毕业设计PLC在桥式起重机天车中的应用.docx
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毕业设计PLC在桥式起重机天车中的应用
毕业设计
前言……………………………………………………………………4
第一章PLC在桥式起重机（天车）中应用的前景
1.1PLC发展前景………………………………………………7
1.2PLC控制桥式起重机（天车）改造的优缺点…………………8
第二章20/5t桥式起重机常用电器
2.1常用低压电器设备的选择……………………………………10
2.2刀开关和组合开关……………………………………………11
2.3熔断器…………………………………………………………11
2.4低压断路器……………………………………………………12
2.5按钮…………………………………………………………12
2.6接触器…………………………………………………………13
2.7热继电器………………………………………………………13
第三章20/5t桥式起重机参数，组成
3.120/5t桥式起重机基本参数…………………………………14
3.220/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量选用……………18
3.3电阻器和频敏变阻器…………………………………………20
3.4制动装置选用…………………………………………………21
3.620/5t桥式起重机的起重小车………………………………22
第四章20/5t桥式起重机机械设备
4.120/5t桥式起重机桥架及运行机构……………………………25
4.220/5t桥式起重机的车轮选择…………………………………26
4.320/5t桥式起重机的抓斗……………………………………27
4.520/5t桥式起重机的钢丝选择………………………………27
第五章凸轮控制器，变频器
5.1凸轮控制器…………………………………………………29
5.2变频器………………………………………………………30
第六章PLC的选型,控制梯形图
6.1PLC选型…………………………………………………32
6.2PLCI/O点分配控制程序及梯形图………………………33
第七章20/5t桥式起重机电气控制线路
7.120/5t桥式起重机工作原理………………………………38
7.220/5t桥式起重机主令控制器通断表……………………39
7.320/5t桥式起重机电气控制装置的安装要点……………40
第八章起重机数字化控制系统的简述
结束语……………………………………………………………42
参考文献…………………………………………………………42
前言
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。
起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。
小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。
起重机运行机构的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。
起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。
当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。
单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。
主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。
主粱上焊有轨道，供起重小车运行。
桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。
正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。
偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。
四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。
普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。
起重量可达五百吨，跨度可达60米。
简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。
桥架主粱是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。
桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。
冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。
这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。
主要有五种类型。
铸造起重机：
供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。
主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。
夹钳起重机：
利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。
脱锭起重机：
用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。
小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：
有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。
加料起重机：
用以将炉料加到平炉中。
主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。
主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。
副小车用于修炉等辅助作业。
锻造起重机：
用以与水压机配合锻造大型工件。
主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。
第一章PLC在桥式起重机（天车）中应用的前景
1.1PLC发展前景
1随着工业自动化的发展，PLC、变频器在工厂设备改造中得到了广泛应用。
桥式起重机由于工作环境比较恶劣，而且重载下频繁起动、制动、反转、变速等操作，还要求有一定的调速范围，所以传统的继电控制和串电阻调速已呈现出许多的缺点，对这一类生产机械的改造已十分必要。
2原设备的基本情况
某玻璃厂备煤车间的抓斗式桥式吊车用于装煤，玻璃的放场，将玻璃从地面抓放到停放在附近的列车上。
桥式吊车电气传动共有大车电机2台，小车电机1台，抓斗电机1台，抓斗提升电机1台，均为绕线式交流电动机，采用转子串电阻的方法启动和调速。
由于工作环境恶劣，粉尘和有害气体对电机滑环、碳刷及21个接触器腐蚀较大，加上任务重，操作程序难以保证，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，平均每月发生较大的故障2.5次，对生产影响较大.转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低，因此要从根本上解决桥式吊车故障率高的问题，只有利用PLC作为控制装置以及彻底改变绕线式电机串电阻调速方式。
1.2PLC控制桥式起重机（天车）改造的优缺点
1PLC改造后的情况
在现代工业控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点而得到了广泛的应用，由于本系统主要是一些逻辑控制，所以以PLC作为控制核心，整个系统的输入26点，输出点27点，可选用三菱FX2N-64MR，该型号是PX系列中功能最强速度最快的PLC，它有32个输入点，32个输出点，内置用户存储器为8K步，系统的组成原理图对于桥式吊车抓斗的开合、提升、大车、小车电机分别用四台FRNIC5000G7型变频器拖动；对抓斗的开合电机、提升电机由原来45KW的绕线式电机改为30KW鼠笼型电机，大车小车的配用电机不变，但将转达子绕组引出线短路，去掉碳刷和滑环；为使工作安全和可靠，防止因停电、变频器跳闸或制动单元失灵而导致起吊物下砸出现危险，原有机械抱闸制动装置仍保留。
2调速系统的工作情况
桥吊中电机所带负载都为恒转矩负载，抓斗开合、大车、小车电机都运行在1、3象限，均为电动状态，抓斗提升电机可运行在1、3、4象限，采用变频调速，机械特变硬，当负载转矩变化时，电机转速基本不变。
桥式吊车的速度调节可利用变频器的多级频率选择功能，将FWD、CM接通则正转，REV、CM接通则反转，将X1、CM，X2、CM，X3、CM三对端子分别接通，或其中两对或三对同时接通，可得7种频率，从而可方便地得到桥吊所要求的正反两个方向各6种速度。
应现场工作人员的要求，为照顾操作习惯，桥吊的转速控制仍采用原来的主令控制器和凸轮控制器。
利用主令控制器的五对触头，来得到变频器输出的6种转速。
电机加减速的时间可以通过变频器的设定来进行改变。
3从改造后运行来看，取得的效果非常明显。
主要表现为：
1）桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高。
2）系统运行的开关器件实现了无触点化，具有半永久性的寿命。
3）由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长。
4）电磁制动器在低速时动作,其闸皮的磨损很小，使用寿命延长。
5）降低了对电网的冲击。
6）节约能源，变频调速的启动、制动、加速、减速等过程中，电机运行电流小。
以本案来讲，节能可达30%左右。
该项目投资总费用为15万元，改造完毕，投入运行。
经同期对比，在生产工况相同的情况下，改造后的电耗和维修费用比改造前每月下降约6000元，2年左右的时间就可收回投资。
第二章20/5t桥式起重机常用电器，电机及选用
2.1常用低压电器
正确地选择电气设备对供电的可靠性，安全性，经济性都有重要的意义。
首先，应根据使用环境选择电气设备的类型，是所选电气设备与环境条件相适应；其次，按电路的实际工作条件选择和校验电气设备的技术参数，以保证电力系统在正常时和发生故障时，电气设备均能安全,可靠地工作。
选择电气设备时应尽量选择国产先进设备，并注意在技术合理的条件下尽量节约投资。
不同的电气设备在选择时考虑的条件也不尽相同，下面简绍选择电气设备的一般原则。
一，按使用环境选择电气设备的类型
为了适应不同的装设地点，电气设备分为户内式和户外式；按照不同的工作环境又分为普通型，防污型，湿热型，高原型和矿用型等。
矿用型又分为矿用一般型和矿用防爆型。
矿用防爆型又分为增安型，隔爆型，本质安全型等。
此外，还有其他一些分类方法。
选择时，应首先根据电气设备的工作环境条件选择出合适的型号。
二，按正常工作参数选择选择电气设备
（一）根据额定电压选择
所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压，或电气设备的最高允许工作电压（1.1~1.15UN）应不低于所在电网的最高电压，即UN≥UWN
（1.1~1.5）UN≥UWn
（二）根据额定电流选择
电气设备的额定电流应不小于通过他的最大负荷电流，即IN≥I30
三，按短路条件校颜电气设备
（一）开关电器断流能力的校验
（二）电气设备的短路稳定性校验
2.2刀开关和组合开关
1.普通刀开关（开启式负荷开关）
普通刀开关是是一种简单手动的控制电器，它由操作手柄，静动触头，进出线座和绝缘底板等组成。
推动手柄，是动触头紧紧的插入静触头中，电路就被接通。
其结构简单，操作方便，价格便宜。
因不设专门的灭弧装置，所以不宜分段负载电流，不宜频繁操作。
它适用于照明，电热设备及小容量的电动机控制线路中。
2.组合开关
组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的。
它由装在同一根轴上的单个或多个单级旋转开关叠装在一起组成的，有单极，双极，三极结构，根据动触片和静触片的不同组合，有许多接线方式。
2.3熔断器
熔断器是最常用的短路保护电器，串联在被保护的电路中。
熔断器中的熔片或熔丝统称熔体，一般有电阻率较大而熔点较低的合金制成，在电流较大的电路中也有用细铜丝制成的。
线路在正常工作时，熔断器的熔体不熔断，一旦发生短路，熔体应立即熔断，及时切断电源，已达到保护线路和电气设备的目的。
2.4低压断路器
低压断路器原来叫自动空气断路器，简称断路器。
这是低压配电网络电力拖动系统中常用的一种配电电器，它集控制和多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路以及控制电机的运行。
当电路中发生短路，过载和失压等故障时，它能自动切换故障电路和电器设备。
低压断路器主要由动触头，静触头，灭弧装置，操作机构，热脱扣器，电磁脱扣器及外壳等部分组成的。
其结构符号如下：
在设计过程中会用到：
单P10A，12A,
主要用于控制回路电源控制
双P12A,24A,32A,63A
3P32A,63A
断路器：
16A,32A,63A,80A,100A,125A,160A,200A..........
主要用于主回路电源的控制
2.5按钮.
按钮是一种具有用人体的一部分（一般为手指或手掌）施加力而操作的操动器，并能够储能复位的控制开关，按钮的触头允许通过的电流较小，一般不超过5A，因此一般情况下它不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器，继电器等电器，在由他们去控制主断路的通断，功能转换或电气联锁。
按钮主要用于控制桌面来控制电器：
有启动按钮，停止按钮
2.6接触器
接触器的结构：
电磁系统，触头系统，灭弧装置及辅助部件组成。
选用条件：
（1）选择接触器主触头的额定电压
接触器主触头的额定电压应大于或等于控制线路的额定电压。
（2）选择接触器主触头的额定电流
（3）选择接触器吸引线圈电压
当控制线路简单，使用电器较少时，为节省变压器，可直接选用380V和220V的电压，当线路复杂，使用电器超过5小时，从人生和设备安全角度考虑，吸引线圈的电压要低一些，可用36v或110V电压的线圈。
（4）选择接触器的触头数量及类型
设计过程中考虑到线路的精简及接触器的更换统一选择吸引线圈的电压为220V，
2.7热继电器
热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器。
所谓反时限动作，是指继电器的延时动作时间随通过电路电流的增加而缩短，热继电器主要用于电动机的过载保护，断相保护
电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。
热继电器的选用：
一般情况下，热元件的镇定电流为电动机额定电流的0.95~1.05倍
第三章20/5t桥式起重机参数，组成
3.120/5t桥式起重机基本参数
桥式起重机（天车）早已系列化和标准化。
其统一参数如下;
1.质量和载荷参数：
起重量G，有效起重量Gp，额定起重量Gn，总起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重倾覆力矩MA，起重机总质量Go，轮压P
2.起重机尺寸参数：
幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，悬臂有效伸缩距l，起升高度H，下降深度h，起升范围D，起重臂长度Lb，起重机倾角
3.运动速度参数：
起升（下降）速度Vn，微速下降速度Vm，回转速度ω，起重机（大车）运行速度Vk，小车运行速度Vt，变幅速度Vr
4.与起重机运行线路有关的参数：
跨度S
5.一般性能参数：
工作级别，机构工作级别
6. 跨度指桥式起重机运行轨道中心线之间的水平距离，单位为m，桥式起重机的小车运行轨道中心线之间的距离称为小车的轨距，地面有轨运行的臂架式起重机的运行轨道中心线之间的距离称为该起重机的轨距。
通用桥式起重机技术参数表
（1）
起重量t
跨度
m
起升高度m
速度m/min
重量t
最大
轮压
kN
荐用轨道
主钩
副钩
主钩
副钩
起升
运行
小车
起重机
主钩
副钩
小车
起重机
80
20
13-31
20
22
5.5/1.8
7.8/2.6
43.6
90
32
84-117
30-37
QU80
100
32
13-31
20
22
5.6/1.9
9.3/3.1
43.6
90
41
95-130
35.5-44
QU100
100
32
13-31
30
32
5.6/1.9
9.3/3.1
43.6
90
45
95-135
36.5-45
QU100
125
32
13-31
20
32
4.3/1.4
9.3/3.1
43.6
70
42
90-140
41-51
QU100
125
32
13-31
30
32
4.3/1.4
9.3/3.1
43.6
70
46
95-145
29-54
QU100
160
50
13-31
30
32
3.7/1.2
7.2/2.4
29.3
61
64
110-186
51-33
QU100
200
50
13-31
22
26
2.8/0.9
7.2/2.4
29.3
45.2
67
135-195
32-39
QU100
200
50
13-31
32
32
3.1/1.0
7.2/2.4
29.3
45.2
75
143-203
33-40
QU100
250
50
13-31
28
32
2.3/0.8
7.2/2.4
29.3
45.2
79
148-212
37-46
QU120
起升及运行速度栏内后一速度为下降调速后之速度
工作级别均为A5
电源AC,380V,50Hz
通用桥式起重机技术参数表
（2）
起重量
t
小车起重量t
跨度m
起升高度m
速度m/min
重量t
最大轮压KN
荐用轧道
主钩
副钩
主钩
副钩
起升
运行
一号小车
二号小车
起重机
主钩
副钩
小车
起重机
200
200
50
33
32
32
3.13
9.83
28
42.8
72
67
290
480
QU100
400
250
50
33
28
32
2.32
9.83
28
37.5
76.5
76.5
430
760
QU120
400
300
80
34
32
33
3.03
9.2
26.2
37.5
126.3
105
490
770
QU120
工作级别均为A5；电源AC,380V,50Hz
1.起重量和工作级别
20/5t桥式起重机的起重量和工作级别见下表
取物装置
起重量系列∕t
工作级别
吊钩
单小车
3.2，4，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160，200，250，
A1~A6
双小车
2.5+2.5,3.2+3.2,4+4,5+5，6.3+6.3，8+8，10+10，12.5+12.5，16+16，20+20，25+25，32+32，40+40，50+50，63+63，80+80，100+100，125+125，
A4~A6
抓斗
3.2，4，5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50，
A5~A7
电磁吸盘
5,6.3,8,10,12.5,16,20,25,32,40,50,
注：
1.当设有主、副钩时，其匹配关系为3：
1~5：
1，并用分子分母形式表示，如：
80∕20：
50∕10等。
2．二用、三用的起重量根据用户需要进行匹配。
表中16t以上的起重机有主副两套起升机构，副勾起重量一般
为主钩起重量的1/3~1/5.起重量用分数形式表示，分子为主钩起重量，分母为副勾起重量。
2.跨度
我国生产的桥式起重机标准跨度在10.5~31.5m之间（每3m一个间距），在选用时要注意，建筑物（厂房）跨度与起重机跨度应符合下表要求：
起重量Gn∕t
建筑物跨度定位曲线L
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
跨度S
≤50
无通道
7.5
10.5
13.5
16.5
19.5
22.5
25.5
28.5
31.5
34.5
有通道
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
63~125
—
—
16
19
22
25
28
31
34
160~250
—
—
15.5
18.5
21.5
24.5
27.5
30.5
33.5
注：
有无通道，系指建筑物上沿着起重机运行线路是否留有人行安全通道。
3.起升高度
小吨位起重机起升高度一般有6m,8m，10m，12m，14m，16m，等规格供选择，大吨位起升高度一般在24m以下。
4.工作速度
国产起重机系列的速度范围
主钩起升速度中小吨位1.6~16m/min
大吨位0.63~10m/min
小车运行速度10~63m/min
大车运行速度20~125m/min
3.220/5t桥式起重机变频调速系统电动机容量选用
电机的选择：
起重机提升和运行机构的调速比一般不大于1:
20，且为断续工作制，通常接电持续在60%以上，负载多为大惯量系统。
严格意义上的变频电机，转动惯量较小，响应速度较快，可工作在比额定转速高出很多的工况条件下，这些特性均非起重机的特定要求。
普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致；在连续工作时考虑到冷却效果限制了普通电机转矩应用值，普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。
普通变频器在调度比为1:
20的范围内确保起重机上普通电机有150％的过载力矩值。
此外起重机电机多用于大惯量短时工作制，通常不工作时间大于或略小于工作时间。
电机在起动过程中可承受2.5倍额定电流值，因此高频引起的1.1倍电流值可不予考虑。
但若电机要
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