中執(zhí)行，而且在調(diào)試運(yùn)行時，還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況，甚至進(jìn)行在線修改程序中的變量，給調(diào)試工作也帶來極大的方便。</p><p>　　5.2.2 程序設(shè)計</p><p>　　在本系統(tǒng)中，PLC程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號