205t桥式起重机电气系统改造设计

20/5t橋式起重機電氣系統改造

摘要

本文分析了橋式起重機的電氣控制要求及繼電接觸器電氣控制系統的工作原理，總結了繼電接觸器電氣控制系統的不足，並利用PLC和變頻器技術，對橋式起重機的電氣控制系統進行了改造，以程式控制取代繼電器——接觸器控制，交流電動機調速方式採用變頻調速，從而實現了起重機的半自動化控制。文中還詳細介紹了變頻器與相關配套元器件的選用方法，PLC多段速控制程式及PLC與變頻器控制系統的接線方法，橋式起重機PLC與變頻器控制系統的工作過程。

關鍵字

可編程控制器變頻器起重機電氣控制系統機床改造

一概述 (3)

（一）设计任务分析 (4)

（二）系统改造方案 (4)

二、桥式起重机继电接触器电气控制系统 (5)

（一）桥式起重机的主要结构及运动形式 (5)

（二）桥式起重机的电气控制特点 (6)

（三）、桥式起重机的对电力拖动的要求 (7)

（四）20/5t桥式起重机的电路工作原理 (9)

三、PLC、变频器控制系统的软硬件设计 (12)

（一）PLC简介及特点 (12)

(二) 变频器简介及特点 (14)

(三)PLC的机型选择及变频器的机型选择 (19)

（四）主钩电气控制线路 (20)

八副钩电气控制线路 (23)

（一）副钩电气控制线路 (23)

（二）副钩I/O分配表 (23)

（三）副钩梯形图 (24)

九小车电气控制线路 (25)

（一）小车控制线路 (25)

（二）小车控制程序I/O分配表： (25)

（三）小车梯形图 (26)

十大车电气控制线路 (27)

（一）大车控制线路 (27)

（二）大车I/O分配表 (28)

（三）大车梯形图 (29)

结束语 (30)

致谢词 (31)

概述

主鉤最大起重20T,副鉤最大起重5T，橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿

鋪設在橋架上的軌道橫行運行，構成一矩形的工作範圍，就可以充分利用橋架下麵的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。

橋式起重機廣泛地應用在室內外倉庫，廠房，碼頭和露天料場等處。

隨著工業自動化的發展，PLC、變頻器工廠設備中的應用越來越廣泛。由於PLC的工作可靠性高，因此用PLC來代替傳統的交流控制器已成為一種必然趨勢。

橋式起重機可分為普通橋式起重機，簡易梁橋式起重機和治金專用橋式起重機三種。

普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構。起重小車又有起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。

起升機構包括電動機、制動器、減速器、捲筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動捲筒轉動，使鋼絲繩繞上捲筒或從捲筒放下，以升降重物。小車架是安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接機構。

普通橋式起重機主要採用電力驅動，一般是在司機室內操作，也有遠距離操作。起重量可達五百噸，跨度可達60米。簡易梁橋式起重機又稱梁式起重機，其結構組成與普通橋式起重機類似、起重量、跨度和工作速度均小，橋架主梁是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡單截面梁，用手拉葫蘆或電動葫蘆配上簡易小車作為起重小車，小車一般在工字梁的下翼緣上運行。橋架可以沿高架上的軌

道運行，也可沿懸吊在高架下麵的軌道運行，這種起重機稱為懸掛梁式起重機。治金專用橋式起重機在鋼鐵生產過程中可參與特定的工藝操作，其基本結構與普通橋式起重機相似，但在起重小車上還裝有特殊的工作機構或裝置。這種起重機的工作特點是使用頻繁、條件惡劣，工作級別較高。

主要有五種類型。1）鑄造起重機

2）夾鉗起重機

3）脫錠起重機

4）加料起重機

5）鍛造起重機

（一）設計任務分析

1.瞭解20/5t橋式起重機的結構、作用；

2.瞭解工作原理；

3.進行何種改造；

4.進行軟體，硬體的設計；

（二）系統改造方案

橋式起重機的主要設備有:大車電機2臺、小車電機1臺、主鉤電機1臺、副鉤電機1臺，若仍採用繞線式電動機進行控制，則可以只選用PLC進行改造。若車間工作環境比較惡劣，如腐蝕性粉塵，容易對電阻箱及電動機碳刷等設備部件腐蝕和過早老化，則可以採用鼠籠式電動機進行控制。此時可以採用PLC加變頻器進行改造。橋式起重機有大車2臺、小車電機1臺、主鉤電機1臺、副鉤電機1臺，共五臺電機，由於大車2臺電機是同步，因此在改造過程中共用一對

號變頻器進行控制，這樣共需要4臺變頻器。結構圖2所示。

第一種方案優點是改造過程簡單，可以節約部分設備費用。缺點是:

電動機轉子所串電阻易燒損和斷裂;

轉子串電阻調速，機械特性比較軟，負載變化時轉速也變化，調速效果不理想;

所串電阻長期發熱，電能浪費大，效率低。

而第二種方案中鼠籠式電動機價格便宜、經久耐用，在生產中受到工程歡迎，並且由PLC加變頻器進行控制，其調速效果更加穩定，電能可以充分利用。

根據以上兩種性價比選擇，該選用第二種方案，

二、橋式起重機繼電接觸器電氣控制系統

（一）橋式起重機的主要結構及運動形式

橋式起重機由大車、小車、提升機構（主鉤、副鉤及傳動變速機構）等部分組成。

橋式起重機的橋架稱為大車，大車可以沿車間兩側立柱上的軌道做縱向移動；大車上設有小車專用軌道，供小車沿軌道做橫向移動；主鉤和副鉤都裝在小車上，副鉤用來提升5噸以下較輕物件，主鉤用來提升不大於20噸的重物；副鉤在其額定負載範圍內可協同主鉤完成吊運工作，但不允許主、副鉤同時提升兩個物件；當兩個吊鉤同時使用時，起吊總重量大不能超過主鉤額定品質。

橋式起重機的主要運動有大車的縱向運動、小車的橫向運動及主鉤、副鉤的升降運動。

（二）橋式起重機的電氣控制特點

（1）三相電源是從沿著平行於大車軌道方向敷設在車間廠房一側的三根主滑觸線上，通過滑動集電刷引入；小車上電氣設備的供電以及電氣設備之間的連接是通過在橋架的一側裝設的21根小車導電滑線並經滑動集電刷引入。

（2）橋式起重機選用繞線轉子非同步電動機，以適應在重載下頻繁啟動、制動、反轉、變速等操作，繞線轉子非同步電動機轉子回路串電阻可得到較大的啟動轉矩，減小啟動電流，並具有一定的調速範圍。

（3）主鉤與副鉤要有合理的升降速度，空載、輕載要求速度快，以減小輔助工時；重載要求速度慢，轉速可降低為額定轉速的50%-60%；提升開始或重物下降至預定位置附近時採用低速，在30%額定速度附近分成幾檔，方便靈活操作。

（4）吊鉤提升的第一級作為預備級，啟動轉矩不能太大，一般限制在額定轉矩的50%以內，這是為了消除傳動間隙和張緊鋼絲繩，以避免過大的機械衝擊。

（5）當下放負載時，負載力矩為位能性阻力矩，電動機可運轉在電動狀態、負載倒拉反接狀態或再生發電制動狀態。

（6）有完備的零位、短路、超載和終端保護。