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1、1 常州机电职业技术学院 毕业设计（论文） 作者：学号： 系部：电气工程系电气工程系 专业：电机与电器 题目：变频器在起重机中的应用 指导者： 评阅者： 2011 年4 月 2 摘 要摘 要 随 着 现 代 控 制 理 论 的 应 用 ，微 处 理 器 和 微 电 子 技 术 的 发 展 ，使 变 频 调 速 控 制 系 统 日 趋 成 熟 。 而 桥 式 起 重 机 作 为 物 料 搬 运 系 统 中 一 种 典 型 设 备 ， 在 企 业 生 产 活 动 中 起 重 要 作 用 。 传 统 的 桥 式 起 重 控 制 系 统 主 要 采 用 继 电 器 接 触 器 进 行 控 制 ， 采
2、用 交 流 绕 线 串 电 阻 的 方 法 进 行 启 动 和 调 速 ， 这 种 控 制 系 统 存 在 可 靠 性 差 ， 故 障 率 高 ， 电 能 浪 费 大 ， 效 率 低 等 缺 点 ， 故 对 于 提 高 其 运 行 效 率 ， 确 保 运 行 安 全 ， 降 低 物 料 搬 运 成 本 是 十 分 严 重 的 。 因 此 根 据 桥 式 起 重 机 的 运 行 特 点 ， 将 可 编 程 序 控 制 器 与 变 频 器 结 合 应 用 于 桥 式 起 重 机 控 制 系 统 ， 通 过 变 频 调 速 大 大 提 高 了 操 作 精 度 和 稳 定 度 ;综 合 保 护 功 能
3、 完 善 ，便 于 及 时 发 现 、 查 找 、 处 理 故 障 ； 并 且 节 约 了 能 源 。 关 键 词 : :可编程序控制器；桥式起重机；变频调速；变频器 3 Title：the application of inverter in crane AbstractAbstract： With the application of modern control theory, microprocessor and microelectronics technology development, make the frequency conversion control system m
4、atures. And bridge crane as material handling system, a kind of typical equipment in enterprise production activity plays an important role. The traditional bridge type lifting control system mainly adopts relays contactor controlling, adopting ac winding resistance method of starting and speed, thi
5、s control system exists poor reliability, high failure rate, the electric power, the low efficiency of the waste shortcomings, so to improve its operation efficiency, ensure safety operation, reduce material handling cost is very serious. So according to bridge cranes, will run characteristics of PL
6、C and inverter application in bridge cranes, throughfrequency conversion control system can greatly improve the accuracy and stability operation; Comprehensive protection function perfect, facilitate the timely discovery, search, troubleshooting; And save the energy. Keywords: programmable controlle
7、r; Bridge cranes; Frequency conversion; inverter 1 目录 摘要2 Abstract3 引言3 1 绪 论4 1.1 桥式起重机简介4 1.2 本课题设计的意义、主要内容及基本参数5 1.3 变频技术的发展趋势、展望6 1.4 起重机运行的特点6 1.5 变频器的特点6 1.5.1 主要功能及特点7 1.5.2 应用范围 8 1.6 再生能量的处 理8 1.7 经济效益和安全可靠性11 1. 8 论文的研究内容11 2矢量控制变频调13 2.1变频调速的基本原理13 2.2变频器的基本结构和功能15 2.2.1变频器的主电路15 2.2.2变频器
8、的控制电路构成16 3 桥式起重机变频控制系统的硬件设计18 3.1 总体设计方法18 3.2 PLC 技术简介19 3.2.1 PLC 概述19 3.2.2 Siemens S7-200 结构及工作原理20 3.3 部件的选择20 3.3.1电机的选用22 3.3.2变频器的选用22 3.3.3 PLC 的选用26 3.3.4常用辅件的选择28 3.4 起重机变频调速系统设计28 3.4.1系统控制的要求28 4 桥式起重机变频调速系统软件设计33 4.1 S7-200PLC 网络的通信协议33 4.1.1 S7-200PLC 网络的通信协议的种类33 2 4.1.2本系统通信协议的选择33
9、 4.2 PLC 程序设计35 4.2.1 PLC 编程软件概述35 4.2.2 程序设计35 4.3 系统抗干扰措施42 5 结束语44 致谢45 参考文献46 3 引言引言 随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高， 常用传统的起重机调速方 法如： 绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等 共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电 环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维 护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能 满足工业生产的特殊要求。 交流变频调速技术在工业界的广泛应用，
10、 为交流异步电动机驱动的起重机大 范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结 构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制 线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系 统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。 4 1 绪论绪论 随着世界经济的不断发展，科学技术不断提高，环保和能源问题日趋成为人 们争论的主题。充分有效地利用能源已成为紧迫的问题，为了寻求高效可用的能 源，各个国家都投入了大量人力财力，进行不懈的努力。就目前而言，电能是全 世界消耗最多的能源之一，同时也是浪费最多的能源之
11、一，为解决能源问题必须 先从电能着手，其中起代表性的就是电机的控制。电机是一种将电能转换成机械 能的设备，它的用途非常广泛，在现代社会生活中随处可见电机的身影，在发达 国家中生产的总电能有一半以上是用于电机的能量转换， 这些电机传动系统当中 90%左右的是交流异步电机。在国内，电机的总装机容量已达 4 亿千瓦，年耗电 量达 6000 亿千瓦时，约占工业耗电量的 80%。并且使用中的电机绝大部分还是 中小型异步电机， 加之设备的陈旧、 管理、 控制技术跟不上， 所浪费的电能甚多。 能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都 起着极为重要的作用。在高速增民的经济环境下，
12、我国能源工业而临着经济增长 与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响入的资， 我国能源利用效率比发达国家低很多。为此，国家十五计划中，在电机系统节能 方而投金高达 500 亿元左右，由此可见，在我国异步电机的变频调速系统将有巨 大的市场潜能。 在电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术迅速发展的今天，电气传动 技术正面临着一场历史性的革命。经过了十多年的发展，近代交流传动逐渐成为 电气传动的主流。在交流电机调速系统中，效率最高、性能最佳的是变频调速系 统，因此，对变频调速的研究是当前电气传动研究中最为活跃、最有实际应用价 值的工作。变频器产业的潜力非常巨大，值得强调的是，
13、这里的“变频器产业” 应该是变频器技术产业，或者是 inverter technology 产业。正如 IT 产业不仅限于 PC 一样，变频器技术产业包括所有与变频器技术相关的产业，如电力电子器件 的生产、驱动保护集成电路的生产、电气传动与系统控制技术、工业应用等。 1.11.1 桥式起重机简介桥式起重机简介 桥式起重机在冶金企业及其它行业有着广泛的应用,其作用主要用来实现物 体的升降和转运,桥式起重机工作环境恶劣,工作任务重。 它能否正常工作直接影 5 响到生产效率提高和工作任务的完成,甚至关系到人身、设备的安全。经过几十 年的发展， 我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、 制造工艺、 设备使用维修、 管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际 使用中，结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动 冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减 少起制动冲击，也是一个很重要的方面。 传统的起重机驱动方案一般采用:(1)直接起动电动机;(2)改变电动机极对 数调速;(3)转子串电阻调速;(4)涡流制动器调速;(5)可控硅串级调速;(6)直流 调速。前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定
