機(jī)電一體化畢業(yè)論文--橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　專業(yè) 機(jī)電一體化專業(yè) </p><p>　　任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2013 年 10 月 07 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期 2013 年 10 月 09 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文

2、）完成日期 2013 年 11 月 10 日</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目： 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng) </p><p>　　A·編制設(shè)計(jì) </p

3、><p>　　B·設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 李俊堂 </p><p>　　系（部）主 任 </p><p>　　2013年 11 月10 日</p><p>

4、;<b>　　摘要</b></p><p>　　橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)橋式起重機(jī)制造廠和使用部門在設(shè)計(jì)、制造工藝、設(shè)備使用維修、管理方面，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改造，推動(dòng)了橋式起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。但在實(shí)際使用中，傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)所采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，繼電—接觸器控制，在工作環(huán)境差，工作任務(wù)重時(shí)，電動(dòng)機(jī)以及

5、所串連電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生；繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復(fù)雜，故障率高；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串連電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了

6、有利條件。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問(wèn)題，變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景本次設(shè)計(jì)采用P</p><p>　　關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)背景，設(shè)計(jì)方案，硬件組成，軟件系</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第

7、一章 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景及意義1</p><p>　　1.1橋式起重機(jī)調(diào)速控制方式的發(fā)展1</p><p>　　1.2主要調(diào)速系統(tǒng)1</p><p>　　1.2.1 DC-300直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)：1</p><p>　　1.2.2交流調(diào)速控制系統(tǒng)：2</p><p>　　1.2.3變頻

8、調(diào)速系統(tǒng)：2</p><p>　　1.3本課題的意義3</p><p>　　第二章 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　2.1起重機(jī)調(diào)速控制要求5</p><p>　　2.1.1調(diào)速范圍5</p><p>　　2.1.2 調(diào)速方向和經(jīng)濟(jì)性5</p><p&g

9、t;　　2.1.3 調(diào)速的平滑性5</p><p>　　2.1.4調(diào)速的穩(wěn)定性6</p><p>　　2.1.5調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載6</p><p>　　2.2變頻調(diào)速的原理7</p><p>　　2.2.1據(jù)異步電機(jī)的知識(shí)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：7</p><p>　　2.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值

10、：8</p><p>　　2.3變頻調(diào)速系統(tǒng)圖8</p><p>　　第三章 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成9</p><p>　　3.1起重機(jī)主體9</p><p><b>　　3.1.1吊鉤9</b></p><p>　　3.1.2鋼絲繩9</p><p>

11、　　3.1.3制動(dòng)器9</p><p>　　3.1.4減速器10</p><p>　　3.1.5聯(lián)軸器10</p><p><b>　　3.2電動(dòng)機(jī)10</b></p><p>　　3.2.1 =常數(shù)時(shí)的變頻調(diào)速機(jī)械特性10</p><p>　　3.2.2 的變頻調(diào)速機(jī)械特性11&l

12、t;/p><p><b>　　3.3變頻器12</b></p><p>　　3.3.1變頻器的分類12</p><p>　　3.3.2變頻器的主電路13</p><p>　　3.3.3變頻器的控制電路14</p><p>　　3.3.4交—直—交變頻器14</p><p&

13、gt;　　3.3.5脈寬調(diào)制型(PWM)變頻器17</p><p>　　3.4 PLC的選擇21</p><p>　　3.4.1 PLC的產(chǎn)生21</p><p>　　3.4.2 PLC的主要功能22</p><p>　　3.4.3 PLC的主要優(yōu)點(diǎn)23</p><p>　　第四章橋式起重機(jī)變頻調(diào)速

14、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1系統(tǒng)控制的要求25</p><p>　　4.1.1 對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求：25</p><p>　　4.1.2 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成：25</p><p>　　4.1.3 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的選擇25</p><p>　　4.2

15、 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的I/O地址分配26</p><p>　　4.2.1 輸入I/O地址分配26</p><p>　　4.2.2 輸出I/O地址分配28</p><p>　　4.2.3 控制各電機(jī)的變頻器輸入控制端29</p><p>　　4.3 流程圖31</p><p>　　4.4系統(tǒng)控制程序31&

16、lt;/p><p>　　4.5 橋式起重機(jī)工作過(guò)程36</p><p>　　第五章 結(jié)論37</p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p>　　第一章 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景及意義&l

17、t;/p><p>　　1.1橋式起重機(jī)調(diào)速控制方式的發(fā)展</p><p>　　電氣調(diào)速控制的方法很多，對(duì)直流驅(qū)動(dòng)來(lái)講60年代采用發(fā)電機(jī)—電機(jī)系統(tǒng)。從控制電阻分級(jí)控制，到交磁放大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。</p><p>

18、　　從交流驅(qū)動(dòng)來(lái)講：常規(guī)的常采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，為滿足重物下放時(shí)的低速，一般依靠能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)，后來(lái)還采用渦流制動(dòng)，還有靠轉(zhuǎn)子反饋控制制動(dòng)、反接制動(dòng)、單相制動(dòng)器抱閘松勁的所謂軟制動(dòng)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研制變頻調(diào)速，PLC 可編程序控制器的應(yīng)用控制系統(tǒng)的性能更加完美。</p><p><b>　　1.2主要調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　

19、　現(xiàn)在的調(diào)速系統(tǒng)主要是直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速控制系統(tǒng)，變頻調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.1 DC-300直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)： </p><p>　　GE公司DC-300，DC-2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其控制功率從300HP到4000HP，并采用PLC對(duì)整機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施故障診斷、檢

20、測(cè)、報(bào)警及控制。</p><p>　　該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施主回路SCR整流，其控制是給定模擬量通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過(guò)速度環(huán)、電流環(huán)到SCR移現(xiàn)觸發(fā)的邏輯無(wú)環(huán)流的調(diào)速系統(tǒng)?？捎脺y(cè)速反饋或電壓反饋，對(duì)磁場(chǎng)弱磁，以實(shí)施恒功率控制。</p><p>　　1.2.2交流調(diào)速控制系統(tǒng)：</p><p>　　對(duì)于起重機(jī)械來(lái)講，交流驅(qū)動(dòng)仍是國(guó)內(nèi)普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)

21、子串電阻來(lái)調(diào)速。隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，早在六十年代后期，國(guó)外就開(kāi)始致力于晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究。目前，該技術(shù)已進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。日本安川電機(jī)制作所于1972年就正式定為VS系列，應(yīng)用于起重機(jī)及軋機(jī)輔助設(shè)備的交流調(diào)速。法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等大電氣公司亦在這方面展開(kāi)了重點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)。借助電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實(shí)現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，進(jìn)而從模擬量控制發(fā)展

22、到數(shù)字量控制?？删幊绦蚩刂破鱌LC引入到交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)后，使傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。在橋式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了抓斗的自動(dòng)控制和故障診斷、檢測(cè)顯示等，達(dá)到了新的技術(shù)高度</p><p>　　1.2.3變頻調(diào)速系統(tǒng)：</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)是國(guó)際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開(kāi)發(fā)，也是國(guó)際國(guó)內(nèi)這幾年全力研制應(yīng)用的目標(biāo)與方向。這幾年一些公司如德國(guó)SIEMENS，美國(guó)GE

23、，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術(shù)，大功率的IGBT模塊的出現(xiàn)使變頻技術(shù)在起升機(jī)械、電梯等位能負(fù)載控制成為現(xiàn)實(shí)。目前，變頻調(diào)速的控制方法有恒壓頻比控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。這些控制方法都得到了不同程度的應(yīng)用，但其控制性能有一定的差異。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)之所以與有良好的控制性能，其根本原因是當(dāng)勵(lì)磁電流恒定時(shí)，控制電樞電流的大小就能無(wú)時(shí)間滯后的控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的大小。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生瞬

24、時(shí)轉(zhuǎn)矩的原理雖然與直流電動(dòng)機(jī)相同，但由于建立氣隙磁場(chǎng)的勵(lì)磁分量和電磁轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)裝置電流有功分量都應(yīng)包含在定子電流中，無(wú)法直接將它們分開(kāi)，在運(yùn)行過(guò)程中，這兩個(gè)分量有會(huì)互相影響。因此要控制異步電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩十分困難。像采用恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)由于是從控制電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因而難以獲得較理想的動(dòng)態(tài)性能，異步電動(dòng)機(jī)在高精度調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。而矢量控制是從根本上解決了這個(gè)問(wèn)題，使

25、交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。</p><p>　　適用于通用的鼠籠式電動(dòng)機(jī)，無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)使變頻控制裝置不再配套專用電機(jī)，而且可通過(guò)軟件對(duì)一般的鼠籠式電機(jī)—矢量控制裝置實(shí)施參數(shù)調(diào)整，進(jìn)一步降低電氣電機(jī)的投資而且維護(hù)保養(yǎng)方便。變頻器使用PWM技術(shù)可嚴(yán)格地使輸入電流正弦，即在下降過(guò)程各機(jī)械減速制動(dòng)中，將動(dòng)能和位能轉(zhuǎn)化為電能反饋電網(wǎng)，達(dá)到理想的節(jié)能指標(biāo)，同時(shí)確保工況正常運(yùn)行，上述發(fā)

26、展己完成了產(chǎn)品系列化上市，對(duì) “變頻”裝置在技術(shù)上以及經(jīng)濟(jì)上與其他驅(qū)動(dòng)裝置競(jìng)爭(zhēng)將有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)隨著PLC系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負(fù)載上的成功應(yīng)用，變頻調(diào)速系統(tǒng)必將成為未來(lái)調(diào)速市場(chǎng)的主流。</p><p><b>　　1.3本課題的意義</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的迅猛發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制領(lǐng)域的

27、發(fā)展。其中，具有代表性的交流變頻調(diào)速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應(yīng)用，為PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)在橋式起重機(jī)系統(tǒng)提供了有利條件。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問(wèn)題，變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　由于起重機(jī)行業(yè)的特殊性，變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用相對(duì)滯后。采用變頻調(diào)速取代傳統(tǒng)

28、的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)是近才開(kāi)始應(yīng)用的新技術(shù)。無(wú)論是在起重機(jī)老產(chǎn)品還是新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，變頻調(diào)速都是優(yōu)選方案。變頻調(diào)速裝置的先進(jìn)性能特別適用于起重機(jī)的惡劣工況，對(duì)改善起重機(jī)的調(diào)速性能，提高工作效率和功率因數(shù)，減小起制動(dòng)沖擊以及增加起重機(jī)使用的安全可靠性是非常有益的。相比較發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的相關(guān)技術(shù)水平差距較大。主要技術(shù)難度體現(xiàn)在：對(duì)起重機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性要求愈來(lái)愈高，起重機(jī)的起重量及運(yùn)行速度等技術(shù)參數(shù)越來(lái)越大，起重機(jī)的自動(dòng)化程度

29、越來(lái)越高，起重機(jī)對(duì)管理和通訊的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。為此，有必要對(duì)橋式起重機(jī)電控系統(tǒng)的應(yīng)用研究。由變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展的必然結(jié)果，符合起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，適合發(fā)展大起重重量的起重機(jī)；提高工作速度、擴(kuò)大調(diào)速范圍；提高金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機(jī)操作的條件，保證作業(yè)安全，提高自動(dòng)化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應(yīng)用到作業(yè)頻繁

30、的倉(cāng)庫(kù)堆垛起重機(jī)和環(huán)境惡劣的冶金起重機(jī)上。也符合</p><p>　　第二章 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　2.1起重機(jī)調(diào)速控制要求</p><p><b>　　1．調(diào)速范圍</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載(電流為額定值)情況下所能得到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，

31、用D表示，即</p><p>　　2.1.2 調(diào)速方向和經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　調(diào)速方向指調(diào)速后的轉(zhuǎn)速比原來(lái)的額定轉(zhuǎn)速(基本轉(zhuǎn)速)高還是低。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速低，稱為往下調(diào)。</p><p>　　這要由調(diào)速時(shí)的初期投資，調(diào)速后的電能消耗以及各種運(yùn)行費(fèi)用的多少來(lái)說(shuō)明。</p><p>　　2.1.3 調(diào)速的平滑性<

32、/p><p>　　調(diào)速的平滑性由一定范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)來(lái)說(shuō)明。級(jí)數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速只能跳躍式的調(diào)節(jié)，例如只能從3000r/min一下調(diào)節(jié)到1500r/min，在又調(diào)節(jié)到1000 r/min等，兩者之間的轉(zhuǎn)速無(wú)法得到，這種調(diào)速稱為有級(jí)調(diào)速。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無(wú)級(jí)調(diào)速。無(wú)級(jí)調(diào)速的平滑性當(dāng)然就比有級(jí)調(diào)速好。平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來(lái)衡量，稱為平滑系數(shù)，即

33、</p><p>　　越接近于1，平滑性越好。無(wú)級(jí)調(diào)速時(shí)=1，平滑性最好。</p><p>　　2.1.4調(diào)速的穩(wěn)定性</p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性是用來(lái)說(shuō)明電動(dòng)機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差率來(lái)表示。其定義為：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降-與理想空載轉(zhuǎn)速之比，即</p>&l

34、t;p>　　s越小，穩(wěn)定性越好。</p><p>　　靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。機(jī)械特性的硬度的定義為</p><p>　　越大，轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，變化的程度就越小，機(jī)械特性就越硬，靜差率就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)速的大小有關(guān)。例如兩條平行的機(jī)械特性硬度相同，在靜差率公式中的-相同，由于不同，他們的s就不同，大的，s小，小的，s就大。</p><p&g

35、t;　　生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)速時(shí)，為保持一定的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)靜差率提出一定的要求。靜差率還會(huì)對(duì)調(diào)速范圍起到制約的作用，因?yàn)槿绻{(diào)速時(shí)所得到的最低轉(zhuǎn)速下的s太大，則該轉(zhuǎn)速性太差，便難以滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。</p><p>　　2.1.5調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，則這種調(diào)速的方法稱為

36、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。</p><p>　　不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)此的要求往往不同。例如切削機(jī)床，要求精加工小切削量時(shí)，工件轉(zhuǎn)速高，粗加工大切削時(shí)，工件轉(zhuǎn)速低。因此，它希望電動(dòng)機(jī)能具有恒功率調(diào)速的性能。另一類生產(chǎn)機(jī)械，例如起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等則要求電動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩，因此，它希望電動(dòng)機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的性能[1]。</p><p>　　2.2變頻調(diào)速的原理</p><p&g

37、t;　　2.2.1據(jù)異步電機(jī)的知識(shí)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：</p><p>　　其中：—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　—定子的電源頻率，單位為Hz；</p><p>　　—電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率；</p><p><b>　　—電機(jī)的極對(duì)數(shù)。</b></p><p>　　三相異

38、步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可分為兩大類：一類是通過(guò)改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)改變轉(zhuǎn)速，具體方法有變極調(diào)速(改變)和變頻調(diào)速(改變)；另一類是通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動(dòng)機(jī)從固有特性上運(yùn)行改為人為特性上運(yùn)行，具體方法有變壓調(diào)速(改變)，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速(改變)，等等。由上式可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素時(shí)希望保持每極磁通量為額定值不變。磁

39、通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持 不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。</p><p>　　2.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值：</p><p><b>　　式中：</b

40、></p><p>　　—?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為V；</p><p>　　— 定子頻率，單位為Hz；</p><p>　　—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　—定子基波繞組系數(shù)；</p><p>　　—每極氣隙磁通量，單位為Wb；</p><p>　　由公式

41、可知，只要控制好和，便可以控制磁通中不變</p><p>　　2.3變頻調(diào)速系統(tǒng)圖</p><p>　　變頻調(diào)速主要依靠變頻器和PLC進(jìn)行控制，圖2-1是橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主控制圖。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　第三章 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成</p>&l

42、t;p>　　橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由起重機(jī)主體，電動(dòng)機(jī)和變頻器組成。</p><p><b>　　3.1起重機(jī)主體</b></p><p><b>　　3.1.1吊鉤</b></p><p>　　吊鉤按制造方法可分為鍛造吊鉤和片式吊鉤。鍛造吊鉤又可分為單鉤和雙鉤。單鉤一般用于小起重量，雙鉤多用于較大的起重量。鍛造

43、吊鉤材料采用優(yōu)質(zhì)低碳鎮(zhèn)靜鋼或低碳合金鋼，如20優(yōu)質(zhì)低碳鋼、16Mn、20MnSi、36MnSi。片式吊鉤由若干片厚度不小于20mm的C3、20或16Mn的鋼板鉚接起來(lái)。片式吊鉤也有單鉤和雙鉤之分。片式吊鉤比鍛造吊鉤安全，因?yàn)榈蹉^板片不可能同時(shí)斷裂，個(gè)別板片損壞還可以更換</p><p><b>　　3.1.2鋼絲繩</b></p><p>　　鋼絲繩是由高強(qiáng)度碳素鋼絲

44、圍繞繩芯繞捻而成的，被廣泛應(yīng)用于起重機(jī)作業(yè)。其具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　重量輕，強(qiáng)度高，能承受沖擊荷載。</p><p>　　繞性較好，使用靈活。</p><p>　　鋼絲磨損后，會(huì)產(chǎn)生毛刺，易于檢查。破短前有斷絲預(yù)兆，且整根鋼絲繩不會(huì)立即斷裂。</p><p><b>　　鋼絲繩成本較低。</b></p

45、><p><b>　　3.1.3制動(dòng)器</b></p><p>　　起重機(jī)在工作中要經(jīng)常啟動(dòng)和制動(dòng)，因而需要各種類型的制動(dòng)器。</p><p>　　制動(dòng)器的用途是：起升機(jī)構(gòu)中的制動(dòng)器保證吊運(yùn)的重物能隨時(shí)停在空中；運(yùn)行機(jī)構(gòu)中的制動(dòng)器使其在一定時(shí)間或一定行程內(nèi)停下；露天工作或在斜坡上運(yùn)行的制動(dòng)器還有防止風(fēng)力吹動(dòng)或下滑的作用。</p>&l

46、t;p><b>　　3.1.4減速器</b></p><p>　　減速器是起重機(jī)上的重要傳動(dòng)部件之一。它的作用是把電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速降低到各機(jī)構(gòu)所需要的工作轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　3.1.5聯(lián)軸器</b></p><p>　　起重機(jī)在工作中，由于受到力的作用，變形是必然的，為了保證在變形的條件下，仍然保持起重

47、機(jī)各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有較好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，同時(shí)也為了補(bǔ)償制造和安裝過(guò)程中不可避免的誤差，所以，起重機(jī)采用具有補(bǔ)償作用的聯(lián)軸器。</p><p><b>　　3.2電動(dòng)機(jī)選擇</b></p><p>　　3.2.1 =常數(shù)時(shí)的變頻調(diào)速機(jī)械特性 </p><p>　　下面來(lái)分析機(jī)械特性中的三個(gè)特殊點(diǎn)，并由此來(lái)決定機(jī)械特性。</p><p&

48、gt;　　1.同步點(diǎn)：由，則，下調(diào)，隨之下降。</p><p>　　2.最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：由c=常數(shù)，=常數(shù)，而臨界轉(zhuǎn)差率，臨界轉(zhuǎn)速降常數(shù)。因此，在不同頻率下，最大轉(zhuǎn)矩保持不變，且對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速降也不變。所以其機(jī)械特性基本上是平行的。但當(dāng)下調(diào)過(guò)低時(shí)，因也很低，此時(shí)定子電阻上的壓降已不能再忽略，而使、下降更嚴(yán)重，電動(dòng)機(jī)的將變小。</p><p><b>　　3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：<

49、/b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨頻率下降而增加。</p><p>　　由此可畫(huà)出=常數(shù)時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速特性如圖2-2所示：</p><p>　　圖3-1三相異步電動(dòng)機(jī)=常數(shù)變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p>　　3.2.2 的變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p>　　同步點(diǎn)：由，則，

50、當(dāng)調(diào)高時(shí)，隨之上升。</p><p>　　最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：由，當(dāng)調(diào)高時(shí)，減小。</p><p>　　起動(dòng)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)： ，當(dāng)調(diào)高時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大減小。</p><p>　　此時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性如圖2-3所示：</p><p>　　圖3-2時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性</p><p><b>　　3.3變頻器</

51、b></p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速所用的變頻電源有兩種，一種是變頻機(jī)組，另一種是靜止的變頻裝置變頻器。前者由直流電動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電動(dòng)機(jī)組成，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就能改變交流發(fā)電動(dòng)機(jī)的頻率，由于變頻機(jī)組設(shè)備龐大，可靠性差。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，靜止式變頻器已完全取代了早期的旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組。</p><p>　　3.3.1變頻器的分類</p><p&

52、gt;　　按變頻的原理有交—交變頻器和交—直—交變頻器。前者是將頻率固定的交流電源變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源，其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，變換頻率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍較窄，一般在 ，故主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。后者是將頻率固定的交流電整流后變成直流，再經(jīng)過(guò)逆變電路，把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的三相電流。由于把直流電逆變成交流電較易控制，因此在頻率的調(diào)節(jié)范圍、變頻后電動(dòng)機(jī)特性的改善等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前使用最多的變頻器

53、均為交—直—交變頻器。</p><p>　　根據(jù)直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式不同，交—直—交變頻器又分為電壓型和電流型兩種。</p><p>　　電壓型變頻器是指變頻器整流后是由電容來(lái)濾波，現(xiàn)在使用的交—直—交變頻器大部分為電壓型變頻器。</p><p>　　電流型變頻器是指變頻器整流后是由電感元件來(lái)濾波，目前少見(jiàn)。</p><p>　　根據(jù)調(diào)壓方式不

54、同，交—直—交變頻器又分成脈幅調(diào)制型和脈寬調(diào)制型兩種。</p><p>　　脈幅調(diào)制是指變頻器輸出電壓大小是通過(guò)改變直流電壓大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常用PAM表示。這種調(diào)壓方式很少使用。</p><p>　　脈寬調(diào)制是指變頻器輸出電壓大小是通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常用PWM表示。目前使用最多的占空比按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制，即SPWM方式。</p><p>　　

55、3.3.2變頻器的主電路</p><p>　　變頻器的主電路包括整流電路、濾波及限流電路、直流中間電路、逆變電路和能耗制動(dòng)電路等部分組成，其中整流電路和逆變電路是很重要的兩部分，下面簡(jiǎn)單介紹一下整流電路和逆變電路。</p><p><b>　　1．整流電路</b></p><p>　　一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用

56、是對(duì)工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。此外，由于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻以及其它輔助電路。</p><p><b>　　2．逆變電路</b></p><p

57、>　　逆變電路是變頻器主要的部分之一。它是利用六個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開(kāi)關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬感性負(fù)載，無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于拖動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，變頻器功率因素總不會(huì)為1。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量就靠這之間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻

58、率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。</p><p>　　3.3.3變頻器的控制電路</p><p>　　變頻器控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪?duì)逆變器開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種

59、保護(hù)功能。</p><p>　　3.3.4交—直—交變頻器 </p><p>　　這種變頻器主要由整流調(diào)壓、濾波及逆變?nèi)糠纸M成，如圖2-4所示。在此，僅對(duì)逆變器的工作原理作一介紹。</p><p>　　圖3-3交—直—交變頻器</p><p>　　1. 單相逆變電路 </p><p>　　圖3-4為單相逆變電路原

60、理圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S4 同時(shí)閉合時(shí)，電壓為正；開(kāi)關(guān)S2、S3同時(shí)閉合時(shí)，電壓為負(fù)。由于開(kāi)關(guān)S1~S4的輪流通斷，從而將直流電壓逆變成了交流電壓。</p><p>　　可以看到在交流電變化的一個(gè)周期中，一個(gè)臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1、S2交替導(dǎo)通，每個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通派的電角度。因此，交流電的頻率可以通過(guò)改變開(kāi)關(guān)通斷的速度來(lái)調(diào)節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值。</p><p>　　a) 主電路 b) 開(kāi)關(guān)

61、通斷規(guī)律 c) 波形圖</p><p>　　圖3-4 單相逆變電路原理圖</p><p>　　2. 三相逆變電路 </p><p>　　圖3-5為三相逆變電路原理圖。圖中開(kāi)關(guān)S1~S6組成逆變電路。這6個(gè)開(kāi)關(guān)交替的接通、關(guān)斷，就可以在輸出端獲得一個(gè)相位互差的三相交流電壓。</p><p>　　當(dāng)S1、S4閉合時(shí)，為正；當(dāng)S2、S3閉合時(shí)

62、，為負(fù)；當(dāng)S3、S6閉合時(shí)，為正；當(dāng)S5、S4閉合時(shí)，、、在相位上依次相差，各開(kāi)關(guān)的接通、斷開(kāi)應(yīng)符合一定的規(guī)律。</p><p>　　由上可看出：各橋臂上的開(kāi)關(guān)始終處于交替閉合、斷開(kāi)的狀態(tài)；各相的開(kāi)關(guān)順序以各相的首端為準(zhǔn)，互差電角度，如S3比S1滯后，S5比S3滯后。</p><p>　　由以上分析可知，通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)的交替工作可以得到三相交流電，只要調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通斷速度就可以調(diào)節(jié)電頻率。&l

63、t;/p><p>　　a.主電路 b.開(kāi)關(guān)通斷規(guī)律 c.波形圖</p><p>　　圖3-5 三相逆變電路原理圖</p><p>　　3.3.5脈寬調(diào)制型(PWM)變頻器</p><p>　　1.在一般的交直交變頻器供電的變壓、變頻調(diào)速中，為獲得變頻調(diào)速所要求的變頻與變壓的協(xié)調(diào)控制，整流器必須是可控整流，這樣在變頻調(diào)速時(shí)要同時(shí)控制整流器和逆變

64、器，這就帶來(lái)一系列的問(wèn)題。首先是主電路中有兩個(gè)可控功率環(huán)節(jié)，這樣使系統(tǒng)比較復(fù)雜；第二由于中間環(huán)節(jié)存在動(dòng)態(tài)元件，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢；第三由于整流器是可控的，使控電電源的功率因數(shù)隨變頻裝置輸出頻率的降低而變差，并產(chǎn)生高次諧波電源；第四逆變器輸出為六拍階梯波交變電壓，在拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)中形成較多的各次諧波，從而產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，影響電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作，低速時(shí)尤為嚴(yán)重。</p><p>　　為解決上述問(wèn)題，采用脈沖寬度調(diào)制(

65、PWM)控制方式。圖3-8為PWM逆變器示意圖，在該逆變器電路中，同時(shí)進(jìn)行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調(diào)速對(duì)電壓與頻率協(xié)調(diào)控制的要求。這樣，首先使主電路只有一個(gè)可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；第二使用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)與逆變器輸出電壓的大小無(wú)關(guān)而接近1；第三逆變器在調(diào)節(jié)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，而與中間直流環(huán)節(jié)的元件參數(shù)無(wú)關(guān)，加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；第四可獲得比常規(guī)六拍階梯波更好的輸出電壓波形，能抑制或消除低次諧波，使負(fù)載電動(dòng)機(jī)可在近

66、似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，大大擴(kuò)展了拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)性能。</p><p>　　圖3-6 PWM逆變器組成</p><p>　　2. 脈寬調(diào)制器的基本工作原理 </p><p>　　脈寬調(diào)制是將輸出電壓分解成很多的脈沖，調(diào)頻時(shí)控制脈沖的寬度和脈沖間的間隔時(shí)間就可控制輸出電壓的幅值，如圖3-9所示。從圖中可以看到，脈沖的寬度越大，脈沖

67、的間隔越小，輸出電壓的平均值就越大。為了說(shuō)明、和電壓平均值之間的關(guān)系，我們引入了占空比的概念。所謂占空比是指脈沖寬度與一個(gè)脈沖周期比值，用表示，即。</p><p>　　因此，可以說(shuō)輸出電壓的平均值與占空比成正比，調(diào)節(jié)電壓輸出就可以演化為調(diào)節(jié)脈沖的寬度，所以稱為脈寬調(diào)制。圖2-10a為調(diào)制前的波形，電壓周期為，圖3-9b為調(diào)制后的波形，電壓周期為。與a圖相比，b圖的電壓周期增大(也就是說(shuō)頻率降低)，電壓脈沖的幅值

68、不變，仍為，而占空比則減小，故平均電壓降低。</p><p>　　a.調(diào)制前的波形 b.調(diào)制后的波形</p><p>　　圖3-7 脈寬調(diào)制的輸出電壓</p><p>　　由于變頻器的輸出是正弦交流電，即輸出電壓的幅值是按正弦波規(guī)律變化，因此在一個(gè)周期內(nèi)的占空比也必須是變化的，也就是說(shuō)在正弦波的幅值部分，取大一些，在正弦波到達(dá)零處，取小一些，如圖3-1

69、0所示。可以看到這種脈寬調(diào)制，其占空比是按正弦規(guī)律變化的，故這種調(diào)制方法叫正弦波脈寬調(diào)制，即SPWM。</p><p>　　圖3-8 正弦波脈寬調(diào)制的輸出電壓</p><p>　　SPWM的脈沖系統(tǒng)中，各脈沖的寬度t1和脈沖的間隔t2都是變化的。為了說(shuō)明其調(diào)制原理，見(jiàn)圖3-11PWM逆變器簡(jiǎn)單原理圖，圖中V1~V6為絕緣柵雙極晶體管，由他們的交替切換來(lái)獲得交流信號(hào)的輸出。當(dāng)V1導(dǎo)通時(shí)，在

70、A相負(fù)載上得到的電壓與V2導(dǎo)通時(shí)在A相負(fù)載上得到的電壓方向相反。因此，V1、V2的輪流導(dǎo)通就可得到A相交流電壓的正、負(fù)半周。同時(shí)，其他管子的導(dǎo)通亦可得到三相交流電的B相和C相。在變頻器中，V1、V2的導(dǎo)通、截止是由調(diào)制波和載波的交點(diǎn)來(lái)決定的。在這里，把希望得到的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到期望的PWM波形。</p><p>　　圖3-9 PWM逆變器簡(jiǎn)單原理圖</p&g

71、t;<p>　　3.4 PLC的選擇</p><p>　　3.4.1 PLC的產(chǎn)生</p><p>　　PLC又叫可編程控制器。1968年美國(guó)通用汽車公司(GM)公開(kāi)招標(biāo)研制功能更強(qiáng)，使用更方便，價(jià)格便宜，可靠性更高的新型控制器。一年后美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)GM公司的招標(biāo)要求，研制成功世界上第一臺(tái)可編程序控制器，型號(hào)PDP-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成

72、功。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們把微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用到可編程控制器中，使得它兼有計(jì)算機(jī)的一些功能，不但用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理及對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，使之真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。</p><p>　　1987年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)給出的可編程序控制器的定義為：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)和數(shù)字或模擬I/

73、O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)，其定義也會(huì)發(fā)生變化。</p><p>　　3.4.2 PLC的主要功能</p><p>　　近年來(lái)PLC把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體。它可完成以下主要功能：</p><p>　　1. 邏輯控制

74、 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能夠描述繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯與順序邏輯控制。</p><p>　　2. 定時(shí)控制 PLC具有定時(shí)控制功能。它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器并設(shè)置了定時(shí)指令。定時(shí)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。</p><p>　　3. 記數(shù)控

75、制 PLC還具有記數(shù)功能。它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令。計(jì)數(shù)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并可在運(yùn)行中被讀出或修改，使用與操作都很靈活方便。</p><p>　　4. 步進(jìn)控制 PLC能完成步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制是指在完成一道工序以后，再進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，或者直接有步進(jìn)指令，可用于步進(jìn)控制，編程與使用很方便。</p><p>　

76、　5. A/D、D/A轉(zhuǎn)換 有些PLC還具有“模數(shù)”(A/D)轉(zhuǎn)換和“數(shù)?！?D/A)轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。</p><p>　　6. 數(shù)據(jù)處理 有的PLC還具有數(shù)據(jù)處理能力，并具有并行運(yùn)算指令，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算，BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算，還能進(jìn)行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作，并可對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行間接尋址，與打

77、印機(jī)相連而打印出程序和有關(guān)數(shù)據(jù)及梯形圖。</p><p>　　7. 通信與聯(lián)網(wǎng) 有些PLC采用了通訊技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)PLC之間可以進(jìn)行同位鏈接，還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，接受計(jì)算機(jī)的指令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜的控制。</p><p>　　8. 對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控 PLC配置

78、有較強(qiáng)的監(jiān)控功能它能記憶某些異常情況，或當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)終止運(yùn)行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過(guò)監(jiān)空命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時(shí)或記數(shù)等設(shè)定值，因而調(diào)試、使用和維護(hù)方便。</p><p>　　可以預(yù)料，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的功能也會(huì)不斷拓寬和增強(qiáng)。</p><p>　　由此可見(jiàn)，可編程序控制器的應(yīng)用場(chǎng)合是很廣泛的?？捎糜陂_(kāi)關(guān)邏輯控制；定時(shí)和記數(shù)控制；閉環(huán)控制；機(jī)械

79、加工數(shù)字控制；機(jī)器人控制；多級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制等。</p><p>　　3.4.3 PLC的主要優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1. 編程簡(jiǎn)單 PLC的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)PLC時(shí)已充分考慮到使用者的習(xí)慣和技術(shù)水平及用戶的方便，構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的PLC控制系統(tǒng)一般不需要很多配套的外圍設(shè)備；PLC的基本指令不多；常用于編程的梯形圖與傳統(tǒng)的繼電接觸控制線路圖有許多相似之處；編程器的使用簡(jiǎn)便；對(duì)程序進(jìn)行增減、修改和運(yùn)

80、行監(jiān)視很方便。因此對(duì)編制程序的步驟和方法，容易理解和掌握，只要具有一定文化水平和電氣知識(shí)，都可以在較短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。</p><p>　　2. 可靠性高 PLC是專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中均采用了諸如屏蔽、濾波、隔離、無(wú)觸點(diǎn)、精選元器件等多層次有效的抗干擾措施，因此可靠性很高，其平均故障時(shí)間間隔為2萬(wàn)小時(shí)以上。此外，PLC還具有很強(qiáng)的自診斷功能，可以迅速方便地檢查判斷出故障，縮短檢修時(shí)間。PLC

81、可靠性高的原因在后面還會(huì)作較具體的介紹。</p><p>　　3. 通用性好 PLC品種多，檔次也多，可由各種組件靈活組合成不同的控制系統(tǒng)，以滿足不同的控制要求。同一臺(tái)PLC只能改變軟件則可實(shí)現(xiàn)控制不同對(duì)象或不同的控制要求。在構(gòu)成不同的PLC的控制系統(tǒng)時(shí)，只需在PLC的輸入輸出端子上接上不同的相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)，PLC就能接收輸入信號(hào)和輸出控制信號(hào)?？梢?jiàn)，PLC的通用性好。</p><p&g

82、t;　　4. 功能強(qiáng) PLC具有很強(qiáng)的功能，能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成A/D與D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。而且 PLC技術(shù)發(fā)展很快，功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣。</p><p>　　5. 使用方便 PLC體積小，重量輕，便于安裝。PLC編程簡(jiǎn)單，編程器使用簡(jiǎn)便。PLC自診斷能力強(qiáng)，能判斷和顯示出自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時(shí)只需更換插入式模塊，維護(hù)方便

83、。修改程序和監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)也容易。</p><p>　　6. 設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短 PLC在許多方面是以軟件編程來(lái)取代硬件接線，用 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，編程容易，安裝使用方便，目前的PLC已商品化，硬件軟件較齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量的復(fù)雜的接線，程序調(diào)試修改也很方便。因此可大大縮短PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和投產(chǎn)周期。</p><p>　　從上述

84、PLC的功能特點(diǎn)可見(jiàn)，PLC控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，在許多方面可以取代繼電接觸控制。但是PLC也有其缺點(diǎn)：目前價(jià)格還比較高；工作速度比計(jì)算機(jī)慢；使用中檔和高檔PLC，要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí)；PLC制造廠家和PLC品種類型很多，而指令系統(tǒng)和使用方法不盡相同，這給用戶帶來(lái)不便。</p><p>　　第四章橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1

85、系統(tǒng)控制的要求</p><p>　　4.1.1 對(duì)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本要求：</p><p>　　1. 主、副機(jī)構(gòu)升降速度調(diào)節(jié)；</p><p>　　2.運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度調(diào)節(jié)；</p><p>　　3.保護(hù)功能：主副機(jī)構(gòu)上升限位、下降限位、大車限位、小車限位、主副機(jī)構(gòu)及大小車電機(jī)的保護(hù)等。</p><p>

86、　　4.1.2 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成：</p><p>　　控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、操作臺(tái)各主令控制器、開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈及各部分限位開(kāi)關(guān)等組成。</p><p>　　4.1.3 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　根據(jù)起重機(jī)實(shí)際應(yīng)用的要求，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用日本三菱公司FX2N-128MR-001型可編程控制器作為起重機(jī)的中樞控制系統(tǒng)

87、。基本配置包括：主處理單元FX2N -128MR-001。FX2N-128MR-001 為繼電器輸出類型，輸出 64 點(diǎn)，輸入64 點(diǎn)；其作用為：控制起重機(jī)大車、小車的運(yùn)行方向和速度換檔；減小了傳統(tǒng)的繼電－接觸式控制的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。</p><p>　　所采用的變頻器是日本安川的VS-616G5型的變頻器，它包括了4種控制方式：標(biāo)準(zhǔn)V/F控制、帶PG反饋的V/F控制

88、、無(wú)傳感器的磁通矢量控制和帶PG反饋的磁通矢量控制。</p><p>　　4.2 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的I/O地址分配</p><p>　　4.2.1 輸入I/O地址分配</p><p><b>　　輸入如表4-1。</b></p><p><b>　　表4-1 輸入 </b></p>

89、<p>　　4.2.2 輸出I/O地址分配</p><p><b>　　表4-2 輸出</b></p><p>　　4.2.3 控制各電機(jī)的變頻器輸入控制端</p><p>　　設(shè)計(jì)中橋式起重機(jī)分為5檔，主要通過(guò)控制調(diào)速指令的輸出來(lái)控制速度信號(hào)，達(dá)到調(diào)速的目的(實(shí)際可達(dá)8檔速度)，調(diào)速指令與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-3所示。用戶可以自

90、由設(shè)定與每檔速度對(duì)應(yīng)的頻率大小。</p><p>　　表4-3 調(diào)速指令與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 </p><p><b>　　4.3 流程圖</b></p><p>　　圖4-1 橋式起重機(jī)運(yùn)行流程圖 </p><p><b>　　4.4系統(tǒng)控制程序</b></p><p><

91、;b>　　1. 啟動(dòng)部分</b></p><p><b>　　2.急停及制動(dòng)部分</b></p><p>　　3. 主副鉤超重指示</p><p><b>　　4. 限位指示</b></p><p>　　5. 變頻器故障復(fù)位</p><p>　　6. 大、小

92、車及主、副鉤運(yùn)行指示</p><p>　　7. 主鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速</p><p>　　8. 副鉤電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速</p><p>　　9. 小車電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速</p><p><b>　　10. 故障反饋</b></p><p>　　11. 大車電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速</p><

93、;p><b>　　12. 結(jié)束程序</b></p><p>　　4.5 橋式起重機(jī)工作過(guò)程</p><p>　　電源開(kāi)關(guān)QS閉合，在駕駛室門及橫梁欄桿門關(guān)好后，開(kāi)關(guān)SQ閉合，緊急開(kāi)關(guān)SB2 等符合要求的情況下，速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位，按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM通電吸合，三相電源接通。當(dāng)主鉤的速度開(kāi)關(guān)置于正轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器正轉(zhuǎn)輸入接通同時(shí)將三相交流電和電動(dòng)機(jī)接通，

94、1檔速度啟動(dòng)，同時(shí)接觸器KM1通電吸合，主鉤風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，速度選擇開(kāi)關(guān)置于轉(zhuǎn)速2時(shí)，2檔速度運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì)了正反各5個(gè)檔速。速度選擇開(kāi)關(guān)置于零位或由于停電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)主鉤電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，可使制動(dòng)電阻的感溫?zé)崂^電器的觸點(diǎn)FR1接通變頻器的外部故障輸入點(diǎn)，使變頻器停止運(yùn)行。其他部分同理。限位開(kāi)關(guān)分別接在主鉤、副鉤、小車、大車兩頭。當(dāng)他們運(yùn)行到終端時(shí)，兩端各有檔塊，撞上位置開(kāi)關(guān)，切斷各自電路，使其電機(jī)停止并制動(dòng)。為防止因停電、變頻

95、器跳閘等使拖動(dòng)負(fù)載快速下降出現(xiàn)危險(xiǎn)，還設(shè)置有制動(dòng)裝置。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，可立即拉開(kāi)緊急開(kāi)關(guān)SB2，一方面制動(dòng)裝置將所有電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，同時(shí)接通變頻器的外部封鎖，使變頻器停止輸出，從而將使電動(dòng)機(jī)迅速停車。當(dāng)電機(jī)或變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)停止，變頻器將故障反饋，從而維持故障的狀態(tài)，直到故障被排除。解除</p><p><b>　　第五章 結(jié)論</b></p><p

96、>　　本文主要為橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)速度的可調(diào)節(jié)，以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要。根據(jù)要求，此系統(tǒng)要能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在控制室掌握，通過(guò)操作平臺(tái)設(shè)置變頻器的運(yùn)行頻率、啟動(dòng)和停止電機(jī)，并且變頻器及電機(jī)故障時(shí)可以發(fā)出指示信號(hào)，以用來(lái)提示用戶。采用變頻器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，結(jié)合PLC的強(qiáng)大功能、可靠性，實(shí)現(xiàn)了操作人員在控制室對(duì)電機(jī)的控制。</p><p>　　本文的重

97、點(diǎn)是通過(guò)將PLC和變頻器連接，構(gòu)成一個(gè)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋式起重機(jī)大車、小車、主鉤和副鉤的運(yùn)行方向和速度換檔，，減小了傳統(tǒng)繼電—接觸式控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減小了硬件和控制線，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，對(duì)各機(jī)構(gòu)的電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，從而改善以往老式控制系統(tǒng)所采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速的方法。并為了更加有效的防止重物下滑，在橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)各加上一套由旋轉(zhuǎn)編碼器、PG數(shù)模轉(zhuǎn)換和PLC相結(jié)合的閉環(huán)系統(tǒng)，使主、副鉤拖動(dòng)更

98、加穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　本文在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，采用變頻器和可編程序控制器相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋式起重機(jī)操作上的基本控制要求，但還存在許多的不足之處：</p><p>　　1. 本文主要是單個(gè)橋式起重機(jī)的工作進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的分散、獨(dú)立工作方式，導(dǎo)致操作和調(diào)度、管理之間信息不靈，貨物卸載時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低等問(wèn)題，還沒(méi)有考慮到基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

99、實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化智能化的設(shè)計(jì)思想，以形成從駕駛室到電氣房、監(jiān)控室的智能化、網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　2. 控制系統(tǒng)使用的電子電氣元件較多、電路也較復(fù)雜，易造成線路之間的相互干擾，在一定程度上影響系統(tǒng)的控制精度，對(duì)起重機(jī)的故障診斷，遙控領(lǐng)域沒(méi)有過(guò)多的涉及，起重機(jī)同時(shí)應(yīng)具有一定的自診斷功能。</p><p>　　3. 在操作控制上需要有大的改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)通訊已是當(dāng)今世界的潮流，開(kāi)

100、發(fā)具有數(shù)字通訊功能的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)橋式起重機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，維護(hù)及遠(yuǎn)程的故障診斷等功能。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)在**老師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)，無(wú)不凝聚著李老師的心血和汗水，在三年的大學(xué)學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著院系老師們的精心指導(dǎo)和無(wú)私的關(guān)懷，尤其

101、是輔導(dǎo)員和各位任課老師，使我獲得了很多的專業(yè)知識(shí)，并將這些運(yùn)用到了我的設(shè)計(jì)當(dāng)中，順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。在此向各位老師及導(dǎo)師表示深深的感謝和崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 許翏，王淑英.電氣控制與PLC應(yīng)用[M]. 第三版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，第三版. 2005.</p><p>　　[

102、2] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[3] 周彩珍.基于PLC的起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2007，(02).</p><p>　　[4] 鄧肖奧，汪雄海.橋式起重機(jī)變頻調(diào)速及PLC控制的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程，2006，(9).</p><p>　　[5] 劉善漢.PLC在橋式起重機(jī)