橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄1緒論 1 1 1 22矢量控制變頻調(diào)速 4 4 6—矢量控制方式 63 變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選型 8 8 8 8 8 10 10 12 164可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 19 PLC的系統(tǒng)組成與各部分的作用 19 19 19 19 20 PLC配置 22 22 245橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 S7一200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議及本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議 26 S7200PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議 26 26 26 PLC程序設(shè)計(jì) 28 PLC編程軟件概述 28 程序設(shè)計(jì) 29 356全文總結(jié)及其展望 37 37 38參考文獻(xiàn) 39致謝 4041 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書1緒論橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著十分重要的地位。但在實(shí)際使用中，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂仍時(shí)有發(fā)生。究其原因是頻繁的超負(fù)荷作業(yè)及過(guò)大的機(jī)械振動(dòng)沖擊所引起的機(jī)械疲勞。因此，除了機(jī)械上改進(jìn)設(shè)計(jì)外，改善交流電氣傳動(dòng)，減少起制動(dòng)沖擊，也是一個(gè)很重要的方面。由于傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電控系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子回路串接電阻進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，致使機(jī)械沖擊頻繁，振動(dòng)劇烈，因此電氣控制上應(yīng)采用平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速是解決問(wèn)題的有效手段。電氣調(diào)速控制的方法很多，對(duì)直流驅(qū)動(dòng)來(lái)講60年代采用發(fā)電機(jī)一電機(jī)系統(tǒng)，從控制電阻分級(jí)控制，到交磁放大控制，到可控硅SRC激磁控制，到主回路可控硅即晶閘管整流供電系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，集成模塊出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)、微處理器應(yīng)用，因此控制從分立組成模擬量控制發(fā)展至今天的數(shù)字量控制。從交流驅(qū)動(dòng)來(lái)講:常規(guī)的常采用繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，為滿足重物下放時(shí)的低速，一般依靠能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)，后來(lái)還采用渦流制動(dòng)，還有靠轉(zhuǎn)子反饋控制制動(dòng)、反接制動(dòng)、單相制動(dòng)器抱閘松勁的所謂軟制動(dòng)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研制變頻調(diào)速，PLC可編程序控制器的應(yīng)用控制系統(tǒng)的性能更加完美。目前國(guó)內(nèi)外幾種常用調(diào)速系統(tǒng)配置::GE公司DC一300、DC一2000是微處理器數(shù)字量控制的直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，其控制功率從300HP到4000HP，并采用PLC對(duì)整機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施故障診斷、檢測(cè)、報(bào)警及控制。:對(duì)于起重機(jī)械來(lái)講，交流驅(qū)動(dòng)仍是國(guó)內(nèi)普遍采用的方案而且多數(shù)停留在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻來(lái)調(diào)速。隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，目前，該技術(shù)己進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段。日本安川電機(jī)制作所于1972年就正式定為VS系列，應(yīng)用于起重機(jī)及軋機(jī)輔助設(shè)備的交流調(diào)速。法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等大電氣公司亦在這方面展開(kāi)了重點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)。借助電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，由分離元件發(fā)展到大規(guī)模集成電路，從而實(shí)現(xiàn)控制部件的微型組件化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，進(jìn)而從模擬量控制發(fā)展到數(shù)字量控制?？删幊绦蚩刂破鱌LC引入到交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)后，使傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化。在橋式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了抓斗的自動(dòng)控制和故障診斷、檢測(cè)顯示等，達(dá)到了新的技術(shù)高度。:變頻調(diào)速技術(shù)是國(guó)際上各大電氣公司在70年代末80年代投入全力研制、開(kāi)發(fā)，也是國(guó)際國(guó)內(nèi)這幾年全力研制應(yīng)用的目標(biāo)與方向。這幾年一些公司如德國(guó)SIEMENS，美國(guó)GE，日本三菱等推出全數(shù)字化的矢量控制技術(shù)，大功率的IGBT模塊的出現(xiàn)使變頻技術(shù)在起升機(jī)械、電梯等位能負(fù)載控制成為現(xiàn)實(shí)。 同時(shí)隨著PLC系統(tǒng)的不斷成熟與完善，以及大容量變頻器在位能負(fù)載上的成功應(yīng)用，變頻調(diào)速系統(tǒng)必將成為未來(lái)調(diào)速市場(chǎng)的主流。 本課題中以橋式起重機(jī)作為研究實(shí)體，由上可知，傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制系統(tǒng)主要采用交流繞線轉(zhuǎn)子串電阻的方法進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速，繼電一接觸器控制，這種控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)有: ，工作任務(wù)重，電動(dòng)機(jī)以及所串電阻燒損和斷裂故障時(shí)有發(fā)生。 ，操作復(fù)雜，故障率高。 ，機(jī)械特性軟，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速也變化，調(diào)速不理想。所串電阻長(zhǎng)期發(fā)熱，電能浪費(fèi)大，效率低。 要從根本上解決這些問(wèn)題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。變頻技術(shù)的運(yùn)用使得起重機(jī)的整體特性得到較大提高，可以解決傳統(tǒng)橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)存在諸多的問(wèn)題，變頻調(diào)速以其可靠性好，高品質(zhì)的調(diào)速性能、節(jié)能效益顯著的特性在起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展前景。 本論文以20/5t*，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，提出了一個(gè)改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。本論文的主要內(nèi)容分為如下五個(gè)部分: (1)矢量控制變頻調(diào)速原理即本論文的第二章，它首先介紹變頻調(diào)速的基本原理，然后介紹了變頻器的基本結(jié)構(gòu)，即變頻器的主電路和控制電路構(gòu)成，最后介紹了變頻器的基本控制方式一矢量控制方式。為下一步部分的起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。 (2)變頻調(diào)速橋式起重機(jī)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和部件選型即本論文的第三章，起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)(工業(yè)觸摸屏系統(tǒng))、下位機(jī)(PLC控制系統(tǒng))，變頻器等組成，并選擇系統(tǒng)各主要組成部分。 (3)可編程序控制器在橋式起重機(jī)變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用即本論文的第四章，它首先介紹了PLC原理、系統(tǒng)組成及其各部分的作用，然后論述本系統(tǒng)中PLC的選取，采用Siemens公司S7200型PLC，最后介紹控制系統(tǒng)的構(gòu)成及各機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)和檢測(cè)。(4)橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)即本論文的第五章，主要分為觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)。它首先介紹了組態(tài)軟件，然后講述組態(tài)軟件對(duì)觸摸屏的編程，同時(shí)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求對(duì)PLC進(jìn)行編程。2矢量控制變頻調(diào)速 根據(jù)異步電機(jī)的知識(shí)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: N=60f/p*(1s) (21) 其中:n—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 f一定子的電源頻率，單位為Hz: S一電機(jī)的轉(zhuǎn)速滑差率。 P一電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 由上式(21)可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率f，則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)。磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi):若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過(guò)熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持中，不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。 三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是:Eg= (22) 式中:Eg氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為v。 f1定子頻率，單位為Hz。 N1定子每線繞組串聯(lián)匝數(shù)。 KN1基波繞組系數(shù)。 ?M每極氣隙磁通量，單位為Wb。 由公式可知，只要控制好Eg 和f1，便可以控制磁通?M不變，需要考慮基頻(額定頻率)以下和基頻以上兩種情況： 1 基頻以下調(diào)速: ，要保持不?M變，單頻率f1 從額定值f1n向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg，然而繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以控制的，但電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略電子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1≈E，則得U1/f=常值。低頻時(shí),U1和Eg 值較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。這時(shí)，可以人為的把電壓U抬高一些，以便近似的不補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮愎β时瓤刂铺匦詾閎線，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑閍線，如圖21所示。 U1 （定子相電壓） U1n b a 0 f1n f1 （頻率） 圖21 恒壓頻比控制特性 2 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率f往上增高，但電壓u磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)與直流電機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來(lái)，可得到異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖22。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”的調(diào)速，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速特性如下圖22所示: U1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 （定子相電壓） U1n 0 f1n f1 圖22 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速特性 整流器整流器 AC DC AC 控制電路 控制電路 運(yùn)行指令 圖 2—3 變頻器的結(jié)構(gòu)圖變頻器的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)如圖23所示，電機(jī)在帶動(dòng)較大負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有較大的沖擊電流，采用變頻器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動(dòng)問(wèn)題。變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過(guò)電壓，功率模塊過(guò)熱，電機(jī)短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞?！噶靠刂品绞? 矢量控制交流調(diào)速是通過(guò)坐標(biāo)變換使交流電動(dòng)機(jī)獲得與直流電動(dòng)機(jī)相似的數(shù)學(xué)模型，從而可采用類似于直流電動(dòng)機(jī)的控制方法來(lái)控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，使交流調(diào)速系統(tǒng)獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)越甚至更加優(yōu)越的動(dòng)靜態(tài)特性能。其基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的物理模型等效變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模型，再仿照直流電動(dòng)機(jī)去控制它，等效的原則是在不同坐標(biāo)中產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同。在實(shí)際的等效變換中，先將異步電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系