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1.2.1起重机简介

起重机（Crane）属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。

一个工作循环包括：

取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。

1.2.2起重机的分类

起重机按用途分为通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、港口起重机、铁路起重机、造船起重机、甲板起重机、仓储起重机。

在建桥工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重机，缆索式起重机四大类。

轻小型起重设备如：

千斤顶、气动葫芦、电动葫芦、平衡葫芦（又名平衡吊）、卷扬机等。

桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。

臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机等。

根据驱动方式：

可分为两大类：

一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；

另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。

中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。

1.3卫华公司常见起重机

1.3.1电动葫芦

CD电动葫芦：

常速电动葫芦（主要生产0.25t~20t）；

MD电动葫芦：

多速电动葫芦（主要生产0.25t~20t）；

STI系列欧式电动葫芦

1.3.2通用桥式起重机。

吊钩桥式起重机（QD系列）；

电磁桥式起重机（QC系列）抓斗桥式起重机（QZ系列）

1.3.3门式起重机

单主梁门式起重机：

单主梁门式起重机（用于小吨位<

30t），有L型门机、C型门机、A型门机；

吊钩门式起重机（MDG单小车、MDE双小车）；

电磁门式起重机（MDC）；

抓斗门式起重机（MDZ）。

双主梁门式起重机：

双主梁门式起重机（用于小吨位>

50t），有U型门机、A型门机；

吊钩门式起重机（MG单小车、ME双小车）；

电磁门式起重机（MC）；

抓斗门式起重机（MZ）。

1.3.4冶金起重机。

主要用于金属冶炼、轧制和热加工等的专用起重机（YZ系列）。

第二章QD桥式起重机电气原理图的绘制

2.1CAD的介绍

2.1.1CAD的简介

CAD即计算机辅助技术（CAXC）认证。

CAD（ComputerAidedDesign）诞生于60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。

计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。

　70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。

80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。

当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故不能普遍应用。

而当时的Autodesk公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。

同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。

设计者很早就开始使用计算机进行计算。

有人认为IvanSutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。

SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：

设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。

实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。

CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。

随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。

CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。

这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。

计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。

如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。

　　随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。

以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。

2.1.2CAD软件介绍

　　除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，cad主要使用交互式图形显示软件、cad应用软件和数据管理软件3类软件。

交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。

cad应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领域的各种专门设计。

构造应用软件的四个要素是：

算法、数据结构、用户界面和数据管理。

数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。

为此，需要建立工程数据库系统。

2.1.3常用快捷方式：

2.2主升WHQS2电气原理图

2.2.1主升WHQS2电气原理图的CAD绘制（见附录）

2.2.2主升WHQS2电气工作原理分析：

（一）置为0档时，主令触点1通电闭合，-K00线圈得电，常开触点-K00/22闭合，形成自锁。

常开触点-K70/28处于断开状态，制动器-Y10、-Y20断电，抱紧，防止重物下降。

（二）上升过程：

（1）切换到上升1档时，主令触点1失电端开，由于常开触点-K00闭合自锁作用，因此电流由-K00/22通过。

-F70起超载保护作用，-SX90起上限位保护作用。

此时，主令触点3、4、5、8、11得电闭合。

常闭触点-K20/25、-K050/14处于闭合状态，线圈-K10得电，常开触点-K10/24得电闭合，自锁，线圈-K70得电，常开触点-K70/28闭合，制动器-Y10、-Y20通电松开，电机正转。

同时，时间继电器-K041线圈得电，通电延时闭合触点-K041/31延时0.2秒后闭合，线圈-K43得电，常开触点-K43/25得电闭合，切除一级主升电阻，电机运行为1档速度。

（2）切换到上升2档时，主令触点3、4、5、8、9、11得电闭合，由于线圈-K43得电，常开触点-K43/25得电闭合，线圈-K42得电，常开触点-K42/26得电闭合，切除二级主升电阻，电机运行为2档速度。

（3）切换到上升3档时，主令触点3、4、5、8、9、10、11得电闭合，线圈-K42得电，常开触点-K42/26得电闭合，时间继电器-K042线圈得电，通电延时闭合触点-K042/32延时0.6秒后闭合，线圈-K41得电，常开触点-K41/26得电闭合，切除三级主升电阻。

同时，时间继电器-K043线圈得电，通电延时闭合触点-K043/32延时0.3秒后闭合，线圈-K40得电，常开触点-K40/27得电闭合，切除四级主升电阻（即主升电阻全部切除），电机高速运行，为3档速度。

（三）电机在上升档正常运转时，由于时间继电器-K040得电，断电延时断开触点-K040/28闭合，线圈-K051得电，使常开触点-K051/29闭合，自锁。

当由上升1档到下降1档过程时，由于-K040/28断电延时作用（0.6秒），使得线圈-K70立即失电，避免制动器断电作用抱死重物。

（四）下降过程：

（下降时，不能由0档直接切换到下降1档，由于-K051线圈不得电，常开触点-K051/29无法闭合，线圈-K70不得电，常开触点-K70处于断开状态，制动器-Y10、-Y20断电，抱紧重物，电机无法运转）。

从上升3档切换到上升2档，接入外接的三级、四级主升电阻。

从上升2档切换到上升1档，接入外接的二级主升电阻。

（1）从上升1档切换到下降1档时，主令触点5、11闭合。

此时，由于常开触点-K051/29闭合，线圈-K10得电，常开触点-K10/24得电闭合，常闭触点-K10/24得电断开，因此电机通电依然为正转。

但由于重物力矩的作用，可能处于上升或者下降状态。

（2）切换到下降2档时，主令触点6、7、8、11闭合，线圈-K10失电，常开触点-K10/24失电断开，常闭触点-K10/24、-K050/14处于闭合状态。

线圈-K20得电，常开触点-K20/25得电闭合，自锁，电机反转。

同时线圈-K43得电，常开触点-K43/25得电闭合，切除一级主升电阻，电机运行为2档速度。

（3）切换到下降3档时，主令触点6、8、9、10、11闭合。

由于常开触点-K43/25闭合，线圈-K42得电，常开触点-K42/26得电闭合，切除二级主升电阻，同时时间继电器-K042线圈得电，通电延时闭合触点-K042/32延时0.6秒闭合。

此时同上升档3档相似，逐步切除三级、四级电阻直至完全切除主升电阻，电机高速运行，为下降3档速度。

2.3配电保护电气原理图

2.3.1配电保护电气原理图的CAD绘制

2.3.2配电保护电气工作原理分析

配电保护电路采用三相四线制的电源，PE为地线。

电路中电流不过载的情况下，按下手动开关-F30、-F31，按下启动按钮-SB10，常开触点-F10/15上电吸合，综合保护器-F10/27通电显示灯显示电源是否缺相，同时线圈-K10得电，常开触点-K0/27得电闭合，四个机构（主升、副升、大车、小车）接入主电路中。

两灯-H00、-H01亮灯，-H00灯检测是否短路过载，-H01灯是工作指示，检测电路是否通电，机器正常工作。

（1）零位保护

按下启动按钮-SB10（点动开关），进入零位保护模式。

此时，常开触点-F10/15上电吸合，线圈-K10得电，常开触点-K0/27得电闭合，自锁。

如果在工作过程中突然断电，线圈-K0失电，则机器停止运转。

当再次来电时，若无人按下启动按钮-SB10,线圈-K10勿发得电，则整个电路仍然不通。

零位保护是为了防止工作人员不在时，断电后再次来电导致机器自行启动。

（2）限位保护

当主升机构在吊着重物上升的过程中，达到了上升的极限位置时，上升限位开关=05-SX90断开，电路电源被切断，机构停止继续上升。

将凸轮手柄回零，按下启动按钮-SB10再次接通电源时，因为上限位开关断开，机构只能向相反方向运转，即重物下降。

同理，副升机构达到上升限位时，上升限位开关=06-SX90断开，重新接通电源后重物下降。

而大小车机构是左右运行的，到达左右极限位置时，左右限位的重锤开关动作（小车左：

=10-SX90右：

=10-SX91；

大车左：

=12-SX90右：

=12-SX91）断开，重新接通电源后，机器往相反方向运行。

（3）超载保护

主升机构中，重物在提升的过程中如果发生超载，感应主升超载的报警装置=05-F70就会显示超载，常闭触点=05-F70/21就会断开，切断整个回路的电源，重新接通电源后，主升机构奖通过并联回路下放重物。

副升机构的超载保护同主升机构（报警装置=06-F70就会显示超载，常闭触点=06-F70/22就会断开）

（4）安全门开关保护

为了防止操作人员和检修人员发生意外，在操纵室通往桥架的航车舱门口均装有安全门开关，在开启任意一个舱门时，安全开关动作就能切断电源，即-SX90~-SX94五个安全门开关任意一个断开，航车都将停止运行。

（5）急停

在起重机操作过程中，在突发状况下，要让机器立刻停止运转，就要按下急停按钮-SB21，使整个电路断电。

要再次启动机器，就得重新接通电源。

第三章往复行程实验

3.1PLC的介绍

3.1.1PLC的简介

可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，它是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。

继电器在控制系统中主要起两种作用：

逻辑运算和弱电控制强电。

计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。

因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器。

基本组成

3.1.2基本工作原理

PLC是采用循环扫描的工作方式。

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符号后返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

PLC的工作过程就是PLC的扫描循环工作过程，一个循环扫描周期主要可分为3个阶段，输入刷新阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

如图1-2所示：

一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

3.2变频器的介绍

3.2.1变频器的简介

标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。

通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

3.2.2变频器的控制方式

低压通用变频输出电压为380V-650V,输出功率为0.75~400kW，工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了一下四代。

2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式。

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在行业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高，控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性等。

因此人们又研究出矢量控制变频调速。

3.2.3变频器的原理

我们知道,交流电动机的同步转速表达式为：

n=60f（1-s）/p

式中，n—异步电动机的转速，f—异步电动机的频率，s—电动机转差率，p—电动机极对数

由上述公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0~50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

变频器就是通过改变电动机的电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率的、高性能的调速手段。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

3.2.4注意事项

改变频率和电压是最优的电机控制方法。

如果仅改变频率，电机将被烧坏。

特别是当频率降低时，该问题就非常突出。

为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。

我们经常听到下面的说法：

“电机在工频电源供电时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。

如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流）。

而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。

所以变频器驱动的电机起动电流要小些。

3.3往复行程实验过程

PLC变频器电机模型

3.3.1往复行程实验接线图

3.3.2I/O分配表

PLC的输入/输出接口分配表

输入信号

PLC地址

输出信号

手动/自动切换

I0.0

电机正转输出

Q0.0

电机正转输入

I0.1

电机反转输出

Q0.1

电机反转输入

I0.2

电机加速1档输出

Q0.2

自动启动

I0.3

电机加速2档输出

Q0.3

前限位

I0.4

后限位

I0.5

M0.0中间位置信号T37加速时间1

M0.1前限位信号T38加速时间2

M0.2后限位信号T39停止时间1

M0.3方向变换中间信号T40停止时间2

3.3.3往复行程实验程序（S7-200）（见附录）

3.4用变位器调节变频器频率

3.4.1用变位器调节变频器频率接线图

来处

线号

去处

备注

电源板

L1，L2，L3,PE

变频器接口板

电源

单机模型

U，V，W，PE

（选件）

PLC板

24V+

24V-

电位器

1

变频器端子

+10V

模拟输入

2

AI1

3

SCR，GND

电流表

0~25Ma

AO

模拟输出

GND

+24V

DCOM

3.4.2实验结果显示

总结

一个多月的卫华实习，是对CAD制图软件的一个深入认识，是对如电工学、PLC-200等相关课程的综合复习和了解，同时用学过的知识构建一个全新的网络，也是一次真正下到工厂车间进行动手安装接线的实践机会。

在电气设计部，我们主要任务是呆在办公室学习AutoCAD的使用，我们由完全不懂CAD软件到达可以熟练地用CAD软件绘制电气原理图，是一个需要耐心和细心和工作。

在主升电气原理分析中印象最深就是不能由直接由零档位切换到下降一档，而只能从上升一档切换至下降一档，因为前者无法令电路中的开关闭合导致电路不通电，自然电机无法启动。

而配电保护电路中，诸如零位保护、限位保护、安全门保护之类的配电保护，让我认识到起重机在安全保护方面的设计可谓相当全面。

正是这样，我们通过相互的讨论和向导师请教，以及自己私下查阅相关资料，用心理解导师给的两份原理图的工作原理，通过对其的分析，我们也对起重机有了更深一步的了解。

同时，虽然我们没有跟随导师一起参与合同的设计，导师和我们聊了一些经历及其卫华公司各部分的人才资源，并让我们了解了合同的一些基本要素。

对我们来说，踏入公司势必要接触合同契约，能多了解一些当然最好。

因此我们还简单地了解卫华公司各部门的职责。

主要流程就是：

公司接到订单后，给销售部，需要编写合同号，然后设计部和机械部熟悉合同，设计出图纸，下发到生产部，生产部进行图纸产品的生产（外购或者内购），最后检验其合格性。

总之，虽然不能深入各个部门，但是知道其职责对日后我们找工作有个大致方向。

而在实验室，我们的任务主要是针对变频器、PLC、触摸屏等的学习和实践。

我们做的是往复行程的实验，实际上，连接线路不是非常复杂，关键是如何理解。

其中包括了如何实现手动、自动的控制，时间控制以及行程控制。

由编写的程序图来看，时间控制相对而言会复杂一些，毕竟每个定时器之间的关系和定时时间必须真正理解透彻。

后来，我们还利用变位器来调节变频器的频率。

从0～50HZ的调节。

这种方法其实在大学期间我们也接触过，只是可能都生疏了。

现在重新复习一次这种方法，加深了我们的印象。

变频器的24V电压需要分别供给给PLC数字输出端、变频器数字控制端使用，因此二者的负极不能接在PLC的电源端，必须要在变频器上共地连接。

连线时我正是将共地的导线接成短路了，导致一开始实验并不像想象的那样一帆风顺。

所以这个过程不仅需要智慧，细心也是非常必要的。

在电气班，就是去工厂车间实践。

在这里我们的主要任务是学习电气安装工艺及安装的实践。

我们当时没想过会自己接线的，因为除了线路复杂，而且接不好的话师傅还得返工，毕竟安全最要紧。

后来大概因为我们比较认真，有个师傅给了我们一个主电路接线的机会（主电路比较简单，我们组师傅一般是接子电路，复杂程度很高）。

大家都显得特别兴奋。

我们重新把电路图分析了一遍，确定了过流继电器、综合保护器、时间继电器、接触器、断路器等各元器件所在位置和编号，便开始动手接线。

有时候我们为了一个未解的问题争论不休或者冥思苦想，但是解决问题的过程让人很有成就感。

特别是各个时间继电器和接触器的通电顺序，我认真理解了很久才明白。

接线过程中，上螺母也是一件体力活，虽然累，但是我们女生也拧得不亦乐乎。

最后我们还有幸见到了工人师傅电气故障排和调试的过程。

虽然我们是不知道故障所在，但是排查完故障调试成功后，我们拿着仪器真实体会起重机电气控制的工作过程，也觉得很有意义！

正是因为卫华在电气自动化研究与制造领域拥有一支技术过硬、作风优良的研发团队，为我们提供了这样多元化、全方