门座起重机变幅机构电气控制线路设计

目录1.机电传动方案的分析与拟定
1.1变幅机构特性分析
1.2三相异步电动机起动特性分析
1.2.1逐级切除启动电阻法
1.2.2 频敏变阻器启动法
1.3变幅机构调速特性分析
1.3.1 变频调速
1.3.2转子电路串电阻调速
1.3.3软制动器调速原理
1．4保护环节的设计
1.4.1 超负荷限制器幅度保护 1.4.2 过电流保护
1.4.3 零位连锁保护
1.4.4 左右旋转形成限位保护
1.5主令控制器设计
2、变幅机构PLC控制线路设计
2.1 PLC工作原理及特点
2.1 PLC工作原理及特点
2.3 PLC外部接线图
2.4 PLC梯形图程序
2.5 PLC指令语句表程序
3、变幅机构电路工作原理
3.1工作原理
3.2 变幅机构的启动调速过程
3.3 电动机3M的制动过程如下
3.4 变幅机构的保护措施
4、设计小结
5、参考文献
附录一
附录二
1机电传动方案的分析与拟定
1.1变幅机构特性分析
变幅机构由一台电动机驱动;有增减幅要求,故要求电动机能正反两方向运行;分四级起动;且有调速要求.变幅机构带有部分位能负载特征,并且属于变负载机构,在全伸出时负载转矩可能超载,需加超负荷限制器幅度保护;
另外变幅机构运行过程中的冲击与振动较大,特别是在大小行程终点更是如此,因此其调速要求较高.为保证制动过程平稳,采用双制动器实现软制动.
1.2三相异步电动机起动特性分析
1.2.1逐级切除启动电阻法
原理：启动刚开始时，触电1KM,2KM,3KM均断开，启动电阻全部接入，KM 闭合，将电动机接入电网。

电动机的机械特性如图2所示，T
st
=TA,负载转矩为
TL，加速转矩T
a1=T
A
-T
L
,转速沿直线上升，轴上输出转矩下降，当下降到T
B
时，
为使系统保持较大的加速度，KM3闭合使各相电阻中的R
st3
被短接，启动电阻由
R3减为R2，电动机的机械特性曲线由Ⅲ变为Ⅱ，只要R2的大小选择合适，并掌握好切除时间，就能保证在电阻刚被切除的瞬间电动机轴上输出转矩重新回升到
T
A
，使电动机重新获得最大的加速转矩。

以后各段电阻的切除过程与上述相似，直到电阻完全被切
逐级切除电阻的启动过程
优点：这种方法能使整个启动过程中电机能保持较大的加速转矩
1.2.2 频敏变阻器启动法
原理：启动开始时，n=0，s=1，转子电流的频率高，铁损大相当于R大，且X∝f
2
，所以X 也很大，即等效阻抗大，从而限制了启动电流，另一方面由于启动时铁损大，频敏变阻器从转子取出的有功电流也很大。

从而提高了转自电路的
功率因数，增大了启动转矩。

随着转速的逐步上升，转子频率f
2
逐渐下降，从而使铁损减少，感应电动势也减少，即由R和X组成的等效阻抗逐渐减少，这就
相当于启动过程中逐渐自动切除电阻和电抗。

当转速n=n
N 时，f
2
很小，X和R近
似为零，这就相当于转子被短路，启动完毕，进入正常运行
优点：具有自动平滑调节启动电流和启动转矩的良好启动特性，结构简单，运行可靠，无需经常维修；
其缺点是：功率因数低，因而启动转矩的增大受到限制，且不能作为调速电阻。

综述：门座起重机启动过程重要保证足够大的启动转矩，因而选择逐级切除启动电阻法。

1.3变幅机构调速特性分析
1.3.1 变频调速
异步电动机的转速正比于定子电源的频率f，若连续的调节定子电源频率f，即可实现连续地改变电动机的转速。

优点：具有高效率,宽范围,高精度的调速性能。

1.3.2转子电路串电阻调速
这种方法只适合绕线式异步电动机，其启动电阻可间作调速电阻用;转子电路串电阻结构简单，但是它是有级调速，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中，如在起重运输设备中运用的非常广泛。

综述：选用转子电路串电阻调速。

1.3.3软制动器调速原理:用两个制动器分两级先后制动,在第一级制动时制
动转矩较小,允许有一些转动,第二级制动时才完全停止,这样制动平稳. 1．4保护环节的设计 1.4.1 超负荷限制器幅度保护
热继电器FR 的发热元件串在电动机的主回路中，而起触电串在控制电路接触器线圈的回路中，当电动机过载时，热继电器的发热元件就发热，控制电路内的动触电断开，接触器线圈失电，触电断开，电动机停转。

1.4.2 过电流保护
用熔断器串联在主电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，使电器设备不致损坏。

1.4.3 零位连锁保护
主令控制器与万能转换开关广泛应用再控制线路中，以满足需要多联锁的电力拖动系统的要求，实现转换线路的遥远控制。

1.4.4
左右旋转形成限位保护
用行程开关，根据生产机械要求运动的位置通过行程开关发出信号，再通
过控制电路中的继电器和接触器来控制电动机的工作状态。

1.5 主令开关主要用来切换控制线路。

由于主令控制器的触头多，在电气传统系统图除了用下图中图形符号外，为了更清楚的表示其触点的分合状况，还常用下图中所示的触点合断表来表示。

表中，×表示手柄转动在该位置下，触点闭合，空格代表断开。

如手柄从0位置向左转动到1位后，触点2、4闭合：当手柄从0位置向右转动到1位后，触点2、3闭合，其他类推。

线
路号
主令控制器图形符号及触点合断表
2、变幅机构PLC 控制线路设计
变幅系统电路图见3#图纸。

2.1 PLC 工作原理及特点
工作原理:
多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

PLC的应用特点
1．可靠性高，抗干扰能力强
2．配套齐全，功能完善，适用性强
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
4．系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
2.3 PLC外部接线图
见附录一
2.4 PLC梯形图程序
见附录二
2.5 PLC指令语句表程序
步序指令地址号说明
1 LD X400
2 OR M100
3 ANI X412
4 ANI X413
5 OUT M100
6 MC100 M00
7 LD X401
8 AND X410
9 ANI Y431
10 OUT Y430
11 LD X402
12 AND X411
13 ANI Y430
14 OUT Y431
15 LD Y430
16 OR Y431
17 AND X403
18 OUT Y432
19 ANI Y436
20 OUT T450
21 K 5
22 LD T450
23 OR Y433
24 AND X403
25 ANI Y434
26 OUT Y433
27 OUT T441
28 K 5
29 LD X404
30 OUT M101
31 MC M101
32 LD Y433
33 AND T451
34 OR Y434
35 ANI Y435
36 OUT Y434
37 OUT T452
38 K 5
39 LD Y434
40 AND T452
41 OR Y435
42 ANI Y436
43 OUT Y435
44 OUT T453
45 K 5
46 LD Y435
47 AND T453
48 OR Y436
49 OUT Y436
50 MCR M101
51 MCR M100
52 END
3、变幅机构电路工作原理
3.1工作原理:
门机变幅是由电动机3M带动减速箱和单齿条传动机构来实现的，变幅机构的主电路如图纸所示，变幅用电动机3M，经由三相闸刀3QS，正、反转接触器KMF3、KMR3，从电网获得电能，其中两相电源线上串有过电流继电器线圈，作为3M的过电流保护之用。

电动机转子中接有RS3启动电阻。

3KM1—3KM4是加速接触器。

3YM1、3YM2是电力液压推杆上的油泵电动机，他们得电后，制动闸瓦松开，3M 可以自由转动。

齿条传动变幅是由齿轮减速箱的齿轮与齿轮密切啮合完成的。

由于惯性大，并且是钢制结构，如果制动太快，冲击力就很大。

一个制动器制动过快，因而用两个制动器分两级分别制动，在第一级制动时，制动转矩最小，允许由一些转动，第二级制动时才完全停止，这样就制动平稳了。

KA31是控制3YM 的中间继电器。

FU6是制动器电器设备的短路保护熔断器，FR是电动机3M的长期过载保护用的热继电器。

3.2 变幅机构的启动调速过程：
以增幅为例，主令开关处中位零档时，线圈3KA3、3KA4均失电，液压推杆制动器闸瓦报警电动机3M，3M不能运转.
主令控制开关扳到左1挡，主令开关触点K2，K4闭合，使得线圈KA33，KT5，KMR3得电，线圈KA33得电，使得主电路中KA33闭合，3YM1工作，使得一级制
动器松闸，线圈KT5得电，使得触点KT5立即闭合，线圈KA34得电，主电路触点KA34闭合，电动机3YMR2启动，二级制动器松闸。

使电动机3M可以自由转动。

而线圈KMR3得电，使得主电路及控制电路中常开触头，KMR3均闭合常闭触点均断开，电动机3M启动开始增幅，此时由于全电阻接入，转速较低。

主令开关扳到2挡，主令开关K2，K4，K5，K6均闭合。

除以上的功能运转不变外，线圈KM31得电，使得主电路和控制电路中触电KM31均闭合，此时一级电阻切除，变幅速度加快。

主令开关扳到3档，主令开关触点K2，K4，K5，K6均闭合。

除以上运转功能不变外，线圈KM32得电，二级电阻切除，线圈KT6得电，触点KT6延时闭合，延时闭合后，KM33得电，三级电阻切除，同时线圈KT6失电（由于触点KM33起到自锁作用，故线圈KM33长期得电）线圈KM33得电后，线圈KT7得电，触点KT7延时闭合，延时后，线圈M34得电，四级电阻切除，电动机全速运转，变幅速度最大，线圈KM34得电的同时，线圈KT7失电，（由于触点KM34起到自锁作用，线圈KM34长期得电）。

3.3 电动机3M的制动过程如下：
电挂电动机起动时，3KA3，KT5立即得电，油泵电动机3YM1，3YM2转动，松开制动闸瓦。

欲使3M停转，可以将3LK手柄回零，KA33释放，油泵电动机3YM1失电，液压推杆对3M进行制动。

为减少振动，并没有将3M制动到停转的程度。

与此同时，KT5线圈失电，延时后，KT5触头动作，使KA34释放，3YM2也失电，相应的液压推杆进一步对3M进行制动，使之停转。

3.4 变幅机构的保护措施
除在主电路分析中提到的3M 过流保护（KA31，KA32），3YM2的热保护（3FR）及短路保护（FU）外，还有3KMF，3KMR之间的连锁保护，3KL的K1触头与KV3配合完成的零位保护和失压保护。

变幅机构的特有保护是增幅，减幅限位保护。

3QS1与3QS2是变幅限位开关。

当增幅到极限位置时，3QS2 的常闭触头断开，KMR3失电而释放，3M失电，进行分级制动，直至停止增幅。

此时司机可把主令控制器手柄拉到减幅的位置，适当的减幅。

减幅限位保护由QS31承担，其工作原理与增幅限位保护相同。

消除超限位影响的方法是将3LK手柄推向增幅位置，适当的增幅即可。

4、设计小结
通过此次历时两个星期的机电传动与控制学科的课程设计，我们受益匪浅。

我们从查找资料和搜集资料，逐步分析起重机的基本结构，变幅机构设计所要满足的基本功能要求，到着手尝试设计各个组成部分的结构及具体参数，直到最后主电路、外部接线及plc程序的编写，都是组内所有成员共同努力的结果。

在设计的过程中，我们不但巩固了课本教学过程中所学习到的知识，更让我们对于抽象的知识有了一个感性的具体的认识，并尝试将知识运用到实际中去，这对于我们机械设计制造及其自动化专业的学生来说，无疑是一个很好的锻炼与强化的机会，为将来做好工作打下了坚实的基础。

在此过程中,我们深深的切身体会到了团队合作的重要性,一个人在这么短的时间里是不可能完成这一个工程的,必须要分工明确,具体到人.另外又要自身动手,不能什么都依赖别人,这样会造成团队瘫痪.在这两个周的时间里,我们在老师的指导下,精心准备,认真分析,终于完成了任务.
5、参考文献
[1] 机电传动控制邓星钟华中科技大学出版社
[2] 可编程控制器原理及应用彭利标等西安电子科技大学出版社
[3] 起重运输机机械电控线路及其元件周欣华人民交通出版社
[4] 可编程序控制器（plc）应用技术与实例袁任光华南理工大学出版社
[5] 起重机设计手册《起重机设计手册》编写组机械工业出版社
[6] PLC应用开发技术与工程实践求是科技人民邮电出版社
[7] 港口电气设备季本山人民交通出版社
附录一
附录二。