桥式起重机控制系统毕业论文.doc
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1、 摘要 桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备,在企业生产活动中应用广泛作用显著,因此对于提高桥式起重机的运行效率,确保运行的安全可靠性,降低物料搬运成本是十分重要。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,操作复杂,故障率高。电能浪费大,效率低等缺点。因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义,也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 本文针对桥式起重机控制系统中存在的上述问题,把可编程序控制器和变频器应用于桥式起重机控制系统上,并进行了较深入的研究。 PLC系统采用SEIMENS公司产品,能控制起重机大车、小
2、车的运行方向和速度换档;吊钩的升、降方向及速度换档,同时能检测各个电机故障现象并送往工业触摸屏进行显示,减小了传统继电一接触式控制系统的中间环节,减少了硬件和控制线,极大提高了系统的稳定性,可靠性;为了更加有效的防止重物下滑,在桥式起重机起升机构各加上一套由旋转编码器、PG数模转换和PLC相结合的闭环系统,使主副吊钩拖动更加稳定、可靠。 关键词:可编程序控制器; 桥式起重机; 变频调速 ABSTRACT The bridge crane carries a kind of typical equipment in the supplies system ,so it have extensiv
3、e function in the activity of producing enterprise ,so it is important to improve the bridge crane operational efficiency,guaranteethe safe reliability to be operated,reduce the cost of the supplies carrying.But the traditional bridge crane control system mainly adopts relay and contactor to control
4、 bridge crane,adopt the methods of wire winding bunch of resistance to start and adjust speed of motor,the control system have many disadvantages,for example:dependability is bad,it is complicated to operate,fault rate is high.the electric energy is wasted greatly,efficiency is low.carrying on the r
5、esearch to the bridge crane control system has realistic meanings,it is a subject for research of relevant experts and scholars both at home and abroad too. To the question that exist in the bridge crane control system ,the paper apply Programmable controller and frequency converter on control syste
6、m of bridge crane,have carried on deeper research in relevant respects. PLC system adopts the SIEMENS Company products,can control the crane cart,car operation direction and change speed;to rise,lower cliver direction and change speed,can measure each motor trouble phenomenon and send this to touch-
7、sensitive screen of industry to show at the same time,have reduced traditional electricity-contact-type control system of intermediate link.it reduced the hardware and control line,has improved systematic stability,dependability greatly;prevent the heavy object from gliding for being more effective,
8、rise organization of crane add one rotate encoder,PG count mouldChange combine PLC with close ring system,make clivers more steady,more reliable. KEYWORDS:PLC; Bridge Crane; Frequency Control目录1绪论11.1传统桥式起重机控制系统存在的问题11.2桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况11.3本课题的研究意义及主要内容22矢量控制变频调速42.1变频调速的基本原理42.2变频器的基本结构62.3变频调速的
9、控制方式矢量控制方式63 变频调速桥式起重机系统总体方案设计和部件选型83.1桥式起重机系统83.1.1各机构组成和特点83.1.2传统桥式起重机机的电气控制系统83.2本系统总体方案设计83.3系统的部件设计103.3.1电机的选用103.3.2变频器的选用123.3.3常用辅件的选择164可编程序控制器在桥式起重机变频控制系统中的应用194.1 PLC的系统组成与各部分的作用194.2可编程序控制器194.3变频调速起重机控制系统设计194.3.1系统控制的要求194.3.2控制系统的I/O点及地址分配204.3.3 PLC配置224.3.4.电气控制系统原理图224.3.5各机构的安全保
10、护及检测245桥式起重机变频调速系统软件设计265.1 S7一200PLC网络的通信协议及本系统采用的通信协议265.1.1 S7-200PLC网络的通信协议265.1.2本系统采用的通信协议265.1.3上位机和PLC之间的通信265.2 PLC程序设计285.2.1 PLC编程软件概述285.2.2 程序设计295.3系统抗干扰措施356全文总结及其展望376.1全文总结376.2研究展望38参考文献39致谢4040河南理工大学毕业设计(论文)说明书1绪论1.1传统桥式起重机控制系统存在的问题桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。但在实际使用中,结构开裂仍时有发生。
11、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。由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速,致使机械冲击频繁,振动剧烈,因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。1.2桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况电气调速控制的方法很多,对直流驱动来讲60年代采用发电机一电机系统,从控制电阻分级控制,到交磁放大控制,到可控硅SRC激磁控制,到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展,集成模块出现,计算机、微处理器应用,因此控制从分立组成模拟量控制发展至今天
12、的数字量控制。从交流驱动来讲:常规的常采用绕线式电动机转子串电阻调速,为满足重物下放时的低速,一般依靠能耗制动、反接制动,后来还采用涡流制动,还有靠转子反馈控制制动、反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动,随着电子技术的发展,国内外开发研制变频调速,PLC可编程序控制器的应用控制系统的性能更加完美。目前国内外几种常用调速系统配置:1.DC一300直流驱动调速系统:GE公司DC一300、DC一2000是微处理器数字量控制的直流驱动调速系统,其控制功率从300HP到4000HP,并采用PLC对整机驱动系统实施故障诊断、检测、报警及控制。2.交流调速控制系统:对于起重机械来讲,交流驱动仍是国内普遍
13、采用的方案而且多数停留在绕线式电机转子串电阻来调速。随着功率电子技术的发展,目前,该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段。日本安川电机制作所于1972年就正式定为VS系列,应用于起重机及轧机辅助设备的交流调速。法国、英国、德国等大电气公司亦在这方面展开了重点研制开发。借助电力电子技术、微电子技术的发展,由分离元件发展到大规模集成电路,从而实现控制部件的微型组件化、智能化、标准化、系列化,进而从模拟量控制发展到数字量控制。可编程序控制器PLC引入到交流电气传动系统后,使传动系统性能发生了质的变化。在桥式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等,达到了新的技术高度。3.变频调速:变频调速技术
14、是国际上各大电气公司在70年代末80年代投入全力研制、开发,也是国际国内这几年全力研制应用的目标与方向。这几年一些公司如德国SIEMENS,美国GE,日本三菱等推出全数字化的矢量控制技术,大功率的IGBT模块的出现使变频技术在起升机械、电梯等位能负载控制成为现实。 同时随着PLC系统的不断成熟与完善,以及大容量变频器在位能负载上的成功应用,变频调速系统必将成为未来调速市场的主流。1.3本课题的研究意义及主要内容 本课题中以桥式起重机作为研究实体,由上可知,传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速,继电一接触器控制,这种控制系统的主要缺点有: 1.桥式起重机工作环境
15、差,工作任务重,电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。 2.继电一接触器控制系统可靠性差,操作复杂,故障率高。 3.转子串电阻调速,机械特性软,负载变化时转速也变化,调速不理想。所串电阻长期发热,电能浪费大,效率低。 要从根本上解决这些问题,只有彻底改变传统的控制方式。变频技术的运用使得起重机的整体特性得到较大提高,可以解决传统桥式起重机控制系统存在诸多的问题,变频调速以其可靠性好,高品质的调速性能、节能效益显著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。 本论文以20/5t*19.5m通用桥式起重机为研究对象,研究了变频调速技术在起重机中的应用,并且根据原有的控制结构,结合组态软件和P
16、LC技术,提出了一个改进的系统控制结构,并且采用此体系结构实现了桥式起重机变频调速系统。本论文的主要内容分为如下五个部分: (1)矢量控制变频调速原理即本论文的第二章,它首先介绍变频调速的基本原理,然后介绍了变频器的基本结构,即变频器的主电路和控制电路构成,最后介绍了变频器的基本控制方式一矢量控制方式。为下一步部分的起重机变频控制系统提供了理论基础。 (2)变频调速桥式起重机系统总体方案设计和部件选型即本论文的第三章,起重机变频调速控制系统主要由上位机(工业触摸屏系统)、下位机(PLC控制系统),变频器等组成,并选择系统各主要组成部分。 (3)可编程序控制器在桥式起重机变频控制系统中的应用即本
17、论文的第四章,它首先介绍了PLC原理、系统组成及其各部分的作用,然后论述本系统中PLC的选取,采用Siemens公司S7-200型PLC,最后介绍控制系统的构成及各机构的安全保护和检测。(4)桥式起重机变频调速系统软件设计即本论文的第五章,主要分为触摸屏的软件设计和系统的PLC程序设计。它首先介绍了组态软件,然后讲述组态软件对触摸屏的编程,同时根据控制系统的要求对PLC进行编程。2矢量控制变频调速2.1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: N=60f/p*(1-s) (2-1) 其中:n异步电动机的转速,单位为r/min; f一定子的电源频率,单位为Hz: S一电机的
18、转速滑差率; P一电机的极对数。 由上式(2-1)可知,如果改变输入电机的电源频率f,则可相应改变电机的输出转速。在电动机调速时,一个重要的因素时希望保持每极磁通量中.为额定值不变。磁通太弱,没有充分利用电机的磁心,是一种浪费:若要增大磁通,又会使磁通饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说,励磁系统是独立的,所以只要对电枢反应的补偿合适,保持中,不变是很容易做到的。在交流异步电机中,磁通是定子和转子合成产生的。 三相异步电动机每相电动势的有效值是:Eg=4.44f1N1kN1M (2-2) 式中:Eg-气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值,单位为v; f
19、1-定子频率,单位为Hz; N1-定子每线绕组串联匝数; KN1-基波绕组系数; M-每极气隙磁通量,单位为Wb; 由公式可知,只要控制好Eg 和f1,便可以控制磁通M不变,需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况: 1 基频以下调速: 即采用恒定的电动势.有上式可知,要保持不M变,单频率f1 从额定值f1n向下调节时,必须同时降低Eg,然而绕组中的感应电动势是难以控制的,但电动势较高时,可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压U1E,则得U1/f=常值。低频时,U1和Eg 值较小,定子阻抗压降所占的份量都比较显著,不能在忽略。这时,可以人为的把电压U抬高一些,以便近似的不补偿定
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