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1、08届 分类号TM0 单位代码：10452 毕业论文（设计）基于PLC控制的变频调速在门式起重机中的设计姓 名 徐崇斌 学 号 200407340166 年 级 2004 专 业 电气工程及其自动化 系（院） 物理系 指导教师 李玉廷 2008年3月8日4摘 要 主要设计了矢量变频器在门式起重机中的具体应用方式，以及触摸屏在变频调速中的灵活运用。首先讨论了门式起重机的负荷特点、调速方法、变频调速系统要点;然后，概括分析和总结了目前应用于起重机的主要调速方法的特点和存在的问题，并与变频调速进行了分析和比较，得出了利用变频调速的优点，进而对各种控制参数的设计进行了分析与研究，设计出具体的电气线路图
2、以及实物接线图，最后做出效果分析。关键词： 可编程控制器；变频器；门式起重机ABSTRACTIn this paper the Inovance inverter of applied to gantry crane and the flexibile uses of PLC and Human-machan interface to very-frequence very-speed are described. Paper firstly discusses the gantry crane characteristics of the load, speed, points of the
3、 Frequency Control System, then generally analysis and summaries the current governors main method that crane used, and problems in, and analysis and compares the current method with VVVF to take the advantages of the use of VVVF, then, the design of the various control parameters is researched and
4、specific physical and electrical wiring diagram is designed, finally, the effect analysis is made.Key words: Programmable Logic Controller (PLC) ；Inverter ；Gantry crane目 录1 绪 论11.1门式起重机的负载特点11.1.1门式起重机的机构类别11.1.2门式起重机的负载特点11.2门式起重机的调速方法和节能比较11.2.1拖动系统的传统调速方法11.2.2绕线转子异步电动机调速时的功率损耗21.2.3变频调速时的功率损耗31.
5、3门式起重机变频调速系统要点41.3.1必须注意的问题41.3.2变频器容量的选择42 门式起重机变频调速控制系统设计52.1起重机变频调速控制系统的组成及特点52.1.1起升变频调速控制系统52.1.2大车走行变频调速控制系统62.1.3小车走行变频调速控制系统62.1.4触摸屏(CRT)控制系统62.2起升装置、大车、小车走行机构电气传动系统设计72.2.1技术指标72.2.2小车走行电气系统82.2.3大车走行电气系统82.2.4起升机构电气系统92.2.5操作及控制电气系统102.3 40吨门式起重机电气线路图102.4效果分析14结 论15参 考 文 献16谢 辞171 绪 论门式起
6、重机是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要的应用。传统的门式起重机调速方法如：转子串电阻调速，定子调压调速和串级调速，它们都有各自的缺点，已不能满足工业生产的要求。由于交流变频调速传动技术具有巨大的优势，因此，将变频调速应用到门式起重机的控制系统中。同时，加上了PLC和触摸屏的配合运用，使得本设计有着巨大的使用价值。1.1门式起重机的负载特点11.1.1门式起重机的机构类别门式起重机的基本机构类别有以下两种：（1）起升机构即重物上升或下降的机构，这是门式起重机的基本功能。（2）运行机构即门式起重机平行移动的机构，它分为大车走行机构和小
7、车走行机构。1.1.2门式起重机的负载特点门式起重机的各类机构都属于恒转矩负载。此外，不同的机构还具有各自的特点:（l）起升机构由于重物在空间具有位能，因此，是位能性负载。其特点是：重物上升时，电动机克服各种阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而做功，属于阻力负载；重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力（位能）是下降的动力，电动机成为了能量的接受者，故属于动力负载。但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍须由电动机拖动下降，仍属于阻力负载。（2）室内起重机的运行机构都是阻力负载，室外起重机有时在较大的风力作用下
8、成为动力负载。1.2门式起重机的调速方法和节能比较1.2.1拖动系统的传统调速方法2门式起重机各部分的拖动系统，一般都需要调速，由于异步电动机与其他电动机相比，有着无可匹敌的优点:结构简单坚固，易于维护。因此，在变频调速问世之前，已经发明了多种调速方法，获得了广泛的应用。例如：增大或改变转子回路内电阻的调速、电磁调速电动机等。比较常见的是采用绕线转子异步电动机，其主电路如图1所示。调速方法是通过集电环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制转速。图1 绕线转子异步电动机的主电路1.2.2绕线转子异步电动机调速时的功率损耗如图3所示，异步电动机的自然特性为曲线（1
9、），当负载转矩为时，工作点为A图2 机械特性及转子能量图的关系点。转子侧的能量分配如图2（b）所示，转子回路中的能量损耗是很小的。图3 转子功率分配的比较（a）转子串入电阻 （b）变频凋速时当异步电动机的转子回路中串入电阻后，机械特性如图3（a）中的曲线（2）所示。这时，机械特性变软，在转矩不变(仍为)的情况下，拖动系统的工作点由A点移至B点，如图3（a）所示，转速由下降为。功率分配情况的变化如下: （1-1）（1）同步转速未变，故电磁功率，与未调速前相同。（2）电动机轴上的转速为，输出功率。将随之下降。（3）电动机的功率损耗为 （1-2）功率分配如图3（a）右侧所示。可见，功率损耗在电磁功率
10、中所占的比例是相当大的。事实上，转速的下降(或者说，机械功率的减少)是通过在转子的外接电阻中消耗能量来实现的。并且，转速越低，机械特性越软，功率损耗在电磁功率中所占的比例也越大，是很不经济的3。1.2.3变频调速时的功率损耗异步电动机在改变频率后，其机械特性基本上与自然机械特性平行。所以，在不同转速下的转差大致相等，如图3b中的曲线（3）所示，当负载转矩为时，拖动系统的工作点为C点。这时（l）同步转速下降为，故电磁功率也随之下降。 （1-3）（2）电动机轴上的转速也是，故输出功率与上面相同。 （1-4）（3）电动机的功率损失为 （1-5）可见，功率损耗与额定转速时基本相等，如图3（b）右侧所示
11、。所以，两种调速方法相比，变频调速的功率损耗要小得多，节能效果是十分显著的。此外，如果变频调速系统再配上电源反馈选件，则在吊钩下放重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源，进一步节电4。1.3门式起重机变频调速系统要点1.3.1必须注意的问题（1）重物上升时起动转矩较大，通常在额定转矩的150%以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，起动转矩应按照额定转矩的150%180%来进行选择，即 （1-6）（2）因为各部分的拖动系统都有机械式制动器，所以，必须充分考虑电动机在起动与制动时与机械式制动器动作之间的配合。这一点，在起升机构中尤其重要。（3）起升机构中，上
12、升时在重物刚离开地面的瞬间，以及下降时在重物刚到达地面的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。（4）起升装置在调整缆绳松弛度时，以及移动装置在进行定位控制时，都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。1.3.2变频器容量的选择在门式起重机中，因为升、降速时的电流较大，应求出对应于最大起动转矩和升降速转矩的电动机电流5。通常，门式起重机用变频器容量按以下步骤求出：（1）恒定负载上升时的电动机容量（kW） （1-7）式中-额定重量（kg），具体计算时，应考虑须有125%的过载能力； -额定线速度（m/min）； -机械效率。（2）变频器容量变频器的额定电流可由下式求出6： （1-8）式中
13、是，-所需最大转矩/电动机额定转矩； - 1.5(变频器的过载能力)； -1.1(余量)。2 门式起重机变频调速控制系统设计起重机变频调速控制系统采用变频技术、可编程控制器（PLC）技术和触摸屏控制技术，通过软硬件开发以及各种控制参数的设计，根据起升重量的变化自动切换起升工作速度和大、小车走行速度，实现平滑的速度调节。适用于装卸机械的升降、走行系统控制，适应了铁路、港口等行业向集装化运输发展的需要。该设计具有以下特点:（l）全中文信息显示；（2）明显改善钢结构性能；（3）调速范围宽、性能好；（4）结构简单、可靠性高、易维护；（5）提高工作效率和起重能力；（6）节能效果显著。2.1起重机变频调速控制系统的组成及特点起重机变频调速控制系统主要由起升变频调速控制系统、大车走行变频调速控制系统、小车走行变频调速控制系统、触摸屏（CRT）控制系统四部分组成7。2.1.1起升变频调速控制系统主要由起升专用变频器、可编程控制器、负荷重量测控仪、变频电机及保护电路等组成。主要有以下特点:（l）采用变频调速和可编程控制技术，具有技术先进、安全可靠等特点。（2）起升系统采用一套卷扬系统，代替原先两套主、副卷扬系统，减轻小车自重。（3）重量信号由OCXB重量测控仪将重量值传输给控制系统，实现升降速度的自动切换，根据
