起重机变频调速控制系统的设计毕业设计 精品Word文档格式.docx

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其次实现了变频器的参数设置、电机的启动和停止及其系统故障报警。

PLC系统通过采用SIEMENSS7-200来控制起重机大车、小车的运行方向和速度换挡，吊钩的升、降方向及速度换挡，检测各个电机故障现象。

减少了传统继电-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。

关键词：

起重机；

可编程控制器；

变频调速

DesignofFrequencyControlSystemInCrane

ABSTRACT

Thecranecarriesakindoftypicalequipmentinthesuppliessystem，soithaveextensivefunctionintheactivityofproducingenterprise,soitisimportanttoimprovethecraneoperationaleficiency,guaranteethesafereliabilitytobeoperated,reducethecostofthesuppliescarrying.Butthetraditionalcranecontrolsystemmainlyadoptsrelayandcontactortocontrolcrane，adoptthemethodsofwirewindingbunchofresistancetostartandadjustspeedofmotor，thecontrolsystemhavemanydisadvantages,forexample:

dependabilityisbad,itiscomplicatedtooperate,faultrateishigh.theelectricenergyiswastedgreatly,efficiencyislow.Carryingontheresearchtotheranecontrolsystemhasrealisticmeanings,Tothequestionthatexistinthecranecontrolsystem，thepaperapplyprogrammablecontrollerandfrequencyconverteroncontrolsystemofbridgecrane，havecarriedondeeperresearch.inrelevantrespects.Firstofallcranesoperatinginaccordancewithfeaturesofthecontrolsystemofthecraneanditscomponents.Converterfollowedbyasetofparameters,startandstopthemotorandsystemfailurealarm.PLCsystemthroughtheuseofSIEMENSS7-200tocontrolthecrane,theoperationofcardirectionandspeedshift,thehookup,down-shiftdirectionandspeed,alltheelectricalfaultisdetected.Reducethetraditionalrelay-touchthemiddlepartofcontrolsystem.Areductionofthehardwareandthelineofcontrolhasgreatlyimprovedsystemstability,reliability.

Keywords:

cranes;

programmablecontrollers;

FrequencyControl

1绪论

1.1传统起重机控制系统存在的问题

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。

经过几十年的发展，我国起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了起重机的技术进步。

传统起重机的调速系统存在的问题：

（1）传动性能差

（2）可靠性差（3）增加能耗（4）增加使用维修成本（5）危险性也比较高。

传统的起重机驱动方案一般采用：

（1）直接起动电动机；

（2）改变电动机极对数调速；

（3）转子串电阻调速；

（4）涡流制动器调速；

（5）可控硅串级调速；

（6）直流调速。

前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速：

起动电流大，对电网冲击大；

常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重；

功率因数低，在空载或轻载时低于0.2～0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。

可控硅串级调速虽各服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。

1.2起重机电气传动技术的国内外发展概况

国外发达国家的起重机，很多都采用变频调速系统控制。

即使在发展中国家的比例也比较高。

我国虽然近几年对传统的起重机控制系统进行了一些变频调速系统改造，并且很多起重机生产厂家开始采用变频调速系统，但绝大部分用户仍然使用传统的“绕线式电动机转子串电阻调速系统”方式，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SCR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及其性能：

l.DC-300直流驱动调速系统：

GE公司DC-300,DC-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采用的方案而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，早在二十世纪六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究。

目前，该技术已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。

目前，变频调速的控制方法有恒压频比控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制等。

这些控制方法都得到了不同程度的应用，但其控制性能有一定的差异。

变频器使用PWM技术可严格地使输入电流正弦即在下降过程各机械减速制动中，将动能和位能转化为电能反馈电网，达到理想的节能指标，同时确保工况正常运行，上述发展己完成了产品系列化上市，对“变频”装置在技术上以及经济上与其他驱动装置竞争将有明显的优势。

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.起重机工作环境差，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。

近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，同时也带动电气传动和自动控制领域的发展。

其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在起重机系统提供了有利条件。

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PLC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四个部分：

（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。

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。

（4）桥式起重机变频调速系统软件设计即本论文的第五章，主要是系统的PLC程序设计。

它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

异步电动机的转速公式：

（2.1）

式中：

为电动机的转速；

为电动机定子的频率；

为电动