基于plc控制的变频调速在桥式起重机中的应用_毕业论文(编辑修改稿)

基于plc控制的变频调速在桥式起重机中的应用_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

89 年成功研制了一台分别驱动的 桥式起重机，俄国的普地洛夫斯基工厂 1890 年成功制造一台集中驱动的电动桥式起重机。 3 十八世纪中叶，老牌资本主义国家英国在经过工业革命后，桥式起重机便被广泛地应用到工厂的生产活动中。 1948 年至 1962 年的20 年间，起重机运输机械总产值增长 ，年增长率约 6%。 英国由于经济危机，工业生产停滞不前，桥式起重机的生产今年来已无大发展。 美国是世界上设计制造桥式起重机较早的国家之一，技术水平与生产工艺较高，美国于 1959 年设计了第一台 300 吨的全液压桥式起重机，堪称桥式起重机发展史上的一座丰碑。 二战后日本的 工业水平得到了前所未有的发展，以良好的高新技术基础日本在起重机行业也取得了巨大的成功，在各个行业得到了广泛地推广，桥式起重机占整个起重机械产量的 %[2 ]。 解放前我国的桥式起重机的设计生产都处于空白状态，解放后由于国家对该行业的重视，才有了高速的发展。 1949 年 10 月，由大连重机器厂生产了我国第一台起重量为 5 吨跨度为 米的桥式起重机。 改革开放后，中国的桥式起重机行业才有机会和国外（特别是西方）国家接触，学习了很多先进的设计生产工艺，逐渐减少了与西方的差距。 钢产量是衡量一个国家经济发展的重 要指标，而起重机运输机械在国民经济中占有极其重要的地位。 日本每年物料搬运费用是国民生产总值的 10%左右，美国工业产品总成本的 20%～ 25%为搬运费用，而我国炼钢工业中物料搬运费用占生产总成本的 40%左右。 桥式起重机在其他行业中也被广泛地应用如今在生产车间、货运码头、仓库等场所都有它的身影，可以说桥式起重机是现代工业生产必不可少的重型运输机械。 经过几十年的发展，我国在桥式起重机设计、设备维护与修理都积累了相当的经验。 但是在实际使用中还是会有事故时有发生。 究其原因还是桥式起重机长时间的超负荷运行与过大的机械 振动造成共振发生的。 因此除了在机械结构的改造外，对桥式起重机的电 4 气设备传动系统的改造以减小制动冲击、降低共振也是可行的方案。 相对于发达国家，我国相关的技术还相对落后。 由于起重机对控制系统方面要求越来越高，起重机的起重量和运行速度等技术的参数越来越大，起重机的自动化程度愈来愈高，起重机对通讯的性能要求也越来越苛刻。 而这些很多都成为我国起重机行业的短板。 这些因素往往都影响了我国起重机行业在国内乃至国际的竞争中败下阵来。 因此对桥式起重机的电控系统的研究很有必要 [3 ]。 当前国外桥式起重机的发展有如下特征： ，减轻自重，降低生产成本 法国公司采用一种以板材为基本构件的小车架结构，使得桥式起重机重量小，加工简单，这项技术适应于中、小吨位的起重机。 起重机的大车小车运行机构采用三合一的驱动装置，这样结构比较紧凑，自重较轻，简化了总体布置。 此外，由于运行机构与起重机走台没有联系，走台的振动也不会影响传动机构。 ，提高整机性能 法国 Patain 公司采用窄偏轨箱形梁作为主梁，其高、宽比外 4～ 左右，大筋板间距为梁高的 2 倍，不用小筋板，主梁与端梁的连接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁 的上盖板，有此刻降低端梁的高度，便于运输。 变频调速在国外起重机上已经应用很久了，日本富士、奥地利伊林公司、 ABB 公司已经广泛地使用。 这样的方案具有高调速比，甚至可以达到无极调速，并且有节能的特点。 此外遥控装置用于起重机在国外也使用的很广泛，特别是大型的冶金厂已经成功的应用。 随着世界经济的发展，起重设备的体积和重量也越来越大型化，起重量和吊运幅度也有所增大，为了节省生产和使用成本，起重机工作的场地和使用范围也随之增大。 5 为了提高生产率、降低生产成本，国 外的一些大厂把起重运输机械巧妙的结合在一起，构成先进的机械化运输系统 [4 ]。 目前国内桥式起重机的发展的特征如下： ，减轻自重 采用计算机优化设计是目前国内生产厂家主要的设计方案，以提高整机的技术性能和减轻自重，并且在此前提下尽量采用行结构。 桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构，与正轨箱形相比，可以减少或取消短加筋板，减少结构重量，节省加工时间。 起重机采用 “三合一 ”驱动装置，吊挂于端梁内侧，让其不受主梁振的影响，有效的提高了运行机构的性能和寿命，并且使得结构紧凑，安装方便，外形美观等特点。 现在国家队能源工业、冶金工业的重视和扶持，建造了许多大型的电厂和冶金工厂等，这些企业的生产规模也越发的扩大，而那些需要使用起重机的场所对其的要求也越大，例如三峡水电站采用1200t 的桥式起重机来控制闸门的提降。 我国正以前所未有的速度进入国际竞争市场。 当前国内的桥式起重机制造产业正面临着挑战与机遇并存的新形势。 因此 中国起重机要不断发展和创新，现根据国内外起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，探寻出中国未来桥式起重机行业的发展方向。 桥 式起重机的技术革新除了在机体结构的更新外，电控系统的改革也为桥式起重机的快速发展起到了重要的作用。 改变桥式起重机的调速系统可以有效的减少开启、制动对其的冲击，所以采用何种调速方式也决定了桥式起重机的性能好坏。 电动机的调速经过了很长时间的演变过程 ,一直以来人们在电动机的调速和转矩控制上做 6 过了大量的研究 ,尝试过使用各种不同形式的调速方法 ,随着大功 率和高开关频率的半导体器件的开发研制成功 ,以及计算机技术的普及应用 ,交流电动机的调速方式在近 20 年内取得了飞速发展 ,调速技术已经日趋成熟 [5 ]。 随着计算机特别 是大规模集成电路制造技术的不多发展，才促使变频器构成的交流调速系统取代直流调速系统，这是现代科技发展的必然趋势，这些技术都适合发展大起重重量的起重机；提高机器运行的速度，扩大调速的范围，提高了起重机的精确度，增强了起重机机体和电气设备的可靠性和使用寿命，改善了操作工人的操作环境；保证操作员和地面人员的人身安全，提高自动化控制程度和扩大远程距控制的范围，满足了频繁使用桥式起重机的仓库、环境恶劣的矿物冶炼的车间等场所。 符合起重机向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展，向自动化、智能化、集成化和信息化发展的方向。 本文设计的主要内容 针对大车间中起重机的控制要求和特点，本文以桥式起重机为背景对车间起重机变频调速系统设计及一些特殊功能的实现进行研究，研究的主要工作有： 现有的车间桥式起重机的特点，对现有技术方案分析比较，确定合适的起重机变频调速总体结构和控制方式。 PLC 配置方式和数目，设计调速系统硬件部分。 、绘制控制流程图、编辑相关程序。 P LC 网络结构以及连接方式、人机界面硬件选择和程序设计。 ，提出控制思路，软硬件设计。 7 第 2 章 变频调速控制原理 异步电动机调速有许多方法，如变级调速、变转差率调速和变频调速等。 本文采用变频调速经行对电机的调速。 变频调速的基本原理 根据异步电机的知识 ,异步电机的转速公式为 : )1(60 spfn  （ 21） 其中： n 异步电动机的转速 ,单位为 r/min； f 定子的电源频率 ,单位为 Hz； s电机的转速 转 差率； p 电机的极对数。 从式（ 21）可知，改变电动机的转差率 s 、改变电动机的磁极对数 p 及改变电动机的电源频率 f 可实现调速。 在电动机调速时，若磁通量太弱，没有充分的利用电动机的磁芯；若磁通量增大又称出现磁通饱和的现象，从而导致过大的磁 通电流，引发绕组过热而损坏电机，因此要尽量保持每级磁通量 m 为额定值不变。 在交流异步电动机中，磁通是定子和转子合成产生的，而对于直流电机来说励磁是独立的。 三相异步电动机每相电动势有效值为： mfNE 11  （ 22） 其中： f 电源频率， Hz； 1N 定子绕组有效匝数； m 每级磁通量， Wb。 8 从式（ 22）可知， m 的值由 1E 和 f 共同决定，对 1E 和 f 进行适当控制，就可以使磁通 m 保持额定值不变。 采用变频对异步电动机进行调速，具有调速范围广、静态稳定性好、运行效率高、使用方便、可靠性高、节能效果 明显的等优点。 公式（ 22）需要考虑基频（额定功率）以下和基频以上两种情况。 基频以下调速 要使得 m 保持不变，频率 f 从额定 nf 向下调节的时候，必须降低电动势 1E。 但是绕组中存在电感电动势难以调控的问题，电动势较高时 ，可 以忽 略定 子绕 组的 漏磁 阻抗 压将 ，而 认为 定子 相电 压11 EU ，可以推导出 常数fE /1。 低频时， 1E 和 1U 数值较小，定子阻抗压降所占的比重显著，不能忽略，可以把电压 U 提高一些，便于近似的不补偿定子压降。 基频以上调速 基频以上调速时，频率 f 增高，但是电压磁通与频率成反比的降低，可看作直流电机弱磁升速的情况。