電氣控制論文 基于PLC的10t橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從安全性和功能性兩個(gè)方面著手進(jìn)行，主 要包括主電路的設(shè)計(jì)和控制電路的設(shè)計(jì)，主電路中的設(shè)計(jì)以變頻器的連接和參數(shù)設(shè)定為主， 控制主要以PLC程序的設(shè)計(jì)以及和變頻器連線、輸入輸出端子的分配。該設(shè)計(jì)主電路中改 變電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)主要由變頻器器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在控制電路中實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的各種功能主 要由PLC實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；電氣控制系統(tǒng)；變頻調(diào)速；PLC控制 引言 本設(shè)計(jì)的基本控制方案就是通過(guò)PLC的輸入端輸入控制信號(hào)從而使PLC發(fā)出控制信 號(hào)/控制變頻器使變頻器啟動(dòng)工作，同時(shí)斷電電磁制動(dòng)器得電松開(kāi)，同時(shí)相關(guān)指示燈亮。 當(dāng)PLC控制變頻器頻率端子輸入信號(hào)時(shí)或正反信號(hào)，控制變頻器的端子對(duì)變頻器發(fā)出改變 頻率的信號(hào)正反轉(zhuǎn)的信號(hào)，從而使被控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變或者轉(zhuǎn)速方向發(fā)生改變。4 起j機(jī)運(yùn)動(dòng)到期限位置或主電路發(fā)生短路、過(guò)流、斷相、過(guò)載、突然停電等時(shí)，會(huì)使行程 開(kāi)關(guān)動(dòng)作或變頻器發(fā)出短路、過(guò)流等信號(hào)輸入到PLC輸入端，使PLC發(fā)出變頻器停止、 電磁制動(dòng)器制動(dòng)等信號(hào)。從而達(dá)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(jī)M1、M2、M3的斷電電磁抱閘制動(dòng)器，圖中的箭頭方向表 示控制控制信號(hào)流動(dòng)的方向。 凸能控制器外臉衽 圖2.3-1 控制萬(wàn)案簡(jiǎn)圖 一、變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1、變頻器的選擇 本設(shè)計(jì)中橋式起重機(jī)共有六個(gè)電動(dòng)機(jī)需要變頻器來(lái)控制，即大車兩個(gè)電機(jī)、小車起開(kāi) 機(jī)構(gòu)各一個(gè)。四臺(tái)電機(jī)選用三臺(tái)變頻器來(lái)控制， 橋式起重機(jī)的負(fù)載類型屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器。本設(shè)計(jì)采用普通型變 頻器。變頻器的容量要與電動(dòng)機(jī)功率優(yōu)化匹配，但不能僅由電動(dòng)機(jī)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(shí)必須考慮的。 ① 連續(xù)包載單臺(tái)變頻器單臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的場(chǎng)合 所需的變頻器容量（kV ? A）需要同時(shí)滿足下列的三個(gè)計(jì)算式 PCN 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(jī)構(gòu)電機(jī)為YZR200L-6Z/22型號(hào)，該電機(jī)是6個(gè)磁極，額定轉(zhuǎn)速964r/min,額定 將其相關(guān)參數(shù)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(jī)構(gòu)電機(jī)變頻器可以選擇型號(hào)為FR-F540-30K-CH 同理可知：小車電機(jī)變頻器可以選擇型號(hào)為FR-F540-3.水-CH 大車電機(jī)變頻器可以選擇型號(hào)為FR-F540-30K-CH 2、變頻器的配置和制動(dòng)電阻 變頻器基本配置的選擇 變頻器的基本配置有隔離開(kāi)關(guān)、交流接觸器、交流電抗器、直流電抗器。 隔離開(kāi)關(guān)的主要作用是將用電設(shè)備與電源隔開(kāi)。本設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的為57A。所以隔離開(kāi)關(guān)選擇型號(hào)為 GLCK-125A的隔離開(kāi)關(guān)，該型號(hào)的隔離開(kāi)關(guān)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(nèi)部保護(hù)功能起作用時(shí)，通過(guò)接觸器自動(dòng) 將變頻器與電源電源脫開(kāi)，以免在外部端子控制狀態(tài)下重新供電時(shí)變頻器自行工作，以保 護(hù)設(shè)備的安全及人身安全。在本設(shè)計(jì)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(shí)，一般按下式進(jìn)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(dòng)電阻的選擇 制動(dòng)電阻的粗略算法為: Rb (3.2.2-1) Ud Ud ~ 2Ie Ie 式中：Ie為電動(dòng)機(jī)的額定電流；Ud為直流回路電壓。直流回路電壓可計(jì)算為 UD 380V \2 1.1 591 600 變頻器FR-F540-3.水-CH的額定電流為7.5A,則制動(dòng)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(dòng)電阻的取值范圍為5.26歐?10.52 二、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1、橋式起重機(jī)控制要求的分析 橋式起重機(jī)主要有三個(gè)控制對(duì)象，即大車、小車、起升機(jī)構(gòu)。 對(duì)于大車，必須可以左右移動(dòng)。左右移動(dòng)的速度可以劃分成三個(gè)檔，即高速、中速、 低速。根據(jù)起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，起重量小于50噸的起重機(jī)，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(shè)計(jì)中的QD型起 重機(jī)，在工頻電源下大車的速度為112.5m/min,即高速。中速在中速檔中本設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)械是不變的 傳動(dòng)系數(shù)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(zhǔn)確， 需要增加點(diǎn)動(dòng)控制功能，點(diǎn)動(dòng)控制的為三檔速度中的低速檔。 對(duì)于小車，必須可以前后移動(dòng)。前后移動(dòng)的速度也可以劃分成三個(gè)檔，即高速、中速、 低速。根據(jù)起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，起重量小于50噸的起重機(jī)，小車的 高速速度為40~63m/min,中速為32~50m/min,低速為10~25m/min。本設(shè)計(jì)中的QD型起重 機(jī)，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(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)械是不變的傳動(dòng)系數(shù)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(duì)于起升機(jī)構(gòu)，必須可以上下移動(dòng)。上下移動(dòng)的速度也可以劃分成三個(gè)檔，即高速、 中速、低速。根據(jù)起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)上的數(shù)據(jù)，起重量小于 50噸的起重機(jī)， 起升機(jī)構(gòu)的高速速度為6.3~16m/min,中速為5~12.5m/min低速為1.6~5m/min。本設(shè)計(jì)中的 QD型起重機(jī)，在工頻電源下起升機(jī)構(gòu)的速度為13.3m/min,即高速。中速在中速檔中本設(shè)計(jì) 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(dòng)機(jī)械是不 變的傳動(dòng)系數(shù)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(shè)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(shè)計(jì) I [[]a 大生 小主 修升機(jī)構(gòu) 橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的主電路 它主要由三臺(tái)變頻器、四臺(tái)電動(dòng)機(jī)、三個(gè)電磁制動(dòng)器、三個(gè)指示燈組成。大車變頻器 連接有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，小車和起升機(jī)構(gòu)各連接一臺(tái)變頻器。三臺(tái)電磁制動(dòng)器YB1、YB2、YB3 都是斷電制動(dòng)，通電松開(kāi)。每個(gè)變頻器都接有6個(gè)信號(hào)輸入觸點(diǎn)，分別控制變頻器的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)、變頻器停止輸出信號(hào)、控制高速的頻率的電壓信號(hào)、控制中速的頻率的電壓信號(hào)、 控制低速的頻率的電壓信號(hào)。變頻器的接線端子A是變頻器異常信號(hào)輸出端，三個(gè)變頻器 的該接線分別用A1、A2、A3來(lái)表示。變頻器的指示燈HL1、HL2、HL3是用來(lái)指示變頻 器運(yùn)行狀況的，當(dāng)變頻器正在停止或正在直流制動(dòng)時(shí)，該燈就會(huì)點(diǎn)亮。圖中的L1、L2、L3 分別是三臺(tái)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(shù)，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(shè)計(jì) 大車的PLC程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6 ,大車 梯形圖程序編寫(xiě)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(yùn)皿5 信速檔 ? g hoc (Sis：ao.i 正轉(zhuǎn)檔加4 MO.O 限位111.1 電機(jī)正轉(zhuǎn):Q?？? 滑行力口 限位1：乩1 限位％112 變頻故障;巾3電磁制動(dòng)力3.4 高速3上 中速:如5 低速:印4 電磁制動(dòng):Q24 變頻惇止:Q0L2 T，I C ) 小車的PLC程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6，小車 梯形圖程序編寫(xiě)如下: 零檔*12 2 限位3; 05 限位4;I2E T ,卜 朝理障＜127 T / 1 點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)X.層口 點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)1d21 M01 () 點(diǎn)9正轉(zhuǎn)加2.3 低速岑口2口 電磁制動(dòng)變頻停止％QL3 T，I——C ) 面龐X.?2 I——() 中速者以1 6 M0.1 中速 < ) 伍速之。 \ ) 點(diǎn)或反轉(zhuǎn)乩吐4 應(yīng)轉(zhuǎn)搭#：120 限位皿 T，卜 電機(jī)反轉(zhuǎn)”：3.2 Y ) 限位3:125 電機(jī)正轉(zhuǎn)x：Q1 1 T () 點(diǎn)就正轉(zhuǎn)劃點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)閘21 高速也22 變頻故隆用” 電磁涮動(dòng)x：Q3.5 T，I C ) 中速EW1 百樂(lè)檔x」1.5 M0l1 低速檔Mil 正轉(zhuǎn)楣*:I21 M0.1 小車控制系統(tǒng)的梯形圖程序 起升機(jī)構(gòu)的PLC程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6, 起升機(jī)構(gòu)梯形圖程序編寫(xiě)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(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)匚36 點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)q門,7 高速檔 aiMq：Q32 M0L2 皮轉(zhuǎn)檔年工3 電機(jī)反轉(zhuǎn)q： 口2 5 M0L2 點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)明37 M0.2 正轉(zhuǎn)檔ql3.4 超載二141 ? 1 1 i 點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)335點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)：1箝| 限位5I4.CI 電機(jī)正轉(zhuǎn)qQ24 T / I () 高速q：Q3.2 變頻故障電礴制動(dòng)q:Q3 6 —I，I C ) 中速曲1 低速M(fèi)3.口 電磁制動(dòng)加3變頻停止q:Q26 I，I () 五、結(jié)語(yǔ) 橋式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)、斷路器、交流電抗器、3個(gè)變頻器。其中變頻器具有短路保護(hù)，缺相保護(hù)、 過(guò)載保護(hù)等，從而使主電路中省去各個(gè)電動(dòng)機(jī)的熱繼電器、熔斷器、缺相保護(hù)裝置等。從 而減少了主電路中的電氣元件。即使電路簡(jiǎn)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(diào)速性能使電動(dòng)機(jī)省去了轉(zhuǎn)子用電阻調(diào) 速裝置?？刂齐娐分袑?shí)施控制的主要元件是PLC,被控對(duì)象分別為大車、小車、起升機(jī)構(gòu), 都采用凸輪控制器來(lái)控制他們低、中、高轉(zhuǎn)速，都設(shè)有正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)，變頻器故障信號(hào)保護(hù)， 電磁制動(dòng)器都采用斷電制動(dòng)。除此之外，大車還設(shè)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(jī)的電氣控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的面比較廣，知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于本人 研究能力和研究時(shí)間有限，論文中存在不足在所難免，希望各位老師同學(xué)指正，并希望在 以后的工作和學(xué)習(xí)中能夠加以補(bǔ)充和完善。 參考文獻(xiàn) [1]倪遠(yuǎn)平主編《現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)》，重慶大學(xué)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(wàn)力主編《起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)》，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(diào)速技術(shù)》，北京航空航天大學(xué)出版社.2011