基于plc控制桥式起重机变频系统的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc控制桥式起重机变频系统的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

流相位的延时会影响系统的实际动态响应。 （ 3）矢量控制 矢量控制通过坐标变换将交流异步电机模型等效为直流电机，实现了电机上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 11 转矩和电机磁通量的解耦，达到对瞬时转矩的控制。 磁场定向控制有两种方法：磁通直接反馈型和磁通前反馈型。 目前，实用中较多采用后者，又称为转差率矢量控制，由于其没有实现直接磁通的闭环控制，无需检测出磁通，因而容易实现。 但是控制器的设计在某种程度上依赖与电机的参数，为了减少控制上对电机 参数的敏感性，已经提出了许多参数识别、参数补偿和参数自适应方案，有些收到了良好的效果。 桥式起重机中应用的变频器的型号见 章节。 凸轮控制器 简介 凸轮控制器的结构 凸轮控制器从外部看，由机械结构、电气结构、防护结构等三部分组成。 其中手柄、转轴、凸轮、杠杆、弹簧、定位棘轮为机械结构。 触头、接线柱和联板等为电气结构。 而上下盖板、外罩及灭弧罩等为防护结构。 图 22为凸轮控制器的结构原理图。 当转轴在手柄扳动下转动时，固定在轴上的凸轮同轴一起转动，当凸轮的凸起部位支住带动动触点杠杆上 的滚子时，便将动触点与静触点分开 ； 当转轴带动凸轮转动到凸轮凹处与滚子相对时，动触点在弹簧作用下，使动 静触点紧密接触，从而实现触点接通或断开的目的。 图 26凸轮控制器的结构原理图 (a)整体结构图 (b)某一层 凸轮 结构图 (c)结构原理图 1静触点 2动触点 3触点弹簧 4复位弹簧 5滚轮 6绝缘方轴 7凸轮 8灭弧及上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 12 灭弧罩 9联板 10手轮 凸轮控制器控制电路 图 23 为 KT1025J/ KT1425J/ KT1060J/ KT1460J/1 型 凸轮控制器 原理图，用来控制起重机 平移机构或提升机构的电动机。 图 27 为 KT 型凸轮控制器原理图 控制电路分析 由图 27可知，凸轮控制器 SA在零位时有 9对常开触点， 3对常闭触点。 其中4对主触点用于电动机正反转控制。 另 5对主触点用于接入与切除电动机转子不对称电阻。 控制器 3对常闭触点用来实现零位保护、并配合两个运动方向的行程开关， SQl.. SQ2来实现限位保护。 控制电路设有过电流继电器 KAIKA3实现电动机过电流保护，紧急事故开关 QS3实现事故保护，操纵室顶端舱口开关 SQ4实现大车顶上无人且舱口关好才可开车的安全保护等。 凸 轮控制器是桥式起重机的主要电气控制设备，电动机的起停、调速、反向上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 13 及正反转的联锁等功能都由凸轮控制器完成。 目前应用较多的是 KT KT12 及KT14 型，额定电流有 25A 和 60A 两种。 一般 20/5 吨桥式起重机所用的凸轮控制器由三台 KT1225J/1 凸轮控制器分别控制大车、小车及吊钩电动机。 凸轮控制器有电动机工作电源供给部分、电阻器切换部分和安全保护部分。 这三部分分别由凸轮控制的 12 对触点进行控制，其中 4对为电源控制用， 5 对为电阻切换用， 2 对起限位作用，还有 1 对为零位控制安全保护作用。 轮控制器按重复短时工 作制设计，其通电持续率为 25%。 如用于间断长期工作制时，其发热电流不应大于额定电流。 凸轮控制器技术数据见表 1。 表 1 KT14 系列凸轮控制器主要技术数据 型 号 额定电压/V 额定电流/A 位置数 最大功率/KW 额定操作 频率 /次 /h 最大工作周期 /min 左 右 KT1425J/1 380 25 5 5 11 600 10 KT1425J/2 5 5 2* KT1425J/3 1 1 KT1460J/1 60 5 5 30 600 10 KT1460J/2 5 5 2*11 KT1460J/3 5 5 2*11 凸轮控制器的功能：  控制电动机的启动与停止。  改变电动机的运动方向。  控制电阻器来限制电动机的启动电流并获得较大的启动转矩。  切换电阻器的电阻值调节电动机的转速。  可以适应起重机所要求的频繁启动与变速要求  可以防止起重机运动机构超过极限位置  保证在零位启动 根据 20/5T 桥式起重机特点及电动机的因数，故选用型号为 KT1425J/1 的凸轮控制器。 上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 14 主令控制器 简介 主令控制器是 按照预 定程序 用以频繁切换复杂的多回路控制电路的主令电器。 主要用作起重机、轧钢机及其它生产机械磁力控制盘的主令控制。 主令控制器的结构与工作原理基本上与凸轮控制器相同，也是利用凸轮来控制触点的断合。 主令控制器 由触点、 凸 轮、定位机构、转轴、面板及支承件等部分组成。 桥式起重机中常用的主令控制器有 LK1 LK18 系列。 其技术数据为：交流50HZ，额定工作电压 380V 及直流 220V 一下；额定发热电流 10A；额定操作频率1200次 /h； LK18在 380V电压，接通电流 26A， cos =,分断电流 ， cos =时，电寿命为 100 万次。 图 24 所示为 LK18 系列 主令控制器的 外形图。 图 24 主令 控制器 示意图 根据 20/5T 桥式起重机特点及电动机的因数，故选用型号为 LK1810/1102的主令控制器。 上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 15 3 桥式起重机系统总体方案设计和部件选用 系统总体方案设计 控制系统由继电器控制改为 PLC 控制，各机构调速均采用变频调速。 由于各机构的特点不同，对调速要求也不相同。 系统结构图如图 所示。 大车小车副钩主钩变频器变频器变频器3 ~ M3 ~3 ~ M M3 ~3 ~ M变频器PLCPLCPLCPLC主令控制器主令控制器变频器 M变频器变频器变频器 图 31 系统结构图 下面分别对各机构调速控制进行说明。 起升机构 起升机构属位能负载机构。 不但要求高的转速及起制动的控制精度。 而且对转矩控制要求严格。 主起升和副起升两台电动机各自使用一个变频器。 变频器的选择，应以选 择变频器的额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率。 变频器运行的效率为依据。 通过计算，变频器的额定电流为电动机额定电流的 倍以上。 运行机构 大车运行机构二台电动机用一个变频器；考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。 变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。 通常选额定功率大一级的变频器。 运行机构的起动时间应尽量符合实际需要，起动迅速而平稳。 机构的电气制动方式必须着重考虑。 对不同的工况，可选择自由制动方式与强制制动方式。 在上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 16 运行机构正常停止时， 可选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满足司机操作桥式起重机的需要为主。 为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，可以通过设定机械制动器的打开时间、变频器的最低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求。 电动机的选用 变频调速对电动机的要求 采用变频调速时，由于变频器输出波形中高次谐波的影响以及电动机转速范围的扩大产生了一些与在工频电源下传动时不同的特征。 主要反映在功率因数、效率、输出力矩、电机温升、噪音及振动等方面。 随着高开关频率的工 GBT 等电力电子器件的使用、 PWM 调制、矢量控制、增强型 V/f 控制方法的应用、使变频器输出波形、谐波成份、功率因数及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了变频控制电机的低速区转矩。 同时由于变频控制软件的优化使用，使电动机可以避开共振点，解决了系统在大调速区间内可能发生的共振问题。 目前，变频器己经发展到除非有超同步调速的要求或呈 1:20 以上的大速比，一般无须选用变频专用电机作变频系统的电动机。 现在国内推出的变频专用电动机由普通电机加独立风扇组成，以解决电动机在低速运转过程中自冷风扇风量不足而引起的电动机过热问题。 变频起重机系统中电动机的选型 起重机起升和运行机构的调速比一般不大于 1:20，且为断续工作制，通常接电持续率在 60%以下，负载多为大惯量系统。 严格意义上的变频电机转动惯量较小，响应较快，可工作在比额定转速高出很多的工况条件下，这些特性均非起重机的特定要求。 普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致。 在连续工作时考虑到冷却效果限制了普通电机转矩应用值，普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。 电动机的冷却 一般变频器在调速比为 1:20 的范围内能确保起重机上普通电机有 150%的过载力矩值。 此外，起重机电机多用于大惯量短时工作制，通常不工作时间大于或略小于工作时间。 电机在起动过程中可承受 倍额定电流值，远大于变频起动上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 17 要求的 倍值，运行机构的电机在以额定速度运行时电机通常工作在额定功率以下，因此高频引起的 倍电流值可不予考虑。 但若电机要求在整个工作周期内在大于 1:4 的速比下持续运行则必须采用他冷式电机。 计算及电机的选取 根据书上及网上所查得的有关本课题所需数据如下： 小车车轮直径：Φ 315mm 大车车轮直径：Φ 630mm 起重机总 重： 小车自重： 吊钩自重： 500kg 小车运行摩擦阻力系数  = 大车运行摩擦阻力系数  = 计算如下： 主起升机构： （ 1）初选电动机     NNgGQG Q 2 2 0 1 1 0 0 0 0 0 00  smmv q / in/  KWKWvGP qQj   根据电动机样本，选用 YZR225M8 电动机，当 S3， %25JC 时，电动机允许功率为 26KW。 （ 2） 电动机的过载校验 按电动机转矩允许的过载系数 M ，对绕线式转子电动机， H= 所以， KWKWvGm HP qQMN   根据规定 , %25JC ， CZ=150,此时 NP ，即 所以电动机校验通过。 副起升机构： （ 1）初选电动机     NNgGQG Q 1 5 0 0 0 00  上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 18 smmv q / in/15   KWKWvGP qQj 00 50 210 00    根据电动机样本，选用 YZR180L8 电机，当 S3， %25JC 时，电动机允许功率为 13KW。 （ 2） 电动机的过载校验 KWKWvGm HP qQMN    根据规定 , %25JC ， CZ=150,此时 NP ，即 所以电动机校验通过。 大车运行机构： （ 1）运行静阻力，大车运行部分总质量：     NNgGQG G 5 2 5 8 1 8 6 0 02 5 0 0 0 0  因为室内运行，风阻力 01G ，坡度阻力 0G ，运行摩擦阻力系数  = 则 NNGGG GZ 6 8 2 5 8 1 81    (2)运行静功率： yv 75m/min=大车运行机构总效率  KWKWvGP yz 0 0 0 6 8 01 0 0 01   (3)运行加速功率 取 stsm s ,/ 2  KWKWgt vGPsyG 0 0 0 2 5 8 1 0 0 22    （ 4）初选电动机     KWPPmP MN 11 1   上海第二工业大学本科毕业设计（论文） 19 根据电动机样本，选用两台 YZR160M16电动机，当 %25JC ， NP (5)电动机发热校验 根据《起重机设计规范》，该大车运行机构的接电持续率 %25JC ， CZ=600，稳态负载平均系数 G=，所以， KWKWvGGP yz 0 0 0 6 8 0 0 02    根据《桥式起重机设计手册》知，当 %25JC ， CZ=600 时， NP ， 即 ,所以电动机发热校验通过。 小车运行机构： （ 1） 运行静阻力，小车运行部分总质量：     NNgGQG G 3 1 9 8 0 6 0 02 5 0 0 0  因为室内运行，风阻力 01。