基于PLC的塔式起重机双电机提升机构控制系统的设计课程设计.docx

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基于PLC的塔式起重机双电机提升机构控制系统的设计课程设计

设计题目：

基于PLC的塔式起重机双电机提升机构

控制系统的设计

院系：

信息工程学院

专业：

自动化1班

姓名：

学号：

指导老师：

完成日期：

20年12月

一塔机介绍..................................................................................................3

二双电机提升机构控制系统的设计..............................................................4

提升机构介绍..................................................................................4

控制主电路设计...............................................................................4

速度控制..........................................................................................4

起升下降控制...................................................................................6

档位控制.........................................................................................6

控制电路.........................................................................................7

控制主程序......................................................................................7

三总结........................................................................................................11

四参考资料.................................................................................................12

基于PLC的塔式起重机双电机提升机构控制系统的设计

一塔机介绍

塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械在工业与民用建筑施工中是完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备。

基本结构图如图1所示。

工作机构主要包括：

起升机构、回转机构、小车牵引机构、台车行走驱动机构等；起升机构是塔式起重机中最重要、最基本的机构，是以间歇，重复工作方式，将重物通过其中吊钩或其他吊具悬挂在承载构件（如钢丝绳、链条）上进行起升、下降，或起升与运移的机械设备。

主要安装在塔式起重机的起重臂上。

其主要组成部分有：

电机、变速箱、制动器、卷筒、底架、轴承座和安全装置等。

在高层建筑施工中其幅度利用率比其他类型起重机高。

由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的80%，普通履带式、轮胎式起重机幅度利用率不超过50%，而且随着建筑物高度的增加还会急剧的减少。

因此塔式起重机在高层工业和民用建筑施工的是使用中一直处于领先地位。

应用塔式起重机对于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价起着重要的作用。

图1塔式起重机整体结构图

1-固定基础；2-固定支腿；3-附着装置；4-顶升机构；5-下支座；6-上支座；7-回转机构；8-回转塔身；9-司机室；10-变幅机构；11-载重小车；12-吊钩；13-起重臂；14-起重臂拉杆；15-塔顶；16-平衡臂拉杆；17-平衡臂；18-平衡重；19-起升机构；20-电控柜；21-塔身

二双电机提升机构控制系统的设计

提升机构介绍

起升机构是塔式起重机最重要的传动机构，它要求重载低速，轻载高速，调速范围大。

起升机构调速方式的优劣直接影响整机性能。

4绳最大起重量小于等于6t的小中型塔机竞争激烈，成本控制严格，国内以多速电机变极调速为主，方案简单，尚能满足工作需要。

8t和8t以上的中大型塔机需要较好的调速性能，调速方式很多，选择原则有三个：

首先要平稳，冲击小；其次要经济和可靠，符合国情；三是要便于维修。

三速电机变极调速使用普通减速机，由三速电机变极而直接起到气盛机构的高、中、低三档速度，结构简单、成本低廉、维修方便，常采用4/8/32极三速电机。

缺点是换挡时有一定的冲击，慢就为速度不是很理想。

常用于4绳最大起重量小于6t的中小型塔机。

用两电机合成速度，可减小换挡冲击。

控制主电路设计

起升控制电气控制元件包括万能转向开关、起升接触器、下降接触器、低速接触器、高速接触器、短路接触器、和起升制动器等，起升电机采用2个相同的变极调速三相异步电动机：

30Kw，2/4/16极，同步转速分别为3000rpm，1500rpm，375rpm；分别对应为高速、中速、低速绕组配一套液力推杆制动器，起升卷扬机正反转由SQ控制KM1、KM2工作，并由SQ控制KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8实现调速。

速度控制

启动时应由低速向高速过度，停机时应从高到低。

甲、乙两电机通过差动变速箱（与汽车后桥差速器的原理相似）可以合成出6个速度，分别是：

Ⅰ速：

甲电机低速绕组工作（16极）工作；KM1闭合。

Ⅱ速：

甲、乙两电机低速绕组工作（16极）共同工作；KM3、KM6闭合。

Ⅲ速：

甲电机中速绕组工作（4极）工作，乙电机低速绕组工作（16极）工作；KM4闭合，KM6闭合。

Ⅳ速：

甲电机中速绕组工作（4极）工作，乙电机中速绕组工作（4极）工作；KM4、KM7闭合。

Ⅴ速：

甲电机高速绕组工作（2极）工作，乙电机中速绕组工作（4极）工作；KM5、KM7闭合。

Ⅵ速：

甲电机高速绕组工作（2极）工作，乙电机高速绕组工作（2极）工作；KM6、KM8闭合。

控制主电路图如图2

图2控制主电路图

起升安全超力矩限位器SQ的常开不接通、超力矩接触器KM19不接通，起升万向控制开关接通。

若超载超力矩限位SQ接通、超力矩接触器KM19得电，万能转向开关不通电。

主控制电路不通电。

起升下降控制

万能转向器起升档时，起升限位和下降限位器SQ2、SQ3的常闭触点接通、下降接触器KM2的常闭接通，则KM1得电、电机正转、主卷扬收钢丝绳，执行起升动作。

万能转向器下降档时，KM1的常闭接通、KM2得电，电机反转、主卷扬放钢丝绳，执行下降动作。

档位控制

I档：

及启动档，通电，上升的时候电机以速度I提升。

II档：

手柄正、反Ⅱ档均为空档；为保持速度档。

III档：

加速档，手柄正反III档均为加速档。

图3档位控制

将手柄打在下降Ⅲ档时，控制系统将使电机下降从Ⅰ速相隔2秒逐次加速至Ⅵ速；当加速至某一速度时，手柄回到Ⅱ档，速度将保持在原档位不变。

当手柄回到Ⅰ档，速度将逐次降到Ⅰ速；当电机正在运行，手柄回到零位或反向档位时时，无论此时速度为哪一档位，速度将逐次降到Ⅱ速，保持2秒，然后停止；然后反向启动运行。

控制电路

部分控制电路如图4

图4部分控制电路

控制主程序

三总结

通过两周短暂的设计，基于PLC的塔式起重机双电机提升机构控制系统最后在试验台上成功实现。

此次设计是对大三所学过的PLC编程和电机拖动的巩固和加深，通过自己编程、调试、最后完美的实现，感觉很高兴，但是在设计过程中也遇到了较多困难，诸如程序的编写，包括循环移位指令的使用、调速指令的采用等等，不仅自己查阅书籍资料，而且还向老师同学请教，最终这些问题得以解决。

近年来，我国塔机行业通过公关，在认真研究国外技术，结合国情实际情况下，研究出不少好产品，如CAD模块化塔机组合设计，起重、布料两用塔机等。

开发过程中，也解决了大功率起升机构的无极变速、PLC控制问题以及长期困扰人们的起升机构乱绳打扭问题等。

以上问题都是自主开发采用国外关键元器件的办法实现的，但知识产权是自主的。

其中塔机的工作状态监控是我国塔机急需解决又必须解决的课题，这需要对国外技术进行扬弃，根据我国的饿国情着力进行研制，如能解决将会大大推动我国塔机技术发展向质的飞跃。

参考资料

[1]刘保录.电机拖到与控制[M].西安：

西安电子科技大学出版社，2006.

[2]张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术[M].北京：

化学工业出版社，2003.

[3]黄时伟,塔机起升机构调速技术，长沙中联重工科技股份发展有限公司，.