起重機電氣系統(tǒng)的設(shè)計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含2張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+外文翻譯】
起重機電氣系統(tǒng)的設(shè)計
摘 要
起重機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和運輸中完成生產(chǎn)進程自動化和機械化扮演著重要的角色。起重機的自動化有助于減輕體力勞動，提高工作效率，降低工傷有著重要的實際意義。在鋼鐵行業(yè)、鐵路運輸、工礦采集、碼頭港口及物流周轉(zhuǎn)等企業(yè)和部門中起重機都得到了廣泛的運用。相比于國外的起重機設(shè)備，我國起重機設(shè)備的控制系統(tǒng)大部分還是采用比較傳統(tǒng)的控制方式。本課題對傳統(tǒng)的控制方式進行了改良，采用基于可編程控制器的方式來控制起重機主回路的運轉(zhuǎn)。這種方式簡化了起重機的控制系統(tǒng)、減少了控制系統(tǒng)部分占用的空間、操作維護更加簡單等。
論文首先介紹了課題的研究背景，研究的目的及意義，設(shè)計方案的對比和選擇，塔式起重機的結(jié)構(gòu)和載荷情況等，詳細計算了起重機主要的電器設(shè)備，分析了起重機的工作原理。完成課題中吊鉤的上升和下降的高速和低速的要求，分析了線路過流、短路、過載等保護的工作原理。
實現(xiàn)可編程控制器線路的監(jiān)控，采用的是電流變送器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的組合，將線路的交流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供可編程控制器讀取與預設(shè)值進行比較，然后根據(jù)設(shè)定程序?qū)χ骰芈吠瓿煽刂撇僮?，詳細地解釋了各段的程序。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電腦終端的監(jiān)測，本課題增加了利用電腦組態(tài)王軟件實現(xiàn)對可編程控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取。本系統(tǒng)的控制核心是采用三菱的可編程控制器。在論文的最后主要是對起重機模擬樣機設(shè)計的解釋。
關(guān)鍵詞：塔式起重機；Y-△啟動；可編程控制器；模數(shù)轉(zhuǎn)換；電動機
Abstract
To complete the production process automation and mechanization crane plays an important role in modern industrial production and transportation. That automated cranes help to reduce manual labor, improve work efficiency and reduce work-related injuries has important practical significance. It has been widely used in the steel industry, railway transport, mining acquisition, port terminals and other.Compared to foreign crane equipment, Chinese control system of crane equipment mostly adopts the traditional control mode. The traditional control method was modified, in the subject, on PLC-based control system for the crane.The crane control system is simplified on the way.It made operation and maintenance easier and so on.
Paper introduces the research background, purpose and significance of the research.The design schemes are compared in the paper.There are detailed data and working principle of the crane.Completed the task in the rise and fall of the hook of high and low speed, and it analyze the circuit overcurrent, short circuit and overload protection.
Monitoring lines use a combination of current transducer and A / D to complete the AC signal into the digital signal for the PLC to read compared with a preset value, then according to the setting program, it control operation.There are detailed explanations of the various sections of the program. In order to enable monitoring of computer terminals, the subject use Kingview in computer to reads internal data in PLC.Control core of the system is the use of Mitsubishi -64MR PLC. In the end of the paper,it is mainly explanation of the crane simulation prototype design.
Keywords: Tower cranes; Y-△ method;PLC; Analog-to-digital conversion; motor
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題簡介 1
1.2 起重機的介紹 1
1.3 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.4 國內(nèi)塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.5 可編程控制器在工業(yè)自動控制中的應用 2
1.6 課題研究的目的及意義 2
1.7 本章小結(jié) 2
2 起重機電氣系統(tǒng)的方案設(shè)計 3
2.1 10/1.6t塔式起重機 3
2.1.1塔式起重機QTZ160的簡介 3
2.1.2塔式起重機的結(jié)構(gòu)和運動形式 4
2.2 塔式起重機控制系統(tǒng)改造的原因分析 4
2.3設(shè)計任務 5
2.4 設(shè)計要求 5
2.5 方案設(shè)計 5
2.6 本章小結(jié) 7
3 起重機電氣系統(tǒng)的主回路的設(shè)計 8
3.1 起重機主電路的設(shè)計 8
3.2 主要電器設(shè)備計算及選型 8
3.2.1三相電動機的工作原理 8
3.2.2起重機的主要電器設(shè)備的選擇 9
3.3 主電動機電器控制線路的設(shè)計 13
3.4 起重機保護系統(tǒng)的設(shè)計 14
3.4.1過流保護和短路保護控制線路的設(shè)計 14
3.4.2起重機限位保護和聯(lián)鎖保護的設(shè)計 15
3.5 本章小結(jié) 15
4 起重機電氣系統(tǒng)控制部分的設(shè)計 16
4.1 可編程控制器 16
4.1.1可編程控制器系列的基本組成 16
4.1.2編程軟件GX Developer的簡介 16
4.2可編程控制器程序的設(shè)計 16
4.3 可編程控制器的選擇 17
4.3.1可編程控制器程序流程圖 18
4.4 電動機的正反轉(zhuǎn)程序部分的設(shè)計 19
4.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計 19
4.5.1模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊-4AD的簡介 19
4.5.2電流采集程序的設(shè)計 20
4.6 主電動機過流和短路軟件部分的設(shè)計 21
4.6.1電流變送器的簡介 21
4.6.2過流保護和短路保護的設(shè)計 21
4.7 PC實時顯示的設(shè)計 22
4.8 本章小結(jié) 22
5 起重機模擬樣機 23
5.1 實驗儀器及設(shè)備 23
5.1.1模擬樣機電動機的選擇 23
5.1.2模擬樣機電動機額定電流的計算 23
5.2 模擬樣機電路各處電流值的計算及元器件的選擇 23
5.3 模擬樣機運行前檢查 24
5.3.1起重機外觀及標注 24
5.3.2起重機電氣絕緣檢查 24
5.3.3電源柜檢查 25
5.3.4起重機可編程控制器輸入點檢查 25
5.3.5起重機可編程控制器輸出點檢查 25
5.4 調(diào)試步驟 25
5.5 本章小結(jié) 26
6 結(jié)論 27
致 謝 28
參考文獻 29
附 錄 30
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第 I 頁 摘 要 起重機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和運輸中 完成 生產(chǎn) 進程 自動化 和 機械化 扮演著重要的角色。起重機的自動化有助于減輕體力勞動，提高工作效率，降低工傷有著重要的實際意義。在鋼鐵行業(yè)、鐵路運輸、工礦采集、碼頭港口及物流周轉(zhuǎn)等企業(yè)和部門中起重機都得到了廣泛的運用。相比于國外的起重機設(shè)備，我國起重機設(shè)備的控制系統(tǒng)大部分還是采用比較傳統(tǒng)的控制方式。本課題對傳統(tǒng)的控制方式進行了改良，采用基于可編程控制器的方式來控制起重機主回路的運轉(zhuǎn)。這種方式簡化了起重機的控制系統(tǒng)、減少了控制系統(tǒng)部分占用的空間、操作維護更加簡單等。 論文首先介紹了課題的研究背景，研究的目的及意義，設(shè)計方案的對比和選擇，塔式起重機的結(jié)構(gòu)和載荷情況等，詳細計算了起重機主要的電器設(shè)備，分析了起重機的工作原理。完成課題中吊鉤的上升和下降的高速和低速的要求，分析了線路過流、短路、過載等保護的工作原理。 實現(xiàn)可編程控制器線路的監(jiān)控，采用的是電流變送器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的組合，將線路的交流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供可編程控制器讀取與預設(shè)值進行比較，然后根據(jù)設(shè)定程序?qū)χ骰芈吠瓿煽刂撇僮鳎敿毜亟忉屃烁鞫蔚某绦?。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電腦終端的監(jiān)測，本課題增加了利用電腦組態(tài)王軟件實現(xiàn)對可編 程控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取。 本系統(tǒng)的控制核心是采用三菱的 64論文的最后主要是對起重機模擬樣機設(shè)計的解釋。 關(guān)鍵詞 ： 塔式起重機； 啟動 ；可編程控制器；模數(shù)轉(zhuǎn)換；電動機 第 o an in to It in to of in is on so of in of in of of it a of / D to C LC to a to it of of In to of in to of is In of it is of 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題簡介 ............................................................................................................... 1 重機的介紹 ....................................................................................................... 1 外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................... 1 內(nèi)塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................... 2 編程控制器在工業(yè)自動控制中的應用 ........................................................... 2 題研究的目的及意義 ....................................................................................... 2 章小結(jié) ............................................................................................................... 2 2 起重機電氣系統(tǒng)的方案設(shè)計 ..................................................................... 3 0/式 起重機 ............................................................................................ 3 式起重機 簡介 .................................................................... 3 式起重機的結(jié)構(gòu)和運動形式 .............................................................. 4 式起重機控 制系統(tǒng)改造的原因分析 ............................................................... 4 計任務 ............................................................................................................... 5 計要求 ............................................................................................................... 5 案設(shè)計 ............................................................................................................... 5 章小結(jié) ............................................................................................................... 7 3 起重機電氣系統(tǒng)的主回路的設(shè)計 ............................................................. 8 重機主電路的設(shè)計 ........................................................................................... 8 要電器設(shè)備計算及選型 ................................................................................... 8 相電動機的工作原理 .......................................................................... 8 重機的主要電器設(shè)備的選擇 .............................................................. 9 電動機電器控制線路的設(shè)計 ......................................................................... 13 重機保護系統(tǒng)的設(shè)計 ..................................................................................... 14 流保護和短路保護 控制線路的設(shè)計 ................................................ 14 重機限位保護和聯(lián)鎖保護的設(shè)計 .................................................... 15 章小結(jié) ............................................................................................................. 15 4 起重機電氣系統(tǒng)控制部分的設(shè)計 ........................................................... 16 編程控制器 ..................................................................................................... 16 編程控制器 .................................................... 16 程軟件 簡介 ........................................................... 16 編程控制器程序的設(shè)計 ................................................................................. 16 編程控制器的選擇 ......................................................................................... 17 目錄 編程控制器程序流程圖 .................................................................... 18 動機的正反轉(zhuǎn)程 序部分的設(shè)計 ..................................................................... 19 數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計 ......................................................................................... 19 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 簡介 .......................................................... 19 流采集程序的設(shè)計 ............................................................................ 20 電動機過流和短路軟件部分的設(shè)計 ............................................................ 21 流變送器的簡介 ................................................................................ 21 流保護和短路保護的設(shè)計 ................................................................ 21 C 實時顯示的設(shè)計 ........................................................................................... 22 章小結(jié) ............................................................................................................ 22 5 起重機模擬樣機 ....................................................................................... 23 驗儀器及設(shè)備 ................................................................................................. 23 擬樣機電動機的選擇 ........................................................................ 23 擬樣機電動機額定電流的計算 ........................................................ 23 擬樣機電路各處電流值的計算及元器件的選擇 ......................................... 23 擬樣機運行前檢查 ......................................................................................... 24 重機外觀及標注 ................................................................................ 24 重機電氣絕緣檢查 ............................................................................ 24 源柜檢查 ............................................................................................ 25 重機可編程控制器輸入點檢 查 ........................................................ 25 重機可編程控制器輸出點檢查 ........................................................ 25 試步驟 ............................................................................................................. 25 章小結(jié) ............................................................................................................. 26 6 結(jié)論 ........................................................................................................... 27 致 謝 ............................................................................................................. 28 參考文獻 ......................................................................................................... 29 附 錄 ............................................................................................................. 30 第 1 頁共 37 頁 1 緒論 題簡介 起重機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和運輸中 完成 生產(chǎn) 進程 自動化 和 機械化 扮演著重要的角色。起重機的自動化有助于減輕體力勞動，提高工作效率，降低工傷有著重要的實際意義。起重機 是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的重要工具和設(shè)備。在鋼鐵行業(yè)、鐵路運輸、工礦采集、碼頭港口及物流周轉(zhuǎn)等企業(yè)和部門中，起重機都得到了廣泛的運用。 本課題主要是研究塔式起重機電氣系統(tǒng)的設(shè)計 ， 針對傳統(tǒng)塔式起重機的控制系統(tǒng)進行了改良 。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用的是以繼電器的控制方式這種方式 有著諸多的缺陷，因此對這種控制系統(tǒng)進行了改良，采用以可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了對線路電流的監(jiān)測和控制，線路發(fā)生過流、過載和短路的情況下可以立即做出保護控制，接入電腦終端可以實現(xiàn)對主回路的各個機構(gòu)的電動機進行控制和調(diào)速及各個機構(gòu)電動機線路電流的實時監(jiān)測。 重機 的介紹 起重機 大致可分為橋式起重機、塔式起重機、小型起重，其具體的結(jié)構(gòu)特點和功能如下。 （ 1）橋式起重機，橋式起重機的結(jié)構(gòu)與橋梁類似，主要裝備起升機構(gòu)、俯仰機構(gòu)和行走運行機構(gòu)，起重機可在行走運行機構(gòu)所能到達的區(qū)域進行作業(yè)。市面上常見的類似起重機如：龍門起重機、梁式起重機等。 （ 2）塔式起重機是目前市面比較常見的起重機之一。主要用于高樓建設(shè)施工中對建筑設(shè)備和材料進行運輸。常見的塔式起重機的工作機構(gòu)主要由吊臂伸縮機構(gòu)、吊塔旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、吊鉤升降機構(gòu)和頂升機構(gòu)等部分組成市面上常見的類似起重機 如 ：回轉(zhuǎn)起重機、汽車起重機等。 （ 3）小型起重設(shè)備，該類起重機結(jié)構(gòu)簡單，易于操作和移動，適用于一些輕型物件的輸送。 市面上常見的類似起重機如：滑車、電動葫蘆等。 外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 塔式起重機起源于西歐 ， 目前國外的塔式起重機的控制系統(tǒng)采用均是基于可編程控制器的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)更加完善，對不同的環(huán)境進行特定的優(yōu)化，加入了多種安全保護機構(gòu)除了限位保護機構(gòu)和超載保護機構(gòu)外還加入了風速保護機構(gòu)和地面震動保護機構(gòu)，多重保護設(shè)施來保護設(shè)備的安全運行，穩(wěn)定可靠。國外的塔式起重機以中高端機型為主 ，由于國外塔式起重機加工工藝精密，穩(wěn)定性高，故障率極低。 第 2 頁共 37 頁 內(nèi) 塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 中國 塔式起重機已經(jīng)發(fā)展近五十多年時間 了。綜觀中國起重機的發(fā)展歷程，我國的塔式起重機建設(shè)初期主要是以進口為主，近年來我國的塔式起重機大部分為自主研發(fā)產(chǎn)品，符合不斷發(fā)展的中國國情。我國的塔式起重機從小型塔式起重機到重型塔式起重機，從低端塔式起重機到高端塔式起重機逐步形成比較完整的體系。隨著我國的不斷發(fā)展人口不斷增多土地不斷減少，高樓甚至摩天大樓已經(jīng)是一個城市建設(shè)必經(jīng)之路，所以塔式起重機是現(xiàn)代建筑施工的重要設(shè)備之一。我國的塔式起重機相對于發(fā)達國家起步較晚，但是我國的塔式起重機發(fā)展迅速，我國用近五十年的時間走完 國外發(fā)達國家上百年塔式起重機的 發(fā)展 歷程 [1]。 編程控制器在工業(yè)自動控制中的應用 可編程控制器亦稱可編程控制器 ?？删幊炭刂破魇菍鹘y(tǒng)繼電器控制的改進，融入了微機技術(shù)。 可編程控制器充分的結(jié)合了微機處理器的優(yōu)點來滿足不同行業(yè)和領(lǐng)域的控制要求 。 將傳統(tǒng)的繼電器和時間繼電器等替換為通過 可編程控制器內(nèi)部軟繼電器的方式實施控制，減少了空間的占用和故障率。可編程控制器為操作人員設(shè)計了梯形圖形式的編程，降低了操作人員的學習成本，清晰明了直觀、便于上手、調(diào)試和查錯。因為可編程控制器擁有體積小、穩(wěn)定性高、功能強大、可以遠程通訊聯(lián)網(wǎng)等功能，所以可編程控制器在現(xiàn)代的工業(yè)中被廣泛的使用，日益取代由大量中間繼電器組成的傳統(tǒng)繼電器和接觸器控制的系統(tǒng)。 題 研究的目的及意義 目前塔式起重機在高樓建筑中是貨物裝卸的重要設(shè)備。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，絕大數(shù)塔式起重機電氣系統(tǒng)控制均是采用傳統(tǒng)的交流接觸器和繼電器的 控制方式，這種傳統(tǒng)的控制方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，控制效率低下，控制精度低，故障率高，穩(wěn)定性差并且這些控制設(shè)備頻繁震動對設(shè)備損耗較大。本課題主要針對目前傳統(tǒng)的塔式起重機中的電氣設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，控制效率低下，控制精度低，故障率高，穩(wěn)定性差等問題作出了具體的改造。改用基于可編程控制器可編程控制器的電氣系統(tǒng)的設(shè)計，以此來提高起重機電氣系統(tǒng)的性能。對目前起重機電氣系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的實踐意義和參考價值。 章小結(jié) 本章是全文的開篇概述，主要介紹了本課題 的背景和應用，介紹了 塔式起重機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 和可編程控制器在工業(yè)自動控制中的應用。闡明利用可編程控制器控制的優(yōu)越性和對目前起重機電氣系統(tǒng)的設(shè)計的意義。為下文的深入研究做了充分的鋪墊。 第 3 頁共 37 頁 2 起重機電氣系統(tǒng)的方案設(shè)計 0/式 起重機 式起重機 簡介 本課題選擇 式起重機， 水平臂、上回轉(zhuǎn)、自升式塔式起重機，主要用于大型工業(yè)廠房、高層或超高層民用建筑及其它工程的吊裝作業(yè)。獨立高度 45 米，最大起升高度 152 米，特殊要求可加高至 200 米，最大工作幅度根據(jù)需要可組合為 65米、 60 米、 55米和 50米，最大起重量 10噸。 工作機構(gòu)采用了各種先進技術(shù)，控制系統(tǒng)采用可編程控制器，起升機構(gòu)采用雙速繞線電機，工作平穩(wěn)，定位準確，速度達 100 米 /分，吊重時從低速到高速可逐檔平穩(wěn)變化 。其 配備了力矩限制器、高度限制器、回轉(zhuǎn)限制器、起重量限制器等安全裝置。 式起重機 主要技術(shù)參數(shù)如表 2 表 2起升高度 (m) 固定式 附著式 48、 65 152 幅度 (m) 最小幅度 最大幅度 5 60 55 50 最大起重量 (t) 10 起升機構(gòu) 倍率 2 4 速度 (r/100 50 30 8 50 25 15 4 起重量 (t) 5 4 3 10 10 10 功率 (55 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 速度 (r/功率 (kW) 牽引機構(gòu) 速度 (r/功率 (kW)0/30/(r/工作壓力 (功率 (kW)5 衡重 臂架長度 (m) 65 60 55 50 重量 (t) 機自重 (t) 固定式 著式 作級別 作溫度 — +40℃ 第 4 頁共 37 頁 式 起重機的結(jié)構(gòu)和運動形式 塔式起重機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2要由 塔身 、 回轉(zhuǎn)塔身、變幅機構(gòu) 、 載重小車、吊鉤 組成。 塔身 固定于 地面 ， 吊塔旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 、 吊臂伸縮機構(gòu)及吊鉤升降等機構(gòu)可在司機室里完成操作 。 吊鉤升降各 有 2檔工位，分別對應提升或下降時的低速和高速。塔式起重機結(jié)構(gòu)圖如圖 2 圖 2式起重機結(jié)構(gòu)圖 01 固定基礎(chǔ) 02 固定支腿 03 附著裝置 04 頂升機構(gòu) 05 下支座 06 上支座 07 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 08 回轉(zhuǎn)塔身 09 司機室 10 變幅機構(gòu) 11 載重小車 12 吊鉤 13 起重臂 14 起重臂拉桿 15 塔頂 16 平衡臂拉桿 17 平衡臂 18 平衡重 19 起升機構(gòu) 20 電控柜 21 塔身 式起重機控制系統(tǒng)改造的原因分析 某樓房建筑工地 ，配備了 1臺塔式起重機，其塔式起重機是 1998 年投產(chǎn)使用的，起重機有起升、回旋、變幅三個機構(gòu)，電氣系統(tǒng)的控制方式采用的是傳統(tǒng)繼電器和交流接觸器組合的控制方式，起升調(diào)速是采用串電阻的調(diào)速方式，配備了短路保護、過載保護和欠壓保護等。此塔式起重機沒有配備過流保護、風速監(jiān)測保護、超載保護提醒等。施工人員經(jīng)常在大風中使用或者超載使用，頻頻出現(xiàn)電動機燒壞、交流接觸器燒壞。由于調(diào)速機構(gòu)機構(gòu)的接觸器頻頻出現(xiàn)故障，因此操作人員在操作作業(yè)的時候經(jīng)常要根據(jù)自己的經(jīng)驗對其進行控制，操作難度很大。 本課題就是針對目前傳統(tǒng)的控制方式進行了改良 ， 采用以可編程控制為核心的控制方式 ， 起升機構(gòu)采用 調(diào)速方式，降低設(shè)備的成本和維修成本。 第 5 頁共 37 頁 計任務 設(shè)計就是根據(jù)題目的要求對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。 硬件設(shè)計是對設(shè)計要求的分析的結(jié)果，了解元件的相關(guān)功能和性能，詳細計算各元件的相關(guān)參數(shù)對元件進行合理的選擇。軟件設(shè)計是對可編程控制器進行編程實現(xiàn)課題要求，并通過調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。 本課題是利用以可編程控制器為核心控制 起重機電氣系統(tǒng)的的主回路 。設(shè)計過程中有兩個最關(guān)鍵的部分 ， 系統(tǒng)的硬件設(shè)計和控制軟件的編寫 。 （ 1） 硬件 問 題 起重機控制系統(tǒng)的硬件主要有 3大部分組成，即主電路和主電路控制部分以及顯示部分。 主電路 部分 由電機及其相關(guān)的低壓控制電器組成，由可編程控制器對低壓控制電器進行控制。硬件的設(shè)計需要可編程控制器、傳感器及電機的相關(guān)知識。 在解決硬件的過程中，需要了解相關(guān)的知識和查閱大量的書籍，然后集合所學的知識進行深究。 （ 2） 軟件問題 軟件設(shè)計主要包括對低壓電器設(shè)備的控制 、 電流監(jiān)測與保護 。 對低壓電氣設(shè)備的控制主要是 可編程控制器控制接觸器的線圈來實現(xiàn)主電路的通斷，對電流的監(jiān)測與保護是通過電流變送器將交流信號等比輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊再將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入可編程控制器 與預設(shè)值比較 ，大于等于預設(shè)值則斷開主電路的常閉主觸頭同時產(chǎn)生聲光報警。硬件電路完成后 要編寫程序 。根據(jù)電路的實際情況和故障進行 程序的多次調(diào)試。查閱書籍的相關(guān)指令和代碼 ， 對較長的程序盡量簡化用簡單的程序去代替復雜的程序 。最后調(diào)試出滿足課題所有要求的程序代碼。 計要求 具體要實現(xiàn)的功能為 （ 1）設(shè)計起重機行走、吊塔旋轉(zhuǎn)、吊臂伸縮及吊鉤升降等機構(gòu)電氣控制系統(tǒng)（包括主電路及控制系統(tǒng)）。 （ 2） 要求吊鉤升降機構(gòu)有升降 2 個檔工位 。吊鉤提升需要有高速和低速兩個檔位，吊鉤下降需要高速和低速兩個檔位。 （ 3）要求主電路有過電流保護功能，運行中當電機運行電流大于額定電流的 且持續(xù)時間達 1分鐘則產(chǎn)生過流跳閘并產(chǎn)生聲光報警信號。 （ 4） 要求設(shè)計主電機短路保護 并產(chǎn)生聲光報警信號。 案設(shè)計 傳統(tǒng)塔式起重機電氣系統(tǒng)控制方式采用繼電器和接觸器組合的控制方式 ，調(diào)速方式采用 電動機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式 ，啟動方 式采用全壓直接啟動方式。這種電氣控制系 第 6 頁共 37 頁 統(tǒng)復雜，故障率高，效率低，能耗高，操作維護難度大，穩(wěn)定性差。由于傳統(tǒng)塔式起重機有諸多的問題，針對這些問題進行了改良和設(shè)計。 本設(shè)計按下面思路展開 。 根據(jù)設(shè)計要求需要實現(xiàn)的基本功能，大致可分為 電動機部分 ， 電流監(jiān)測部分 ， 數(shù)字顯示部分 這三個部分。 （ 1）電動機啟動部分 電動機的啟動方式會直接對線路的電流的造成影響。三相異步電動機的啟動方式有全壓直接啟動方式和降壓啟動方式兩種方式。 ① 全壓直接啟動方式 ， 控制線路簡單 ， 但異步電動機的全壓啟動電流一般可達到額定電流的 6～ 7 倍 ，直接影響線路保護裝置（當電機運行電流大于額定電流的 且持續(xù)時間達 1分鐘則產(chǎn)生過流跳閘并產(chǎn)生聲光報警信號。 過大的啟動電流會對電動機造成損傷 ， 如電動機的使用壽命的減少 ， 電動機的啟動轉(zhuǎn)矩降低 ， 使變壓器二次電壓大幅度下降 ， 嚴重可導致電動機無法再次啟動和運轉(zhuǎn) 。 同時 ， 過大的電流還會引起電源電壓的波動 ， 影響統(tǒng)一供電網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作 。一般電動機容量在 10下者可以直接啟動， 10課題對此不作具體說明）。 ②降壓啟動方式主要有 壓啟動方式、自耦補償降壓啟動方式等降壓啟動方式。 壓啟動方式， 電動機的星形啟動的電壓和電流都是三角形啟動的電壓和電流的 1/√3，星形啟動的電流是線電流的的 1/3，三角形啟動的電流等于線電流。所以星形啟動電流是三角形啟動電流的 1/3。 壓啟動適合輕載啟動或者空載啟動。 自耦補償啟動方式是利用自耦變壓器降低到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流。它適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應用比較廣泛，有手動和自動控制線路。不過它的體積比較大，質(zhì)量也比較大，價格比較高 [2]。 其他降壓啟動方式還有，延邊三角形降壓啟動方式、定子串電阻降壓啟動方式、軟啟動方式，這些啟動方式目前很少采用，所以本課題對此降壓啟動方式不再詳細解釋說明。 根據(jù)表 3各機構(gòu)電動機功率數(shù)據(jù)，起升和回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用 壓啟動方式，伸縮和頂升機構(gòu)采用全壓直接啟動方式。 （ 2）電動機調(diào)速部分 ①串電阻調(diào)速方式 傳統(tǒng)的調(diào)速方式采用串電阻的調(diào)速方式 ， 這種調(diào)速方式價格便宜 ， 但是 結(jié)構(gòu)復雜，控制精度低， 調(diào)速范圍小 ，效率低，故障高，能耗高，穩(wěn)定性差，同時頻繁切換會對調(diào)速機構(gòu)的壽命產(chǎn)生損傷。 ②變頻調(diào)速方式 第 7 頁共 37 頁 變頻調(diào)速方式是通過變頻器改變電源的頻率來實現(xiàn)對電動機的調(diào)速 。 變頻調(diào)速方式已經(jīng)被廣泛的運用在工業(yè)電動機的調(diào)速上 ， 這種調(diào)速方式有著 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ， 穩(wěn)定性高 ，調(diào)速范圍寬 ， 效率高 ， 能耗低 ，但是變頻器價格比較高昂。 ③ 型 調(diào)速方式 調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，價格相對便宜無需增加額外設(shè)備，但是僅有兩種調(diào)速范圍，適用于不需要調(diào)整具體速度的塔式起重機設(shè)備上。 本課題僅需要實現(xiàn)調(diào)速功能即可 ， 對調(diào)速沒有過多的要求 ，從能耗、效率、穩(wěn)定性、價格等方面考慮， 選擇 調(diào)速方式。 （ 3）電流監(jiān)測部分 要求主電路有過電流保護功能，運行中當電機運行電流大于額定電流的 分鐘則產(chǎn)生過流跳閘并產(chǎn)生聲光報警信號。 這個有兩種方案 ①通過電流變送器將線路電路的交流電流等比轉(zhuǎn)換成直流電流信號，傳輸給 塊送入可編程控制器與預設(shè)值進行比較。優(yōu)點：電流檢測精準，穩(wěn)定性高，可以實時顯示電流數(shù)值，操作維護方便簡單，缺點：成本高。 ②通過電流互感器和整流電路 將線路電路的交流電流等比轉(zhuǎn)換成直流電流信號，傳輸 給 塊送入可編程控制器與預設(shè)值進行比較。優(yōu)點：成本相對便宜，可以實時顯示電流數(shù)值，缺點：相對電流變送器方案，操作維護復雜，穩(wěn)定性差。 ③通過電流互感器和電流繼電器對線路進行保護。優(yōu)點：成本最低，操作維護相對簡單，缺點：不能實時顯示電流數(shù)值。 本課題采用電流變送器的方案 。 （ 4）數(shù)字顯示部分 ①實時顯示電流數(shù)值，采用數(shù)碼管直接顯示，成本低，便于操作和維護。 ②電腦終端監(jiān)測，采用組態(tài)王軟件數(shù)據(jù)顯示，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。 ③采用觸摸屏顯示，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，但是目前市面上工業(yè)級觸摸屏價格還比較昂貴。 本課題采用 電腦終端對線路狀態(tài)進行實時顯示 。 章小結(jié) 本章主要介紹了所設(shè)計的塔式起重機電氣系統(tǒng)和本課題需要完成的課題設(shè)計要求。針對傳統(tǒng)塔式起重機電氣系統(tǒng)的控制方式進行了分析，詳細說明傳統(tǒng)塔式起重機電氣系統(tǒng)存在問題。對傳統(tǒng)塔式起重機的電氣系統(tǒng)的改良列出了若干個方案，對每個方案進行了分析和對比，選擇最為合適的設(shè)計方案。 第 8 頁共 37 頁 3 起重機電氣系統(tǒng)的主回路的設(shè)計 重機主電路的設(shè)計 根據(jù)要求，主回路的電動機需要有過流、過載和短路保護的功能。要求 吊鉤升降機構(gòu)有升降 2個檔工位 ， 分別對應提升或下降的低速和高速 。當電動機的運行電流大于額定電流的 分鐘則產(chǎn)生過流跳閘并產(chǎn)生聲光報警信號。要求 電機短路保護 并產(chǎn)生聲光報警信號，同時能實時顯示電流數(shù)值。起重機的主電路的接線圖如圖3 圖 3重機的主電路的接線圖 要電器設(shè)備計算及選型 相電動機的工作原理 電動機的工作原理是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的電氣設(shè)備 ， 采用的是 電磁感應的工作原理。 工業(yè)生產(chǎn)中采用的是交流電動機 。 本課題采用的是交流電動機中的三相異步電動機 ， 第 9 頁共 37 頁 三相異步電動機主要由 定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子是固定部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分。 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 3 圖 3相電動機結(jié)構(gòu)示意圖 重機的主要電器設(shè)備的選擇 （ 1）電動機的選擇 電機選用的原則主要有以下幾點： ① 需要查看電動機的最大載荷時電動機的各項參數(shù) ， 選擇符合條件的電動機以嗎，滿足運行中的各項要求 。 ② 根據(jù)電動機的使用環(huán)境，選擇不同的電動機，環(huán)境潮濕的電動機需要由防潮的功能，對于危險環(huán)境里就要選擇安全級別較好的電動機如防爆的電動機。同時還要考慮環(huán)境相適應的冷卻方式的電動機。 ③詳細計算電動機的容量是否符合運行中的安全標準。電動機工作在 額定負載的75% ， 電動機的工作效率最高 。為了提高運行效率還需要考慮電動機的 極數(shù)及電壓等級 。 ④選擇穩(wěn)定性和可靠性高的電動機同時工作人員易于設(shè)備維護。 根據(jù)廠商提供的數(shù)據(jù)和各個機構(gòu)的電動機的型號和功率參數(shù)如表 3 表 3執(zhí)行機構(gòu)電機參數(shù) 電機型號 電機功率 功率因素 效率 起升機構(gòu) 55轉(zhuǎn)機構(gòu) 8 伸縮機構(gòu) 8 頂升機構(gòu) . 55 第 10 頁共 37 頁 ⑤電動機額定電流的計算 : 起升機構(gòu)電動機的額定電流如公式 3???? = ??????????????????√3= 55000380×3 = （ 3 過電流 的跳閘電流為額定電流的 ， 則其跳閘電流為 回轉(zhuǎn)機構(gòu)電動機的額定電流如公式 3???? = ??????????????????√3= 11000380×3 = ? （ 3 過電流 的跳閘電流為額定電流的 ， 則其跳閘電流為 伸縮機構(gòu)電動機的額定電流如公式 3???? = ??????????????????√3= 1100380×3 = ? （ 3 過電流 的跳閘電流為額定電流的 ， 則其跳閘電流為 頂升機構(gòu)電動機的額定電流 如公式 3???? = ??????????????????√3= 7500380×3 = （ 3 過電流 的跳閘電流為額定電流的 ， 則其跳閘電流為 （ 2）自動空氣開關(guān)的選擇 自動空氣開關(guān)的功能是為了實現(xiàn)課題要求中的短路保護的功能 。自動空氣開關(guān)通常選用電動機保護型，應按 ????來選擇。在 動時，為滿足電機的超載運行，最大電流選擇電動機額定電流 ????的 起升機構(gòu)自動空氣開關(guān)的電流如公式 3示 ?? = ???? ×(A= （ 3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)自動空氣開關(guān)的電流如公式 3示 ?? = ???? ×(A= （ 3 伸縮機構(gòu)自動空氣開關(guān)的電流如公式 3示 ?? = ???? ×(A= （ 3 頂升機構(gòu)自動空氣開關(guān)的電流如公式 3示 ?? = ???? ×(A= （ 3 分別應該選?。旱铝ξ麟姎庾詣涌諝忾_關(guān) （ 3）熱繼電器的選擇 第 11 頁共 37 頁 熱繼電器的功能是為了實現(xiàn)課題要求中的過載保護的功能。過載是指電動機長期超負荷運行，運行電流大于其額定電流，但超過額定電流的倍數(shù)更小些，通常為額定電流的 。各機構(gòu)的過載保護的范圍為： 據(jù)各個機構(gòu)的范圍選擇合適的熱繼電器。 考慮到是交流電源，所以選取具有斷相保護的 列熱繼電器，同時具有溫度補償、整定電流可調(diào)和手動復位等功能，由電 動機的額定電流選擇熱繼電器， 型電機可用 電機可用 （ 4） 交 流接觸器的選擇 接觸器的選擇主要依據(jù)以下幾個方面： ①根據(jù)負載性質(zhì)選擇接觸器的類型。 ②根據(jù)主回路的額定電流和電壓進行判斷。主回路的額定電壓不得超過交流接觸器的額定電壓。主回路的額定電流不得超過交流接觸器的額定電流。同時還應根據(jù)電動機的負載情況和運行方式，可以適當?shù)脑黾雍蜏p小。 ③交流接觸器銘牌上的頻率要與主回路的頻率保持一致。 本課題選擇 0A、 20A、40A、 60A、 100A、 150A。 吊塔 ?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 ?。?臂 ?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 取： 升 ?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 ?。?鉤 ?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 ?。?塔 接啟動時的線電流如公式 3I=(1/3)×??_?? = （ 3 故 ?。?鉤 接啟動時的線電流如公式 3?? = (1/3)×??_?? = （ 3 故 ?。? 第 12 頁共 37 頁 吊塔 的相電流如公式 3?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 ?。?鉤 的相電流如公式 3?? = (1/√3)×??_?? = （ 3 故 取： 5）電流 變送器的選擇 電流變送器將測量的主回路的交流或者直流電流按線性比例輸出 到連續(xù)的接收裝置里。電流變送器的特點：（ 1）測量電流和輸出電流按線性比例；（ 2）輸出 4 到