《变频器技术及应用》电子教案 单元设计 起重机大小车行走驱动控制系统的装调(单元设计7-2)

详案：
一、能力/知识要求
知识要求：
1.了解变频器在起重设备中应用效果。

2.了解多速控制解决实际问题的现实意义。

能力要求：
1.能进行PLC控制的7速以下多速电路的软硬件设计、安装、调试。

2.能根据调速要求进行简单控制系统的设计。

教师：分析任务，指导操作，验收点评
学生：设计方案，施工操作，填写任务单
二、教学内容
【控制要求】
设计32/5t的桥式超重机的大车、小车的变频控制系统，具体要求为：
1.大车可以按前后方向运行，且大车运行速度有1-4 档，加减速时间6S。

2.小车可以按左右方向运行，且小车运行速度有1-4 档，加减速时间6S。

3.系统配备制动单元及制动电阻释放电机被倒拖处于发电状态时产生的能量。

4.有电源短路保保护。

【知识学习】
桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。

由于它两端坐落在高大的水泥柱上或金属支架上，形状似桥，所以俗称“天车”和“行车”。

桥式起重机由桥架、装有提升机构的小车、大车运行机构及操纵室等几部分组成。

图桥式起重机实物图
大车移行机构由驱动电动机、制动器、传动轴、减速器和车轮等几部分组成。

整个起重机在大车移行机构驱动下，沿车间长度方向前后移动。

小车运行机构由小车架、小车移行机构和提升机构组成。

小车可沿桥架主梁上的轨道左右移行。

在小车运动方向的两端装有缓冲器和限位开关。

桥式起重机的运动形式有三种，即由大车拖动电动机驱动的前后运动，由小车拖动电动机驱动的左右运动以及由提升电动机驱动的重物升降运动。

小车行走机构采用一台电机，大车行走机构采用2台电机。

【任务实施】
1.硬件电路设计
（1）主电路设计
桥式起重机的电气传动有大车电动机2台，小车电动机1台，32t大钩、5t小钩提升机构各1台；用4台变频器控制5台电机，实现重载起动，变频调速。

图 起重机控制系统方框图
~380V
主钩副钩小车大车
图 起重机变频调速控制主电路
表 电动机选型
本次设计只设计大车控制电路，考虑时间问题，制动器不作要求，如图所示：
~380V
（2）控制电路设计
用于起重机的变频器已经过几代的发展，市场各类型变频调速装置很多，目前国内起重机领域行走系列、升降系列变频器使用安川、三菱、西门子系列较多。

本次设计以大车控制为例，PLC、变频器模拟选择S7－200、MM440。

表I/O分配表
L2
L3
N
图起重机大车行走驱动控制图
2.变频器参数设置
表起重机大车控制变频器参数设置
3.根据控制系统要求，设计PLC程序，设置变频器参数，通电后进行系统调试。

4.操作大车操作手柄在不同档位，观察PLC输出端子得电情况、继电器KA1~KA4得电情
况及变频器输出频率的变化情况。

SQ1、SQ2分别为大车的前后限位，当SQ1或SQ2碰撞闭合时，大车改变运行方向。

5.系统调试时，请记下依次闭合开关K1~K4，变频器输出频率是多少？
K1＝1，f1= ( )
K2＝1，f2= ( )
K3＝1，f3= ( )
K4＝1，f4=( )
【任务进阶】
起重机采用变频调速改造后，有哪些效果？
1.提高了工作效率。

整机运行平稳，控制系统大大简化，调速质量明显提高。

2.增强了安全性和可靠性。

直流制动和电磁制动相结合，提高了起重机的制动性能。

增加了缺相、欠压、过压、过流等自动保护环节，提高了起重机的安全性。

3.故障率大大降低，维护工作量大为减少，维修和使用成本下降。

变频调速实现了电动机的软起动，提高了起重机的使用寿命。

操作手柄受力大大减小，不易损坏。

PLC控制的维护工作量远远小于接触器－继电器控制电路。

4.节能效果可观。

绕线式异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电路阻消耗大量的电能。

采用变频调速后，不仅可以节约外接电阻消耗的大量电能，而且运行过程中可节约能量。

经过改造后系统大约可节能20%－40%。

【任务拓展】
1.小车控制与大车控制的区别是什么？
2.继电器 KA1~KA4是否可以省略？直接将PLC输出端子Q0.0~Q0.3接到变频器端口5~8上？
3.若变频器参数作如下调整，PLC控制的硬件图需要作哪些改变？需要的PLC输出端子数是增加还是减少？其他参数是否需要变化？会影响起重机的功能要求吗？
表变频器参数设置调整。