基于PLC的大型起重机控制系统的设计 电气工程专业.docx

基于PLC的大型起重机控制系统的设计 1 .绪论 1.1 港口起重机的简介 港口起重机大量使用在港口产品的装卸，实地生产，港口规模庞大的造船厂船舶的生产、维护等部分，主要是为进一步提升工作效率、改变环境，其具备明显的现实作用。由于其具备传动稳定，运作效率高，执行便利，问题出现的可能性不高等优势，开始被全面使用在港口工作中，转变成评估港口领先水平的关键要素。港口起重机可以划分成桥式类、臂架类和小型起重设施类。一般的港口起重机包含门式、梁式、门座式等起重机。 1.2 港口起重机电气系统的现状 现在，国内依旧有很多港口起重机的变幅控制体系使用“继电器+转子串电阻”的模式。在这种控制的方式下，电机在低转速时稳定性很差，而且输出力也不足。在重载下高速降低时需要让第三方制动才可以确保不溜钩，在多次使用的时候会由于电机温度高而展现绝缘下降的状况，如此会促进设施老化，此外损耗一定的能源，不利于设备稳定运作以及促进设备疲劳等。 但是由可编程逻辑控制器（PLC）管控的港口起重机和之前的相比具备起制动稳定，运作稳定，工作效率高，维修成本不高，定位准确，使用时间长，安全性高等优势。PLC控制科技具备使用便利，稳定性高，抗干扰水平高，编程简单，变化显著，适应广泛等特征。在现代的控制理论以及电力电子等现代研究的科学技术方面和在生产领域都有很大的发展。 1.3 本文的选题及主要研究内容 本次设重点分析设计港口起重机中门座式起重机PLC控制科技和变频科技在设备中的使用，分析了港口起重机的电气情况和设计的现实作用。旧的起重机存在问题多，容易发生故障，生产的效率也很低等缺点。PLC控制技术可靠性更高，稳定性更好，设计的也更合理。介绍了PLC各模块的选型以及变频调速系统的设计。本次通过对PLC控制技术和变频技术的应用设计来减少这些旧起重机存在的缺点。为港口生产中门座式起重机的研究与设计提供参考方案。 2．门座式起重控制系统总体设计 2.1门座式起重机控制系统控制要素 2.1.1 升降部分可以用两套1.5KW电机，电源电压 380V，电机带动风机，调速开关和脉冲编码器。该设备也分配了凸轮开关以及负载传感器，来保证该设备的安全以及顺利工作。利用PG矢量逆变控制方法。在抓取条件下。在 50Hz，变频器运行；在钩条件，根据重负载，逆变器工作在50Hz或 100hz.plc读取变频器的实时参数，且具备PLC的重点输入齿轮信号，控制变频器的频率，然后完成电机全面管控。 升降机构可连接于开关上的升降台，启闭、钩、自动抓取、手动抓取五种操作方式。制动器升降部分一般使用鼓式或盘式制动器的方式开展电子管控以及转矩管控，使用零速制动，降低制动时期的振动以及损害，让停车更为稳定。 电气维护升降部分具备短路以及过流维护、过载维护、零保护、相位失压、防风、超速以及过载维护。多种变频器假如发生问题，就需要利用故障复位按钮来处理。 过载限制器设置在90% 额定负载报警时会切断电路自动升高110%额定负载，该机构只能减轻负载限制器屏幕的重量，安装在驾驶员控制台前面，振幅显示。起升部分会设置三级限位保护开关，在触发第一级限位开关之后，其会自主步入减速；触发第二级限位开关之后，设备会暂停工作；在第二集保护开关失灵之后，设备运作触发到第三极起升极限限位开关，设备会暂停工作。第三极限位保护动作程序作为故障自锁，起升的正反向操作会被禁止，若操作此机构，必须按下极限保护退出按钮并且同时操作主令手柄方可运行。 操作手柄从零位推到需要的部分，或推到其他的方向，PLC会管控变频器，通过设置的加、减时间稳定变化到需要的速度。 起重机起升部分电机设定：其由1台电机来驱动，出现的反馈信息需要变频器来接收，在起升部分的高速以及低速轴上装置制动器，制动器用的是常闭式的，断开电源的时候抱紧，通上电的时候打开。在起升电机上应安装风机，用于起升电机的散热。 大型起重机调速系统主要性能指标： 调速区间： （1） 相对稳定性： （2） 平滑性系数： （3） 动态降落： （4） 超调量： （5） 以下为起重机起升结构计算： 电机功率计算 ： 静功率： 功率 （6） 扭矩 （7） 转动惯量加速功率： （8） 扭矩 （9） 功率 （10） 加速功率： 力 （11） 功率 （12） 扭矩 （13） 总扭矩 （14） 总功率 （15） 电机选型： 对抓斗电机功率必须大于 选电机：型号YZP356N1-9 标称功率160(k W) 使用功率 136(k W) 2.1.2 起重机变幅部分使用变频电机，功率1.5KW，电压是380V。相同电机驱动风机，超速开关以及脉冲编码器，此外包含凸轮限位开关、对变幅部分开展多重维护。 机构使用带PG矢量的管控方式，PLC可按时得到具体的参数，且利用指令给定输入给PLC档位信号，PLC输出信号管控变频器的频次，然后管控电动机工作情况。 以下均同理起升机构的流程。 起重机变幅部分的电机设定：装置增量型旋转编码器，和变频器相互配合来全面完成对此部分的闭环管控。 以下为变幅机构计算： 电机计算： 变幅时间： （16） 变幅齿条平均速度： （17） 均方根功率： （18） 电机选择： 选电机：型号YZP281S-7 标称功率 45k W 使用功率 40k W 过载系数 200% 电机最大扭矩 890 N-m 起重机旋转机构电机设计保证制动平稳、准确停车，旋转机构的制动需要由司机控制。 2.1.3 旋转机构采用双电机功率1.5KW，电压 380V，电机带动风机、制动鼓或制动盘仍在使用的制动力矩的形式来克服旋转扭矩，旋转机构可以顺利停止。 两台电机由同一变频器控制，控制方式采用 V / F控制方式，保证两台电机的协调。 旋转制动采用踏板制动和自动制动有两种方式，手柄转动为零，逆变器会自动制动减速，制动时间为 6秒。通过手动控制制动踏板，以防止驾驶员在操作中误踩踏板装置或因变频器过流引起的紧急制动，在踏板上有电气联锁限制。当踏板制动踏板时，互锁限制将立即动作，程序将迅速切断驱动电路，自动旋转调整制动时间为 3.5秒，机构迅速安全停止。 电气保护机构有过载保护、缺相保护、电压保护、短路保护、过流保护、零保护。当发生逆变器故障时，必须由控制台上的故障复位按钮重置。 除了旋转机构安装在踏板联锁限位保护与联锁限位和手刹制动、限位保护旋转锚。在联动表中有一个明确的信号，以指示旋转锚开关打开时，锚固销插入锚孔，该程序将切断旋转机构的控制，禁止旋转操作。 操作手柄的操作方法同理。 2.1.4 行走机构可采用两台变频电机，功率1.5KW，电压是380V。该机构还包括一台电缆卷筒，锚定限位，防撞限位，声光报警器和辅助制动器等。行走机构在门腿上设置了门腿操作箱，这个只用于行走机构的操作，右行左行按钮是用来执行行动方向的，行走速度设定为全速的20%，通过工况选择开关按钮的“地面行走”档位进行地面与驾驶室的行走切换。在门腿操作箱上的按钮一旦按下，将导致整个机器的电源切断，因为它是整机的急停按钮，所以此按钮仅使用在特殊情况，不得作为开关门机的方式、机械自锁式旋钮按下后需顺时针转动，复位。 为预防大车行走的时候断开电缆，电缆在驱动环节设定电缆终点限位，在此开关关闭，自主切断电源运作部分，让大车暂停工作。如果需要往相反的方向移动，必须按着“限位旁路”按钮，而且操作手柄还可以控制行走。在门腿依照轨道方向两边有车的碰撞以及减速限位，可使用机器安全距离检验门机，减速限位工作的时候，限速行走机构，在碰撞限位工作的时候，系统会自主切断供电机，让其暂停工作。此外，挂靠的锚定器和防爬器操作机构添加动作反馈限制和大车行走进行联锁，锚定、防爬器机制是不能动作的。两台行走电机制动器都设置联锁限位，在制动器出现问题的时候，机构会立即断掉电源，让其大车暂停运作。此外，行走机构也装置了短路维护、失压维护、过电流维护等众多稳定的电气维护。 2.2 门座式起重机电气系统的设计 门座式起重机的供电部分电源设定成三相四线制，在设备通电之后，在供电回路中，为了对系统丧失电压开展全面维护，设定了主电路电源接触器。 起重机PLC控制系统设计选择欧姆龙系列PLC，根据门座式起重机各机构的具体控制要求对欧姆龙系列PLC 进行配置。 直流电机转速公式： （19） 起重机变频器容量计算有以下三种： 连续运转时变频器容量的计算 （20） （21） （22） 式中──变频器的额定容量（k VA）； k──电流波形的修正系数（PWM方式取 1.04~1.0）； ──负载所要求的电动机的轴输出功率； η──电动机的效率（通常约 0.85）； cosj──电动机的功率因素（通常约 0.75）； UM──电动机电压（V）； IM──电动机电流（A），工频电源时的电流； ICN──变频器的额定电流（A）； 单台变频器驱动多台电动机运行容量计算 变频器计算如下： （23） （24） 即 （25） （26） 当负载电机加速时间超过1min时，有：