起重机PLC控制改造设计毕业设计.docx

起重机PLC控制改造设计毕业设计.docx

《起重机PLC控制改造设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《起重机PLC控制改造设计毕业设计.docx（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

起重机PLC控制改造设计毕业设计

毕业设计（论文）任务如下：

1、毕业设计（论文）课题：

桥式起重机PLC控制改造设计

2、原始资料：

桥式起重机电路原理图3张，起重机电气元件表一个，该起重机的主钩采用主令控制器控制，副钩、大车、小车行走机构采用凸轮控制器控制，该起重机过载保护采用过流继电器，各方向均设有行程限位开关。

整个起重机控制系统共有5台电动机。

3、设计要求：

把上述起重机的继电-接触器控制系统改造成PLC控制，完成控制系统图绘制和PLC接线图的设计，主要完成PLC的选型设计和地址分配。

4、设计时间：

指导教师：

教务处主任：

年月日

指导人评语：

成绩：

指导人：

年月日

评阅人评语：

成绩：

评阅人：

年月日

第1章绪论

1.1过程控制技术的发展概述

在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。

在本世纪30年代就已有应用。

过程控制技术发展至今天,在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。

在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段,它们是：

分散控制阶段,集中控制阶段和集散控制阶段。

从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个阶段：

开始到70年代为第一阶段，70年代至90年代初为第二阶段，90年代初为第三阶段开始。

其中70年代既是古典控制应用发展的鼎盛时期，又是现代控制应用发展的初期，90年代初既是现代控制应用发展的繁荣时期，又是高级控制发展的初期。

第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中，以单回路结构、PID策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：

使物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。

这与当时生产水平是相适应的。

第二阶段是发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。

这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。

这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。

1975年，世界上第一台分散控制系统在美国Honeywe公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。

分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。

由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多的控制算法（几十至上百种）、较好的人—机界面和故障检测报告功能。

经过20多年的发展，它已日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。

第三阶段是高级阶段，目前正在来到。

1.2对起重机控制电路进行PLC改造的意义

目前，在企业中运行着的许多生产设备在控制技术方面都趋于落后和老化，但并未完成设备的设计寿命。

特别是设备主体的工作性能还十分稳定和可靠，只是在新技术的应用上跟不上时代的发展，运行中的消耗偏高，效率较低，控制性能不够优越。

在这种情况下，若只为追求新技术的应用而提前进行设备的更新换代，将造成极大的浪费，同时增大设备投资的回收难度，提高企业的产品成本。

本设计中20/5吨桥式起重机电气驱动系统分为主钩、副钩、小车、大车四部分。

在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式，其设备存在缺点如下：

1）起重机每天需进行大量的装卸操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中的主要控制元件——交直流接触器和断开电动机上的串接电阻，切换十分频繁，在电流比较大的状态下，容易烧坏触头。

同时因工作环境恶劣，转子回路串接的电阻因灰尘、设备震动等原因经常烧坏、断裂。

因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。

2）拖动电动机容量大，启动时电流对电网冲击大，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命短，操作人员的安全系数较差，设备运行可靠性低。

3）起重机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。

由于由于副钩、大车、小车凸轮控制器之间没有固定的联系，在起重机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。

要解决上述问题，最有前途的作法是对现有设备进行技术改造，提高旧设备的新技术含量。

这样既能有效地发挥现有设备主体的工作性能，又能降低成本、提高效率。

采用PLC（可编程控制器）来控制桥式起重机的运行，可以充分体现出PLC所具有的功能强，可靠性高、编程简单、使用方便、体积小巧等优点。

起重机采用PLC控制，还能解决传统控制方式下在操作方面的许多麻烦，包括开闭电机和起升电机在抓斗刚装料闭合起升时难以同步等问题。

同时，通过采用PLC控制可以减轻工人的劳动强度，提高抓斗桥式起重机的工作性能。

因此，PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。

1.3本设计的主要内容

1）电气控制系统的设计方法

2）继电接触器控制系统设计的一般要求

3）桥式起重机电路的设计

4）桥式起重机控制电路的工作原理

5）桥式起重机电路控制器件的选择

6）桥式起重机电路的检修

第2章桥式起重机电气控制

2.1桥式起重机简介

2.1.1桥式起重机的结构与分类

起重机是一种用于起吊和放下重物并使重物在短距离内水平移动的起重设备。

起重设备有多种形式，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等。

桥式起重机通常分为单主梁、双梁起重机两大类。

按吊具不同又可分为吊钩、抓斗、电磁、两用（吊钩和可换的抓斗）桥式起重机。

此外还有防爆、绝缘、双小车、挂梁等桥式起重机。

不形式的起重机分别用在不同的场合。

如车站货场使用的门式起重机；建筑工地使用的塔式起重机；生产车间使用桥式起重机。

桥式起重机一般通称行车或天车。

桥式起重结构示意如图2.1所示，起重机可以在大车能够行走的整个车间范围内进行起重运输。

桥式起重机主要由大车和小车组成桥架机构，主钩和副钩组成提升机构。

大车的轨道敷设在沿车间两侧的立柱上，大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车上有小轨供小车横向移动；主钩和副钩都装在小车上，主钩用来提升重物，副钩除了可提升轻物外，在它额定负载范围内也可协同主钩轻转或翻倒工作用。

但不允许两钩同时提升两个物件，两个吊钩再单独工作时均只能起吊重量不超过额定重量的重物，当两个吊钩同时工作时，物件重量不允许超过主钩的起重量。

大车运行机构有分别驱动和集中驱动两种，目前我国生产的桥式起重机大都采用分别驱动方式。

小车由起升机构和小车运行机构组成，小车运行机构采用集中驱动方式。

2.1.2桥式起重机的供电特点

起重机的电源为380V，由公共的交流电源供给。

由于起重机在工作时是经常移动的，同时，大车与小车之间、大车与厂房之间都存在相对运动，因此，要采用可移动的电源设备供电。

一般采用软电缆供电。

软电缆可随大、小车的移动而伸展和叠卷。

另一种方法是采用滑触线和集电刷供电。

三根交流电源经由三根主滑触线与滑动的集电刷，引进起重机驾驶室内的保护控制柜上再从保护控制柜引出两相电源至凸轮控制器，另一相称为电源的公用相，它直接从保护控制柜接到各电动机的定子接线端。

滑触线通常采用角钢、圆钢或工字钢等钢性导体制成。

2.1.3桥式起重机的主要技术参数

桥式起重机的主要技术参数有起重量、跨度、起升高度、起升速度、运行速度和工作级别等。

1、起重量系指被起升物的重量，有额定起重量和最大起重量两个参数。

额定起重量是指起重机允许吊起的物品连同可分吊具重量的总和。

最大起重量是指在正常工作条件下允许吊起的最大额定起重量。

起重机械最大起重量在国家标准GB783-87中已有规定。

2、跨度起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离称作跨度。

3、起升高度吊具或抓取装置的上极限位置与下极限位置之间的距离，称为起升高度。

4、工作速度桥式起重机的工作速度包括起升速度及大、小车运行速度。

起升速度指吊物（或其它取物装置）在稳定运动状态下，额定载荷时的垂直位移速度。

中、小起重量的起重机起升速度一般为8～20m/min。

小车运行速度一般为30～50m／min。

大车运行速度一般为80～120m/min。

5、工作级别起重机的工作级别是根据起重机利用等级和载荷状态划分的，它反映了起重机的特性。

按工作级别使用起重机，可安全又充分发挥起重机的功能。

关于工作级别可参阅GB3811-83起重设计规范中的有关规定。

2.2桥式起重机对电力拖动和电气控制的要求

桥式起重机工作环境恶劣，粉尘大，温度高，空气潮湿，其工作性质为重复短时工作制。

因此，拖动电动机经常处于起动、制动、调速、反转工作状态；同时，负载很不规律，经常承受大的过载和机械冲击；另外，起重机要求有一定的调速范围。

为此，专门设计制造了YZR系列起重及冶金用三相感应电动机。

为了更好地起重行业更新桥式起重机配套电机的需要，在YZR系列基础上运用计算机重新设计其电磁方案，研究出了YZR-Z系列起重专用电机。

2.2.1起重用电动机的特点

1）电动机按断续周期工作制设计制造，其代号为S3。

在断续工作状态下用负载持续率FC%表示。

（2-1）

一个周期通常是为10min，标准的负载持续率有15%、25%、40%、60%等几种。

2）具有较大的起动转矩和最大转矩，适应重载下的起动、制动和反转。

3）电动机转子制成细长形，转动惯量小，减小了起、制动时的能量损耗。

4）制成封闭型，具有较强的机械结构，有较大的气隙，以适应多尘土和较大机械冲击的工作环境；具有较高的耐热绝缘等级，允许温升较高。

2.2.2提升机构与移动机构对电力拖动自动控制的要求

为了提高起重机的生产率和生产安全，对起重机提升机构电力拖动自动控制提出如下要求：

1）具有合适的升降速度，空钩能快速升降，轻载提升速度应大于额定负载的提升速度。

2）具有一定的调速范围，普通起重机调速范围为3:

1，对要求较高的起重机，调速范围可达（5～10）:

1。

3）适当的低速区，提升重物开始或下降重物到预定位置附近，都需要低速。

为此，在30%额定速度内应分成几档，以便灵活操作。

高速向低速过渡应逐级减速，保持稳定运行。

4）提升的第一档为预备档，用以消除传动间隙，将钢丝张紧，避免过大的机械冲击。

但预备级的起动转矩不能大，一般限制在额定转矩的一半以下。

5）负载放下时，依据负载大小，拖动电动机可以是电机状态、倒拉反接制动状态与再生发电制动状态。

6）为了安全，有机械抱闸的机械制动，以减轻机械抱闸的负担。

不允许只有电气制动而无机械制动，不然发生电源事故停电时，在无制动力矩作用下，重物将自由下落，造成设备或人身事故。

大车运行机构与小车运行机构对电力拖动自动控制的要求比较简单，只要有一定的调速范围，分几档进行控制即可。

为实现准确停车，应采取制动停车。

2.3起重机电动机的工作状态分析

2.3.1大车、小车行走机构电动机的正、反向电动状态运行

起重机大车和小车运行机构电动机的负载转矩为运行传动机构和车轮滚动时的摩擦阻力矩，其值为一常数，方向始终与运动方向相反。

因此，大车与小车来回移动时，拖动电动机处于正向与反向电动状态运行。

2.3.2提升重物时的正向电动工作状态

提升物品时，电动机负载转矩TL由重力转矩TW及提升机构摩擦阻转矩Tf两部分组成，当电动机电磁转矩T克服负载转矩TL时，重物将被提升；当二者相等时