发布时间 : 星期六 文章基于PLC的10t桥式起重机电气控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读
华北科技学院毕业设计（论文）
4 电气控制系统的设计
4.1 桥式起重机控制要求的分析
桥式起重机主要有三个控制对象，即大车、小车、起升机构。
对于大车，必须可以左右移动。左右移动的速度可以划分成三个档，即高速、中速、低速。根据起重机械安装使用维修检验手册上的数据，起重量小于50吨的起重机，大车的高速速度为80~125m/min,中速为63~100m/min,低速为20~50m/min。本设计中的QD型起重机，在工频电源下大车的速度为112.5m/min,即高速。中速在中速档中本设计选择为75m/min，低速在低速档中选择为35m/min。由于该三档速度所使用的传动机械是不变的传动系数也不变，于是可得：
ff50?12?13，f12=33.3Hz，f13=15.6Hz，式中f12为中112.57535速档大车变频器的工作频率，f13为大车变频器低速档工作的频率。为了大车定位准确，需要增加点动控制功能，点动控制的为三档速度中的低速档。了降低对机械设备的制动冲击，节约电能，本设计中增加了划行控制。所谓的滑行控制就是大车断开电机的驱动在轨道上自由向前滑行。
对于小车，必须可以前后移动。前后移动的速度也可以划分成三个档，即高速、中速、低速。根据起重机械安装使用维修检验手册上的数据，起重量小于50吨的起重机，小车的高速速度为40~63m/min,中速为32~50m/min,低速为10~25m/min。本设计中的QD型起重机，在工频电源下小车的速度为43m/min,即高速。中速在中速档中本设计选择为35m/min，低速在低速档中选择为15m/min。由于该三档速度所使用的传动机械是不变的传动系数也不变，于是可得：
f50f22??23 ，f22=40.7Hz,f23=17.4Hz ，式中f22为中速档变频器的433515工作频率，f23为变频器低速档工作的频率。为了小车定位准确，需要增加点动控制功能，点动控制的为三档速度中的低速档。
对于起升机构，必须可以上下移动。上下移动的速度也可以划分成三个档，即高速、中速、低速。根据起重机械安装使用维修检验手册上的数据，起重量小于50吨的起重机，起升机构的高速速度为6.3~16m/min,中速为5~12.5m/min,低速为1.6~5m/min。本设计中的QD型起重机，在工频电源下起升机构的速度为13.3m/min,即高速。中速在中速档中本设计选择为8m/min，低速在低速档中选择为3m/min。由于该三档速度所使用的传动机械是不变
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基于PLC的10t 桥式起重机的电气控制系统设计
的传动系数也不变，于是可得：
ff50?32?33，f32=30Hz，f33=11.2Hz，式中f32为13.383中速档变频器的工作频率，f33为变频器低速档工作的频率。为了小车定位准确，需要增加点动控制功能，点动控制的为三档速度中的低速档。
变频器的频率设定电位器选择阻值为1000欧，额定功率为0.5W。
4.2 保护功能的分析
桥式起重机的保护措施主要是围绕大车小车起升机构这三个运行部件的工作安全而进行的。
大车的安全措施主要有左右两个限位的行程开关以及操作室门栏保护，当行程开关动作时，就会切断电动机电源，使电磁制动器动作，防止大车在轨道端点碰撞。控制大车的变频器具有过流保护、欠相保护、过载保护等保护功能，当保护功能中的任何一个保护动作时，变频器就会停止输出，同时A,B,C发出故障信号,将该故障信号输入到控制电路中，使大车的电磁制动器，防止碰撞、自由下落等事故的发生。
小车的安全措施主要有前后两个限位的行程开关，当行程开关动作时，就会切断电动机电源，使电磁制动器动作，防止小车在轨道端点碰撞。控制小车的变频器具有过流保护、欠相保护、过载保护等保护功能，当保护功能中的任何一个保护动作时，变频器就会停止输出，同时A,B,C发出故障信号,将该故障信号输入到控制电路中，使小车的电磁制动器，防止碰撞、自由下落等事故的发生。
起升机构的安全措施主要有一个防止撞顶的限位的行程开关和一个过载保护的行程开关。当防止撞顶行程开关动作时，就会切断电动机电源，使电磁制动器动作，这时起升机构只能向下运动，防止起升机构碰撞桥架。控制小车的变频器具有过流保护、欠相保护、过载保护等保护功能，当保护功能中的任何一个保护动作时，变频器就会停止输出，同时A,B,C发出故障信号,将该故障信号输入到控制电路中，使起升机构的电磁制动器动作，防止自由下落等事故的发生。
变频器的保护功能主要由以下几个方面：
(1) 瞬时过电流保护，用于逆变电流负载侧短路等，流过逆变电器回件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流，变流器的输出电流达到异常值，也得同样停止逆变器运转。
(2) 过载保护，逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定时间，为防止逆变器
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器件、电线等损坏，要停止运转，恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热保护，过载是由于负载的GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。
(3) 再生过电压保护，应用逆变器使电动机快速减速时，由于再生功率使直流电路电压升高，有时超过容许值，可以采取停止逆变器运转或停止快速的方法，防止过电压。
(4) 瞬时停电保护，对于毫秒级内的瞬时断电，控制电路工作正常。但瞬时停电如果达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不供电，所以检测出后使逆变器停止运转。
(5) 冷却风机异常，有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检测出异常后停止逆变电器工作。
(6) 超速保护，逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运转。
控制电磁制动器的通断需要一个由PLC直接的接触器，本设计中选择控制电压为DC24V型号为CJX1-9Z,工作电压380V。
4.3 电气控制原理图的设计
图4.3-1 桥式起重机控制系统的主电路
图4.3-1是桥式起重机控制系统的主电路，它主要由三台变频器、四台电动机、三个电磁制动器、三个指示灯组成。大车变频器连接有两个电动机，小车和起升机构各连接一台变频器。三台电磁制动器YB1、YB2、YB3都是断电制动，通电松开。每个变频器都接有6个信号输入触点，分别控制变频器的正转、反转、变频器停止输出信号、控制高速的频率的电压信号、控制中速的频率的电压信号、控制低速的频率的电压信号。变频器的接线端
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基于PLC的10t 桥式起重机的电气控制系统设计
子A是变频器异常信号输出端，三个变频器的该接线分别用A1、A2、A3来表示。变频器的指示灯HL1、HL2、HL3是用来指示变频器运行状况的，当变频器正在停止或正在直流制动时，该灯就会点亮。图中的L1、L2、L3分别是三台变频器的交流电抗器，它的主要作用是限制冲击电流，改善功率因数，滤除高次谐波从而减少不良影响。R1、S1是变频器控制系统电源输入端。
图4.3-2 大车电气控制原理图
图4.3-2是桥式起重机大车电气控制原理图，SB1、SB2按钮开关是用控制大车正反转点动的。电动机的正转、反转高速中速低速都由凸轮控制器QM1来控制的。凸轮控制器QM1向右旋转式正转，大车向右运动，转到第1档为低速，第2档为中速，第3档高速。向左旋转为反转，以下为1、2、3等速度档。继电器KA1为零位保护继电器，即防止电源
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