153T桥式起重机电气控制设备设计文献综述

15/3T桥式起重机电气控制设备设计文献综述

专业：机械设计制造及其自动化班级：

作者：指导老师：

桥式起重机是桥架型起重机的一种，它依靠起升机构和在水平内的两个相互垂直方向移动的运行机构，能在矩形场地及其上空作业，被广泛用于工厂、矿山、港口、建筑工地等生产领域。它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对简单等优点。使用起重机械能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至完成人们无法直接完成的某些工作。桥式起重机被广泛地应用在国民经济建设的各个领域，产品目前己经形成多个系列。随着经济建设的发展，用户对其性能要求越来越高，同时对产品的个性要求也越来越多样化。但是目前国内的桥式起重机结构型式比较落后，和国外同类产品相比仍有很大差距。对于提高桥式起重机的工作效率和可靠稳定性，应用现代CAD/CAM技术，增强企业对市场需求的相应速度，提升企业的竞争力具有重要的实际意义。

桥式起重机作为重要的起重机械，是生产生活中不可缺少的。桥式起重机由桥架、大车运行机构、小车运行机构及起升机构组成。桥式起重机的各部分动作都是通过电气进行控制的，为了提高桥式起重机的使用效率和可靠稳定性，应用PLC控制系统对起重机电气设备进行控制已成为必然。传统的桥式起重机控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，正逐步被淘汰。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点。在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证起重机正常运行这个要求的情况下，大大的提高了起重机故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的经济效益和社会效益。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的桥式起重机电气设备控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。

桥式起重机电气设备调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机一电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放大控制，到可控硅SCR激磁控制，到主回路可控硅即晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展，集成模块出现，计算机、微处理器应用，因此控制从分立组成模拟量控制发展至今天的数字量控制。

从交流驱动来讲:常规的常采用绕线式电动机转子串电阻调速，为满足重物下放时的低速，一般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动，还有靠转子反馈控制制动、

反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动，随着电子技术的发展，国内外开发研制变频调速，PLC可编程序控制器的应用控制系统的性能更加完美。目前国内外几种常用调速系统配置及其性能:

（1）DC-300直流驱动调速系统:GE公司DC-300, DC-2000是微处理器数字量控制的直流驱动调速系统，其控制功率从300HP到4000HP，并采用PLC对整机驱动系统实施故障诊断、检测、报警及控制。

（2）交流调速控制系统 :对于起重机械来讲，交流驱动仍是国内普遍采用的方案而且多数停留在绕线式电机转子串电阻来调速。随着功率电子技术的发展，早在六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究。

可编程序控制器PLC引入到交流电气传动系统后，使传动系统性能发生了质的变化。在桥式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等，达到了新的技术高度。

（3）变频调速:变频调速的控制方法有恒压频比控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制等。这些控制方法都得到了不同程度的应用，但其控制性能有一定的差异。直流电动机之所以与有良好的控制性能，其根本原因是当励磁电流恒定时，控制电枢电流的大小就能无时间滞后的控制瞬时转矩的大小。异步电动机产生瞬时转矩的原理虽然与直流电动机相同，但由于建立气隙磁场的励磁分量和电磁转矩所对应装置电流有功分量都应包含在定子电流中，无法直接将它们分开，在运行过程中，这两个分量有会互相影响。

本课题中以桥式起重机作为研究实体，由上可知，传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线机转子串电阻的方法进行启动和调速，继电—接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：

（1）桥式起重机工作环境差，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。

（2）继电—接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。

（3）转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。

随着电力电子技术的发展，变频调速作为一种调速方法自本世纪初提出以来发展十分迅速，它在节能，维护量小，自动控制性能好等方面有明显的优点，变频技术正普遍应用于电力拖动领域，特别是对一些耗能较大的设备实行变频调速，取得了明显的节能效果，而起重机械设备的拖动调速系统在低于额定转速时，仍然主要是通过转子的外接电阻消耗能量来实现。近年来，各大有色企业都在进行技术改造，工程项目很多，在每

一个工程项目中，都少不了桥式起重机。比如江西铜业集团公司贵溪冶炼厂备料车间，梅山热轧技改和2号连铸机工程，中铝广西分公司，中国铝业青海分公司第三电解厂等都采用了变频调速技术，并采用了PLC进行控制。在9O％的起重机上成功地运用了变频调速技术。使起重机在全速范围内实现了高精度控制，不论轻载或重载均有稳定的运行速度，起、制动平稳，减小了机械传动机构的冲击，调速范围宽，可达1：10以上；变频调速转矩响应快，零速能够输出额定转矩，为防止松闸、抱闸时的溜钩现象提供了可靠的保证；主令控制信号与变频器给出的低速抱闸信号相结合控制制动器动作，达到低速抱闸及准确定位功能，并可减轻制动器的磨损。起重机采用先进的可编程控制技术PLC和变频器技术，以程序控制取代继电器----接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速。

要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。近年来，随着微机技术的迅猛发展和电子计算机技术的广泛应用，PLC控制技术开始应用在起重机的电力拖动系统。电控系统是起重机正常工作的关键设备，电气设计立足于安全，可靠，技术先进，性能价格比合理，维修方便。因此采用PLC控制的调速技术是起重机各项技术性能的主要保证。

PLC控制系统的主要特点：

（1）采用PLC对起重机电控系统进行控制和管理, 使其工作时对信号显示和故障监测十分方便, 可大大缩短检修时间。

（2）采用PLC作为电控系统装置, 可节省司机室内的空间, 方便司机操作。

（3）电控系统的逻辑控制大多由PLC以扫描方式执行用户程序来完成。与继电器控制电路相比, 减少了大量的中间继电器和时间继电器, 使单台起重机的电控配置达到相当高的技术水平, 各种调速装置(如可控硅定子调压调速装置、交流变频) 均可顺利联接于PLC的控制当中,从而实现对各机构电动机的高精度实时控制。

（4）使用PLC的控制系统的自动化程度较高, 既适用于新产品的开发, 又适用于老设备的改造。随着起重机电控设备更新换代步伐的加快和计算机自控技术的不断发展, 应用高科技技术来保证起重机安全可靠性, 将是必然的趋势。

一、PLC的系统组成与各部分的作用

PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式。

整体式 PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU 是PLC的核心，I/O单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程