電氣控制論文 基于PLC的10t橋式起重機電氣控制系統(tǒng)設計

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1、電氣控制論文 基于PLC的10t橋式起重機電氣控制系統(tǒng)設計 摘要：橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的設計主要從安全性和功能性兩個方面著手進行，主 要包括主電路的設計和控制電路的設計，主電路中的設計以變頻器的連接和參數設定為主， 控制主要以PLC程序的設計以及和變頻器連線、輸入輸出端子的分配。該設計主電路中改 變電動機的工作狀態(tài)主要由變頻器器來實現，在控制電路中實現橋式起重機的各種功能主 要由PLC實現。 關鍵詞：橋式起重機；電氣控制系統(tǒng)；變頻調速；PLC控制 引言 本設計的基本控制方案就是通過PLC的輸入端輸入控制信號從而使PLC發(fā)出控制信 號/控制變頻器使變頻器啟動工作，同時斷電電磁制動器得

2、電松開，同時相關指示燈亮。 當PLC控制變頻器頻率端子輸入信號時或正反信號，控制變頻器的端子對變頻器發(fā)出改變 頻率的信號正反轉的信號，從而使被控電動機的轉速發(fā)生改變或者轉速方向發(fā)生改變。4 起j機運動到期限位置或主電路發(fā)生短路、過流、斷相、過載、突然停電等時，會使行程 開關動作或變頻器發(fā)出短路、過流等信號輸入到PLC輸入端，使PLC發(fā)出變頻器停止、 電磁制動器制動等信號。從而達到控制的要求和目的。圖2.3-1是電氣控制方案的控制框圖， 圖中YB1、YB2、YB3是電機M1、M2、M3的斷電電磁抱閘制動器，圖中的箭頭方向表 示控制控制信號流動的方向。 凸能控制器外臉衽 圖2.3-1 控制

3、萬案簡圖 一、變頻調速系統(tǒng)的設計 1、變頻器的選擇 本設計中橋式起重機共有六個電動機需要變頻器來控制，即大車兩個電機、小車起開 機構各一個。四臺電機選用三臺變頻器來控制， 橋式起重機的負載類型屬于恒轉矩負載類型，有兩種變頻器類型可以選擇：一是采用 普通功能型變頻器。二是采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器。本設計采用普通型變 頻器。變頻器的容量要與電動機功率優(yōu)化匹配，但不能僅由電動機的功率確定變頻器的容 量，變頻器的額定輸出電流也是選擇變頻器的容量時必須考慮的。 ① 連續(xù)包載單臺變頻器單臺電動機運行的場合 所需的變頻器容量（kV ? A）需要同時滿足下列的三個計算式 PCN

4、 PCN kPM cos k v3UmIm 10 I CN kIM (3.1.2-1) (3.1.2-2) (3.1.2-3) 電流49.1A,額定電壓為380V (3.1.2-1)中 PCN > 36.92kw (3.1.2-2)中 PCN >34.57kw 起升機構電機為YZR200L-6Z/22型號，該電機是6個磁極，額定轉速964r/min,額定 將其相關參數帶入以上三式，其中k值取1.07,在式 (3.1.2-3) 中 Icn>52.53A 起升機構電機變頻器可以選擇型號為FR-F540-30K-CH 同理可知：小車電機變頻器可

5、以選擇型號為FR-F540-3.水-CH 大車電機變頻器可以選擇型號為FR-F540-30K-CH 2、變頻器的配置和制動電阻 變頻器基本配置的選擇 變頻器的基本配置有隔離開關、交流接觸器、交流電抗器、直流電抗器。 隔離開關的主要作用是將用電設備與電源隔開。本設計中大車的變頻器的額定電流為 57A,小車的變頻器的額定電流為7.5A,起升機構的為57A。所以隔離開關選擇型號為 GLCK-125A的隔離開關，該型號的隔離開關額定電流為125A。 交流接觸器的作用：電源一旦斷電，在變頻器內部保護功能起作用時，通過接觸器自動 將變頻器與電源電源脫開，以免在外部端子控制狀態(tài)下重新供電時變頻

6、器自行工作，以保 護設備的安全及人身安全。在本設計中交流接觸器選擇為 GTM1L-225系列的額定電流為 125A。 在選擇交流電抗器的容量時，一般按下式進行 (2%~5%)U 2 fl (3.2.1-1) 式中：U為額定電壓，單位V。I為額定電流，單位A f為最大頻率，單位Hz。L為電感量，單位H 制動電阻的選擇 制動電阻的粗略算法為: Rb (3.2.2-1) Ud Ud ~ 2Ie Ie 式中：Ie為電動機的額定電流；Ud為直流回路電壓。直流回路電壓可計算為 UD 380V \2 1.1 591 600 變頻器FR-F540-3.水-CH的額定

7、電流為7.5A,則制動電阻的取值范圍為40歐?80歐 變頻器FR-F540-30K-CH的額定電流為57A則制動電阻的取值范圍為5.26歐?10.52 二、電氣控制系統(tǒng)的設計 1、橋式起重機控制要求的分析 橋式起重機主要有三個控制對象，即大車、小車、起升機構。 對于大車，必須可以左右移動。左右移動的速度可以劃分成三個檔，即高速、中速、 低速。根據起重機械安裝使用維修檢驗手冊上的數據，起重量小于50噸的起重機，大車的 高速速度為80~125m/min,中速為63~100m/min低速為20~50m/min。本設計中的QD型起 重機，在工頻電源下大車的速度為112.5m/min,即高速。

8、中速在中速檔中本設計選擇為 75m/min,低速在低速檔中選擇為35m/min。由于該三檔速度所使用的傳動機械是不變的 傳動系數也不變，于是可得： 30- f2 f3 , 3=33.3也，f13=15.6Hz,式中總為 112.5 75 35 中速檔大車變頻器的工作頻率，f13為大車變頻器低速檔工作的頻率。為了大車定位準確， 需要增加點動控制功能，點動控制的為三檔速度中的低速檔。 對于小車，必須可以前后移動。前后移動的速度也可以劃分成三個檔，即高速、中速、 低速。根據起重機械安裝使用維修檢驗手冊上的數據，起重量小于50噸的起重機，小車的 高速速度為40~63m/min,中速為32~50m

9、/min,低速為10~25m/min。本設計中的QD型起重 機，在工頻電源下小車的速度為43m/min,即高速。中速在中速檔中本設計選擇為35m/min, 低速在低速檔中選擇為15m/min。由于該三檔速度所使用的傳動機械是不變的傳動系數也 不變，于是可得： 50 f2 f3 f22=40.7Hz, f23=17.4Hz ,式中f22為中速檔變頻器 43 35 15 的工作頻率，f23為變頻器低速檔工作的頻率。 對于起升機構，必須可以上下移動。上下移動的速度也可以劃分成三個檔，即高速、 中速、低速。根據起重機械安裝使用維修檢驗手冊上的數據，起重量小于 50噸的起重機， 起升機構的高速速

10、度為6.3~16m/min,中速為5~12.5m/min低速為1.6~5m/min。本設計中的 QD型起重機，在工頻電源下起升機構的速度為13.3m/min,即高速。中速在中速檔中本設計 選擇為8m/min,低速在低速檔中選擇為3m/min。由于該三檔速度所使用的傳動機械是不 變的傳動系數也不變，于是可得： % f2 f3 , f32 =30Hz, f33=11.2Hz,式中f32 13.3 8 3 為中速檔變頻器的工作頻率，f33為變頻器低速檔工作的頻率 變頻器的頻率設定電位器選擇阻值為1000歐，額定功率為0.5W 三、電氣控制原理圖的設計 I [[]a 大生 小主 修

11、升機構 橋式起重機控制系統(tǒng)的主電路 它主要由三臺變頻器、四臺電動機、三個電磁制動器、三個指示燈組成。大車變頻器 連接有兩個電動機，小車和起升機構各連接一臺變頻器。三臺電磁制動器YB1、YB2、YB3 都是斷電制動，通電松開。每個變頻器都接有6個信號輸入觸點，分別控制變頻器的正轉、 反轉、變頻器停止輸出信號、控制高速的頻率的電壓信號、控制中速的頻率的電壓信號、 控制低速的頻率的電壓信號。變頻器的接線端子A是變頻器異常信號輸出端，三個變頻器 的該接線分別用A1、A2、A3來表示。變頻器的指示燈HL1、HL2、HL3是用來指示變頻 器運行狀況的，當變頻器正在停止或正在直流制動時，該燈就會點亮

12、。圖中的L1、L2、L3 分別是三臺變頻器的交流電抗器，它的主要作用是限制沖擊電流，改善功率因數，濾除高 次諧波從而減少不良影響。R1、S1是變頻器控制系統(tǒng)電源輸入端。 四、控制系統(tǒng)的PLC程序設計 大車的PLC程序設計。運用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6 ,大車 梯形圖程序編寫如下: 暇住1H.1 限位割1.2 更顫起胤1.3 MO.D T，I 1 , I 1，I C ) 大車控制系統(tǒng)的梯形圖程序 百速檔lg MO.O 育謔加 T I 1 I——() 中建檔田,1 HOO 中運皿5 信速檔 ? g hoc (Sis：a

13、o.i 正轉檔加4 MO.O 限位111.1 電機正轉:Q?？? 滑行力口 限位1：乩1 限位％112 變頻故障;巾3電磁制動力3.4 高速3上 中速:如5 低速:印4 電磁制動:Q24 變頻惇止:Q0L2 T，I C ) 小車的PLC程序設計。運用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6，小車 梯形圖程序編寫如下: 零檔*12 2 限位3; 05 限位4;I2E T ,卜 朝理障＜127 T / 1 點動正轉X.層口 點動反轉1d21 M01 () 點9正轉加2.3 低速岑口2口 電磁制動變頻停止％QL

14、3 T，I——C ) 面龐X.?2 I——() 中速者以1 6 M0.1 中速 < ) 伍速之。 \ ) 點或反轉乩吐4 應轉搭#：120 限位皿 T，卜 電機反轉”：3.2 Y ) 限位3:125 電機正轉x：Q1 1 T () 點就正轉劃點動反轉閘21 高速也22 變頻故隆用” 電磁涮動x：Q3.5 T，I C ) 中速EW1 百樂檔x」1.5 M0l1 低速檔Mil 正轉楣*:I21 M0.1 小車控制系統(tǒng)的梯形圖程序

15、 起升機構的PLC程序設計。運用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6, 起升機構梯形圖程序編寫如下: 李檔 限位5;鳳口 變頻故障 M0.2 ML 2 中翼移q： 3 1 中ilq：qai < ) 點動正轉匚36 點動反轉q門,7 高速檔 aiMq：Q32 M0L2 皮轉檔年工3 電機反轉q： 口2 5 M0L2 點動反轉明37 M0.2 正轉檔ql3.4 超載二141 ? 1 1 i 點動正轉3

16、35點動反轉：1箝| 限位5I4.CI 電機正轉qQ24 T / I () 高速q：Q3.2 變頻故障電礴制動q:Q3 6 —I，I C ) 中速曲1 低速M3.口 電磁制動加3變頻停止q:Q26 I，I () 五、結語 橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的設計中主要由兩部分組成，即主電路和控制電路。主電路 主要由隔離開關、斷路器、交流電抗器、3個變頻器。其中變頻器具有短路保

17、護，缺相保護、 過載保護等，從而使主電路中省去各個電動機的熱繼電器、熔斷器、缺相保護裝置等。從 而減少了主電路中的電氣元件。即使電路簡化又節(jié)省了成本，而且使用變頻器使主電路的 安全性、穩(wěn)定性、可靠性增加。并且變頻器優(yōu)良的調速性能使電動機省去了轉子用電阻調 速裝置?？刂齐娐分袑嵤┛刂频闹饕荘LC,被控對象分別為大車、小車、起升機構, 都采用凸輪控制器來控制他們低、中、高轉速，都設有正反轉點動，變頻器故障信號保護， 電磁制動器都采用斷電制動。除此之外，大車還設有滑行控制，該控制具有緩沖震蕩、節(jié) 能的效果。 基于PLC的橋式起重機的電氣控制系統(tǒng)所設計的面比較廣，知識結構復雜，由于本人 研究能力和研究時間有限，論文中存在不足在所難免，希望各位老師同學指正，并希望在 以后的工作和學習中能夠加以補充和完善。 參考文獻 [1]倪遠平主編《現代低壓電器及其控制技術》，重慶大學出版社.2003 [2]鄭鳳翼、楊洪升主編《怎樣看電氣控制電路圖》，人民郵電出版社.2004 [3]萬力主編《起重機械安裝使用維修檢驗手冊》，冶金工業(yè)出版社.2000 [4]文濤、李桂蓮主編《電氣控制與可編程序控制器》，煤炭工業(yè)出版社.2005 [5]何超主編《交流變頻調速技術》，北京航空航天大學出版社.2011