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1、毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 电气工程学院 专 业： 自动化 题 目： 门座式起重机电气控制系统中起升部分的 PLC 设计指导教师： 评阅教师： 毕毕 业业 设设 计计 中中 文文 摘摘 要要门座式起重机是港口码头数量和使用最多的、结构复杂、机构最多的、最典型的电动装卸机械。它具有较好的工作性能和独特的优越结构，通用性好，被广泛的应用于港口杂货码头。要求门座式起重机在不同的场合，用相对应的速度进行工作，它的目的在与是起重机在各种合理的速度下有效的工作，从而提高生产率并且确保安全生产。目前门座式起重机的电气控制由 PLC 和变频器配合来实现。交流变频调速相比其它起重机调速方案有明
2、显的优点。首先，调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好；其次，调速范围较大，精度高；再次，起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。同时交流变频器体积小，便于安装、调试、维修简便，易于实现过程自动化。基于 PLC 的电气控制系统也具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好、安装简单、维修改造方便等优点。本论文以门座式起重机为背景，对门座式起重机起升部分的电气控制系统进行研究。主要内容包括主要供电线路设计，起升部分 PLC 程序的设计以及 PLC 与变频器的现场通讯研究。关键词 门座式起重机 PLC PROFIBUS 变频器毕毕 业业 设设 计计 外外 文文 摘摘 要要Tit
3、le Gantry crane electrical control system design of PLC lifting mechanism AbstractThe portal crane is the number of port terminal and use the most complex structure, organization the most, the most typical electric handling machinery. It has better performance and unique superior structure, common g
4、ood, is widely used in port cargo terminal. The portal crane requirements on different occasions, with the corresponding speed work, its purpose and cranes at various reasonable speed work effectively to improve productivity and ensure safety in production. Currently electric door controlled by PLC
5、and inverter to match the implementation. AC variable speed governor and other crane program, has obvious advantages. First, the governor smoothness, and high efficiency. At low speeds, the characteristics of static clearance rate is higher, the relative stability; Secondly, greater speed range, hig
6、h precision; Again, low starting current, no impact on the system and the power grid, energy-saving effect is obvious. Meanwhile, AC drives small size, easy installation, commissioning, maintenance is simple and easy to implement process automation. PLC- based electrical control system also has high
7、 reliability, strong anti-jamming capability, real-time, simple installation, easy maintenance and reconstruction and so on. In this thesis, portal cranes in the background, door pedestal crane electrical control system up part of the study. The main contents include the main power circuit design, d
8、esign and on-site lifting Communications Research PLC PLC and inverter part of the program. The will be a great help for my future work .Key Words Portal crane PLC PROFIBUS Inverter目目 录录1 绪论 11.1 课题背景 11.2 国内外研究发展概况 31.3 本文的内容与组织结构 42 门座式起重机的基本结构 52.1 门座式起重机的基本结构概述 52.2 门座式起重机起升结构及参数 72.3 门座式起重机其他结构
9、的介绍 102.4 门座式起重机配电系统 113 门座式起重机控制系统的硬件配置 123.1 PLC 的选型 123.2 变频调速系统 144 门座式起重机起升部分控制系统程序设计及分析 244.1 STEP 项目系统组态 244.2 起升机构程序流程图 26结论 28致谢 29参考文献 30附录 A 31本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 38 页1 1 绪论绪论1.11.1 课题背景课题背景随着经济和社会的高速发展，我国的装备制造业整体实力也逐渐的发展和强大。我国近几年来更是发展迅猛，全球主要起重机制造厂商陆续进驻中国市场，世界起重机生产基地迅速向中国聚集。门座式起重机作为
10、码头专用的机械设备进行装卸、搬运和堆码作业，它具有高效的作业能力、低成本建设费用、机动灵活、通用性强等优点1。使其广泛应用于港口船舶、建筑工地、码头矿山、石油化工、水利水电等场合用以装卸货物。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用月历来越广，作用越来越大，对起重机的要求也越来越高，起重机正经历着一场巨大的变革2。门座起重机在现在港口装卸中十分常见，可用来装卸多种货物。并且能够根据重物类别不同而变更使用吊具。恰恰是由于门机通用性比其他起重机要强，在港口机械中的利用率也明显高于其他种类的起重机。要想保障它在日常中运行性能稳定并且大幅提升其正常运行年
11、限，那么整个门座式起重机的电气控制系统的可靠度、控制精度和由于频繁启动给机械系统带来的冲击，也就成为港口门座式起重机最为关键的问题。重型起重机采用 PLC 控制具有很多好处：目前国际驰名品牌能够确保干扰小，PLC可长时间不间断运行。由于 PLC 的实用性，它做到了逻辑控制和顺序控制，极大程度的减少了中继的数量。它具有成本低，故障点相对于其他控制明显减少，对于连续变化的输入输出量，可自由进行模拟量和数字量的转换，通过编程实现控制程序，进一步的精确控制，从而取代了继电器。PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理
12、3。PLC 站点能够互相通信，也能连接其他智能设备，通过连接智能设备可查找故障点。变频调速相对优于其他调速方式，星-三角启动方式降压起动。启动瞬间的电流高大额定电流的 4 到 7 倍。变频器采用软启动方式，使用了变频器电机启动时电流减少到额定电流，减少了电机维修更换；控制方便，提供了多种控制方式，通过操作面板即可实时监控点及多项参数，游客根基实际需要轻松调整给定设置；变频闭环控制，本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 38 页不仅精度高，而且是按需出力节能效果好， “零速制动”控制最大限度降低了由于运动惯性在制动时对设备自身的冲击。利用 PLC 控制与变频调速控制的优势结合：可以
13、大大提高门座式起重机电机控制的可靠性，提高了电机控制精度，缩短操作运行指令响应时间，延长了设备使用寿命，节约电能，符合目前国家提出的“节能减排”这一主题，应大力广泛推广港口设备等诸多领域4。传统门座式起重机主要选用继电器作为主要控制元件，然而又因所需继电器数量较多从而使控制体积相对较大等众多缺点。在频繁工作时硬件损耗大，并且因为出头容易产生电弧导致经常误动作。安装麻烦且变更、修理线路费时费力。到如今 PLC 发展到了拥有各种规模的产品。体积小、重量轻、能耗低可用于各种规模的工业控制环境。如今 PLC 大部分拥有强大的数据运算能力，并且拥有逻辑处理功能，应用于各种数字控制领域5。近年来 PLC
14、的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中，加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成的各种控制系统变得非常容易6。现在国内新建大型港口门座式起重机借鉴国外控制经验，开始引进 PLC 与变频调速相结合控制这一技术，部分旧设备改造也在使用。大型高效起重机已渐渐具有智能控制系统。当今时代，主流技术发展成为驱动装置为智能化控制，并且具有可编程 PLC 逻辑控制器、故障诊断、数据管理系统和变压变频调速等功能。设备的控制精度与稳定性由于电控系统的智能化而取得大幅提升，节约能源，便于维修检查，成为提高整机技术水平和企业生产效率的良好途径。结合以上观点，作为比较普遍选用的对象，本文以其为工程背景，在智能电气控制系统设计方面进行研究工作。1.21
