項(xiàng)目一：橋式起重機(jī)控制線路安裝和調(diào)試

1、目錄 一、橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介 二、本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及基本參數(shù) 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1總體設(shè)計(jì)方案 3.2設(shè)備選擇 3.3變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1各部分程序設(shè)計(jì) 4.2系統(tǒng)抗干擾措施 一、橋式起重機(jī)簡(jiǎn)介一、橋式起重機(jī)簡(jiǎn)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(lái)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(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)橋式起重機(jī)制造廠和使用部門(mén)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)

2、構(gòu)開(kāi)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(guò)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)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: (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(wú)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。 我們所研究的橋

3、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(chē)、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(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。在電氣控制系統(tǒng)中，其供電一般是通過(guò)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?jī)?nèi)，安全保護(hù)裝置裝在在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?二、本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及基本參數(shù)二、本課題設(shè)計(jì)的主要內(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

4、.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(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 要從根本上解決這些問(wèn)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。本設(shè)計(jì)方案橋式起重機(jī)基本參數(shù): 起重量為20/5噸，跨度(L)為19.5m，小車(chē)起升速度為15m/min，大車(chē)起升速度為7.5m/min，小車(chē)運(yùn)行速度為45m/min

5、，大車(chē)運(yùn)行速度為75m/min。 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖下面分別對(duì)各主要機(jī)構(gòu)調(diào)速控制進(jìn)行說(shuō)明。1）起升機(jī)構(gòu)l 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)的額定電流，負(fù)載率，變頻器運(yùn)行的效率為依據(jù)。l 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(hào)，避免吊鉤的下滑。2）運(yùn)行機(jī)構(gòu)l 大車(chē)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

6、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。l 控制方式選用無(wú)PG v/f的變頻控制方式。3.2設(shè)備選擇電機(jī)的選擇：從變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的要求 、電機(jī)冷卻要求 、電機(jī)效率要求、電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)運(yùn)行的功率因數(shù)要求等綜合考量進(jìn)行選擇，此外還要配合變頻器的使用，所以選用的橋式起重機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)參數(shù)如下：變頻器的選擇： 綜合考量電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行型號(hào)、容量選擇本系統(tǒng)選用西門(mén)子變頻器根據(jù)橋式起重機(jī)的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用情況，其各執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器的選用如下表所示:PLC的選擇： 目前PLC使用性能較好的有SIEMENS公司、日本的三菱、歐姆龍、美國(guó)的AB公司。根據(jù)性?xún)r(jià)比的選擇，根據(jù)被控對(duì)象的I/0點(diǎn)數(shù)以

7、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(mén)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(jiǎn)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(shì)，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。常用輔件的選

8、擇： 1、斷路器為避開(kāi)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34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(kāi)主回路的作用，一般不作回路開(kāi)斷器件用，故可按電機(jī)額定電流選用接觸器容量，無(wú)須按開(kāi)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(kāi)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、過(guò)流繼電器過(guò)流繼電器線圈串接在電路中，當(dāng)負(fù)載電流超限

9、（過(guò)電流）時(shí)，即超過(guò)繼電器的整定值時(shí)，繼電器的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)使銜鐵吸合，銜鐵帶動(dòng)觸頭閉合，從而使執(zhí)行元件如斷路器斷路器等的跳閘回路接通，斷路器斷路器跳閘，切除負(fù)載，起過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)作用 3.3變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.313.31系統(tǒng)控制的基本要求：系統(tǒng)控制的基本要求： (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(chē)限位、小車(chē)限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車(chē)電機(jī)的保護(hù)等。 控制系統(tǒng)應(yīng)由PLC、繼電器、操縱臺(tái)各主令控制器、開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈及各部位限位開(kāi)關(guān)等組成。 變頻器參數(shù)的設(shè)定：主鉤各運(yùn)行機(jī)構(gòu)檔位設(shè)置：主鉤：上升一檔至三檔，零位檔

10、，下降一檔至三檔副鉤：上升一檔至三檔，零位檔，下降一檔至三檔大車(chē):可以左行右行自由停止小車(chē)：可以前進(jìn)后退自由停止3.32控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制系統(tǒng)外部接線圖 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(chēng)、代碼及地址編號(hào)如下表所示橋式起重機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.33四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4. .1梯形圖設(shè)計(jì)主鉤部分程序副鉤部分程序大車(chē)程序小車(chē)程序4.2系統(tǒng)抗干擾措施 可編程控制器的主要應(yīng)用場(chǎng)合是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，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。 抗干擾的主要措施有; (1)

11、輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜都要分開(kāi)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，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，在任何情況下，都必須分開(kāi)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(kāi)。盡量縮短模擬量I/0信號(hào)線的長(zhǎng)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(zhuān)門(mén)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。 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、減少機(jī)械磨損、啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。這次練習(xí)主要為橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套由可編程序控制器與變頻器相結(jié)合，取代由原來(lái)的切阻和凸輪控