桥式起重机控制系统毕业设计.docx

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桥式起重机控制系统毕业设计

毕业设计（论文）

题目

桥式起重机控制系统

系别

机械工程学院

专业

机电一体化

班级

机电103

姓名

屈豪杰

学号

100101321

指导教师

陈淑侠

日期

2012-12-20

摘要

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。

本文重点研究起重机的控制，通过使用变频器的调速方法已实现对电机的控制，从而控制起重机。

关键词：

桥式起重机电动机变频器

ABSTRACT

Thebridge-typehoistcraneisthebridgeonekindofbridgehoistcranewhichmovesontheelevatedtrack,alsocallstheoverheadtravelingcrane.Thebridge-typehoistcrane'sbridgealonglaysdownonthebothsideshighstructuretheorbitallongitudinalmovement,thecrabalonglaysdownonbridge'sorbitalcrosswisemovement,constitutesarectangularoperatingregion,mayliftthematerialfullyusingthebridgefollowingspace,notabove-groundequipment'shindrance.thebridge-typehoistcranewidelyappliesintheindooroutsidewarehouse,theworkshop,thewharfandopen-airstoresthematerialsyardandsoonplace.Thebridge-typehoistcranemaydivideintotheordinarybridge-typehoistcrane,thesimpleLiangbridge-typehoistcraneandthemetallurgyspecial-purposebridge-typehoistcranethreekinds.Theordinarybridge-typehoistcranebythecrab,thebridgemovementorganization,thebridgemetalstructureiscomposedgenerally.Thecrabbythehoistingmechanism,thecarmovementorganizationandthetrolleyframethreepartsiscomposed.Hoistingmechanismincludingelectricmotor,brake,reductiongear,reelandblockandtackle.Theelectricmotorthroughthereductiongear,leadsthereelrotation,causesthesteelwiretowindthereelortolaydownfromthereel,risesandfallstheheavyitem.Thetrolleyframeisarequestwithinstallmentpart'sandsoonhoistingmechanismandcarmovementorganizationracks,usuallyforweldingstructure.Thisarticlefocusesonthecrane'scontrol,throughtheusefre-quencytransformertoachievethespeedcontrolmethodofmotorcontroltocontrolacrane.

Keywords:

bridgecranemotorfrequencytransformer

第一章绪论

1.1桥式起重机简介

桥式起重机在冶金企业及其它行业有着广泛的应用,其作用主要用来实现物体的升降和转运,桥式起重机工作环境恶劣,工作任务重。

它能否正常工作直接影响到生产效率提高和工作任务的完成,甚至关系到人身、设备的安全。

经过几十年的发展，我国桥式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，推动了桥式起重机的技术进步。

但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。

究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。

因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。

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。

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。

我们所研究的桥式起重机是电动双梁桥式起重机，该起重机由起重小车、桥架金属结构、桥架运行机构以及电气控制设备等四个部分组成。

机构主要指主起升机构、副起升机构、小车运行机构、大车运行机构。

在电气控制系统中，其供电一般是通过电缆卷筒将电源输送到中心电器上，起重机机为低压供电系统，电气控制部分集中在操作室和电气房内，安全保护装置装在在适当的位置上。

1.2本课题设计的意义

传统桥式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.桥式起重机工作环境差，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。

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桥式起重机系统提供了有利条件。

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。

1.3主要内容

本论文研究了变频调速技术在20/5t*19.5m通用桥式起重机中的应用，并且根据原有的控制结构，结合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。

1.4基本参数

该机的起重量为20/5吨，其跨度（L）为19.5m小车起升速度为15m/min，大车起升速度为7.5m/min.小车运行速度为45m/min，大车运行速度为75m/min。

第二章系统总体设计

2.1桥式起重机的结构

桥式起重机是工业生产过程中一个重要的运输环节，一台效率高、可靠性高的桥式起重机使工厂生产效率大大提高。

桥式起重机的主要表现形式分为以下两点。

2.1.1机械结构组成

桥式起重机一般由桥架金属结构、桥架运行机构和电气控制机构等三部分组成，运行机构一般包括大车运行机构、小车运行机构和升降机运行机构，电气控制系统包括一些电缆、电器柜等设备，还有一些保护装置。

机械组成部分简单示意图如图2-1所示。

图2-1机械组成部分简单示意图

（1）大车运行机构。

大车运行机构的大车采用两台电动机，使用一台变频器进行控制，由于大车运行机构的工作频率较小，因此采用一台变频器控制两个电动机，以节约成本，变频器的选择以所选电动机的额定功率为根据，通常选额定功率大一级的变频器，其控制电路示意图如图2-2所示。

（2）小车运行机构。

小车运行机构为一台电动机单独驱动，使用一台变频器，变频器的选择以所选电动机的额定功率为根据，通常选额定功率大一级的变频器，采用V/F控制方式，其刹车方式与大车运行机构相同，可采用自由停车的方式，机构控制示意图与图2-2所示类似。

（3）升降机运行机构。

升降机运行机构采用一台电动机单独驱动，使用一台变频器，可采用专用的变频器进行重物提升控制，运行机构的启动要求迅速、平稳，同时电气制动方式可采用外接刹车电阻，升降机运行机构控制电路示意图如图2-3所示。

图2-2大车运行机构控制电路示意图

图2-3升降机运行机构控制电路示意图

2.1.2电气控制系统

电气控制系统主要包括操作面板和电气控制柜等单元。

在该系统中需要检测较多的数字输入量，根据设定的程序进行数据处理后，输出控制信号，因此系统的操作面板与电气控制柜各自独立，其示意图如图2-4所示。

图2-4电气控制系统示意图

2.2桥式起重机的工作原理

2.2.1控制系统总体框图

桥式起重机系统的电气控制系统总体框图如图2-5所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各个限位开关的输入，完成相关设备的运行、停止、和调速控制。

图2-5电气控制系统总体框图

2.2.2工作过程

在启动状态下，各类设备的控制应根据操作面板上的按钮输入来控制，升降机在启动和停止时，通过检测变频器输入的频率，控制电磁制动器的运行，其工作过程如下。

（1）接通电源，启动系统。

（2）按下大车运行按钮，大车启动，通过加速、减速按钮改变大车速度。

（3）按下小车运行按钮，小车启动，通过加速、减速按钮改变小车速度。

（4）按下升降机运行按钮，升降机启动，通过加速、减速按钮改变升降机速度；当需要重物悬停半空时，减小变频器输出频率，直到设定值，频率停止下降，启动电磁制动器，将重物抱住，防止溜钩现象；当重物需从半空开始上升或下降时，增加变频器的输出频率，到达某设定值时，频率停止上升，电磁制动器停止工作，松开重物，变频器输出频率持续增加到所需值。

第三章硬件系统配置

第一章和第二章两章介绍了桥式起重机控制系统的机械结构及其相关设备，根据其工作原理和控制系统的功能要求，本章主要介绍如何介绍桥式起重机控制系统和所需的各种硬件设备的连接方式，因此设计出其电气控制系统框图如图3-1所示，在此控制系统中核心处理器是PLC，