10T塔吊電氣控制系統(tǒng)設計

10T塔吊電氣控制系統(tǒng)設計,10,塔吊,電氣,控制系統(tǒng),設計 摘 要 隨著改革開放的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化建設進入了一個全新階段，塔式起重機需求量不斷增多。50年代初，我國塔機由仿制開始起步。20世紀60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構中采用了比較先進的技術，如直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉和運行機構中安裝液力偶合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。 本文是以滿足塔式起重機的各個動作而設計的電氣控制系統(tǒng)。從塔式起重機的變幅動作、回轉動作、起降動作和各個動作中的變速入手，根據(jù)繼電—接觸控制器原理和三相異步電機的變速原理設計的電氣控制電路。 與加入PLC控制器的控制系統(tǒng)相比只由繼電—接觸控制器組成的電氣控制系統(tǒng)比加入PLC控制器的控制系統(tǒng)抗干擾性強，但是對塔式起重機的鋼鐵結構沖擊較大適合用于小型塔式起重機。 此次畢業(yè)設計題目為塔式起重機電氣控制系統(tǒng)設計，主要包括起升機構的控制，三速變化的設計，回轉機構的繞線電機變速設計，小車變幅雙速電機的控制設計，電器元件的選型，控制柜安裝布置圖，電氣接線圖的設計等。 關鍵詞：塔式起重機 變幅 起升 回轉  Abstract As the ceaseless development of reforming and opening, modernization has entered a new stage, demand increased for tower crane. At the beginning of 50 time, our country started by imitation of tower crane. Nineteen sixties, due to high buildings, development, extensive use of internal climbing type and external attached tower crane, and in the working mechanism adopts a more advanced technology, such as the speed of the DC motor, the silicon controlled speed, eddy current brake, in a rotary and a running mechanism installed in hydrodynamic coupling. During this period, China began to enter its own design and manufacture of tower crane 's stage. This paper is to meet the needs of each action and design of tower crane electrical control system. From the tower crane luffing motion, rotary motion, and action and each action in the transmission of relay contact control, according to the principle of three-phase asynchronous motor and transmission principle of electrical control circuit design. With the accession to the PLC controller of the control system of relay - contact compared to only by the controller of the electrical control system than the accession to the PLC controller control system anti interference is strong, but the impact of large tower crane steel structure suitable for small tower crane. The graduation design for the tower crane electrical control system design, including the lifting mechanism control, three speed change rotary mechanism design, the motor winding gear design, trolley double speed motor control design, electrical components selection, control cabinet arranged diagram, wiring diagram design. Key Words: Tower crane luffing hoisting slewing  目錄 摘 要 1 Abstract 2 目錄 3 第一章 緒論 5 1.1 塔式起重機設計概述 5 1.2塔機的發(fā)展 5 1.3傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現(xiàn)狀 5 1.4起升機構的工作原理 6 第二章 塔機總體方案設計 7 2.1 設計要求 7 2.2 設計任務 7 2.3 塔機基本結構圖 7 第三章 塔式起重機機構設計及其選擇 9 3.1起重機冶金用電動機 9 3.2電動機的選擇方法 9 3.3起升機構 10 3.3.1起升機構電動機的選擇 10 3.3.2起升機構制動器的選擇 16 3.3.3起升機構減速器的選擇 16 3.4變幅機構 16 3.4.1變幅機構電動機的選擇 16 3.4.2變幅機構制動器的選擇 18 3.4.3變幅機構減速器的選擇 18 3.5旋轉機構 18 3.5.1旋轉機構電動機的選擇 18 3.5.2旋轉機構減速器的選擇 20 第四章 PLC的選擇與課題介紹 21 4.1 PLC的控制原理 21 4.2 用PLC控制塔機的優(yōu)越性 21 4.3 塔機的電氣控制設計內(nèi)容 22 4.4 PLC的選型 22 4.5塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理 25 第五章 塔式起重機電氣控制的硬件設計 26 5.1塔機電動機控制電路設計 26 5.2 PLC的輸入輸出接線設計 27 5.3流程圖 28 第六章 塔式起重機控制的軟件設計 29 6.1進退機構工作設計 29 6.2左、右行機構工作設計 31 6.3起升機構工作設計 33 6.5 回轉機構 35 6.5聲光指示控制設計 37 6.6 限位保護閉鎖及復位操作設計 37 總 結 38 參考文獻 39 致 謝 40  第一章 緒論 1.1 塔式起重機設計概述 近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的高速增長，基本建設規(guī)模不斷擴大，特別是高層建筑施工的不斷增多，塔式起重機的應用愈來愈廣泛，并已成為建筑施工中的一種主要水平運輸和垂直運輸機械。 此次畢業(yè)設計的題目為塔式起重機電氣控制系統(tǒng)設計，主要內(nèi)容包括塔機的回轉機構設計，塔機的小車牽引系統(tǒng)設計，塔機的起升機構設計。完成所有圖紙的繪制，其中包括電氣控制原理圖，施工圖，電器元件接線圖等。 1.2塔機的發(fā)展 塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。20世紀末20余年國外塔機技術發(fā)展的主要特點是： （1）組合塔機（Combination crane）或稱模塊塔機（Modular tower crane）得到迅速發(fā)展。 （2）一些超重型塔機相繼問世 （3）適應都市改建需要的城市塔機（City Crane）應運而生并得到發(fā)展。 （4）安裝架設速度快，450~900kN*m級塔機借助液壓伸縮臂汽車起重機作為安裝輔機，在4~6小時內(nèi)可以安裝完畢。 （5）采用較完善的調(diào)速，操控系統(tǒng)和電子儀表。 進入20世紀90年代以后，我國塔機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加進入了一個新的全盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，全國塔機總擁有量截至2000年約為6萬臺，塔機出口業(yè)務始于1988年曾一度極為興旺，據(jù)統(tǒng)計1993~1997年出口共創(chuàng)匯近8400萬美圓。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模，應用范圍和塔機總量等角度來衡量，我國均堪稱世界首號塔機大國。 塔機的學名為塔式回轉起重機，屬于一種非連續(xù)性搬運機械 1.3傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現(xiàn)狀 塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家水平并躋身于當代國際市場隨著高層建筑發(fā)展，對施工機械提出了新的要求.于是，160TM附著式、45TM內(nèi)爬式、120TM自升式等都由我國自己設計并制造;八十年代，國家建設突飛猛進，建筑用最大的250TM塔機也應運而生.進人九十年代，現(xiàn)代化進程不斷加快，國內(nèi)外市場對塔機要求越來越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場的要求加快了新產(chǎn)品發(fā)的力度，先后有400TM900TM水平臂和300TM動臂式塔機，叩年代開發(fā)生產(chǎn)的塔機產(chǎn)品技術性能均顯著提高，起升機構采用三速電機驅動、渦流制動、電動換擋減速箱，變幅回轉采用雙速電機液力聯(lián)軸節(jié)驅動，或采用變頻調(diào)速，有多種速度，工作平穩(wěn)生產(chǎn)效率高.安全裝置齊全，動作靈敏可靠，裝有防止誤操作和野蠻操作裝置，可杜絕安全事故。隨著 功 率 電子技術的發(fā)展，早在六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速技術的開發(fā)研究目前，該技術己進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應用階段.可編程序控制器P硯引人到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質的變化.在塔式起重機實現(xiàn)了抓斗的自動控制和故障診斷、檢側顯示等，達到了新的技術高度。由變 頻 器 構成的交流調(diào)速系統(tǒng)可取代直流調(diào)速系統(tǒng)，是隨著計算機技術特別是大規(guī)模集成電路制造技術的不斷發(fā)展的必然結果，符合起重機的發(fā)展趨勢.適合發(fā)展大起重重量的起重機。 1.4起升機構的工作原理 起升采用全程磁通矢量電流控制、速度變頻調(diào)速線路，使起升機構在上升、下降時可獲得穩(wěn)定的速度，其調(diào)速比一般大于10。動力電源通過開關和繼電設備進入變頻器，在變頻器內(nèi)由整流單元整流，將交流電變成直流電。經(jīng)過逆變單元將直流電變?yōu)榻涣麟?，逆變單元的輸出頻率全程可控，電動機可獲得不同頻率的交流電源。當電動機的轉速超過同步轉速(變頻器的頻率值)時，電動機進入回饋狀態(tài)，其電能返回變頻器，變頻器制動單元自動將這些能量釋放在制動電阻器上，使電動機獲得制動轉矩。裝置具有過壓、過流、超速、缺相等保護功能。 抓斗采用電動液壓系統(tǒng)，液壓泵由l臺電動機驅動。當主控開關上電后，在PLC指令控制下，開動作接觸器閉合，電動機正向轉動抓斗打開；閉動作接觸器閉合，電動機反向轉動抓斗閉合。抓斗開閉由觸摸屏和主令控制器控制。采用主令控制器控制，控制器的擋位為1—0一l，2個方向對稱。  第二章 塔機總體方案設計 2.1 設計要求 最大載重 10t 最高速度 30m/min 最小/最大工作幅度 4m/70m 2.2 設計任務 （1） 完成塔吊電氣控制系統(tǒng)總體方案設計； （2） 重要零部件的設計、校核計算； （3） 繪制總裝圖、零部件圖紙，折合A0圖紙不少于2.5張； 2.3 塔機基本結構圖 圖2.1 塔機基本機構1 1-固定基礎；2-固定支腿；3-附著裝置； 圖2.2塔機基本結構2 4-頂升機構； 5-下支座； 6-上支座； 7-回轉機構； 8-回轉塔身； 9-司機室； 10-變幅機構；11-載重小車；12-吊鉤；13-起重臂；14-起重臂拉桿；15-塔頂； 16-平衡臂拉桿；17-平衡臂；18-平衡重；19-起升機構；20-電控柜；21-塔身  第三章 塔式起重機機構設計及其選擇 3.1起重機冶金用電動機 起重機的工作特點是：反復短時運行；頻繁的起動和逆轉；頻繁的電氣和機械制動；經(jīng)常地過負荷；顯著的機械震動和沖擊；工作環(huán)境多灰塵，有的還有金屬粉塵；環(huán)境溫度范圍大（-40度~+70度）；等等。尤其是冶金用電動機的工作條件更為惡劣。 為了滿足起重機的工作要求，起重及冶金用電動機與一般工業(yè)用電動機相比，有它自己的特點： 1.這種電動機一般按反復短時工作制制造。不同的接電持續(xù)率下電動機的功率不同?；鶞实慕与姵掷m(xù)率由JC25%和JC40%兩種。此外還派生有帶強迫通風電動機，其基準接電持續(xù)率為JC100%，用于接電持續(xù)率較高的場合； 2.這種電動機的最初起動轉矩倍數(shù)和最大轉矩倍數(shù)大，以適應頻繁的重負載下起動、制動和逆轉，滿足減少起動時間和經(jīng)常過載的要求； 3.這種電動機的轉子轉動慣量較小，轉子長度與直徑的比（L/D）較大，以得到較小的加速時間和較小的起動損耗； 4.這種電動機允許的最大安全轉速超過額定轉速的倍數(shù)較高； 5.其防護型式為封閉型，并且在機械機構上適當加強?？紤]了使用于多灰塵場合，電動機的密封性較好； 6.為了適應高溫工作環(huán)境，還制造工作環(huán)境溫度+60度的電動機。 3.2電動機的選擇方法 電動機的選擇應滿足生產(chǎn)機械的要求（如速度、加速度、起動、過載能力和調(diào)速等），也應能滿足電網(wǎng)的要求和使用環(huán)境條件的要求，并按技術經(jīng)濟合理的原則進行選擇。選定的電動機應對其起動能力、過載能力、溫升等方面進行校驗。 1.電動機類型選擇 起重機上使用的電動機有交流和直流兩大類型，根據(jù)之前選擇的電氣傳動方案，在這選用交流電動機。 交流異步電動機又分為鼠籠型和繞線型兩種。繞線型電動機是起重機使用最廣泛的一種電動機，也是本次設計所選用的電動機類型。 2.電動機電壓的選擇 交流起重及冶金用電動機的功率在250千瓦以下，一般都選用380伏電動機。 3.電動機轉速的選擇 在減速器速比允許的情況下，應盡量選用轉速較高的電動機，這樣，同功率的電動機重量可以輕一些，尤其是對無底腳的端蓋有凸緣的安裝方式，更要求電動機重量輕。但是高速電動機的起動損耗比較大，當每小時起動次數(shù)較多時，應考慮選用高速電動機是否合理。 4.電動機安裝型式的選擇 起重機用電動機最常用的安裝型式是機座帶底腳臥式安裝，帶一端軸伸或兩端軸伸。但為了合理布置機構、縮小安裝尺寸，有時也要求機座無底腳的端蓋有凸緣的臥式或立式的安裝型式。 3.3起升機構 3.3.1起升機構電動機的選擇 1電動機靜功率計算 （3.1） =10（噸），v=30米/分 起升機構采用封閉式齒輪傳動式，取，則單位（每噸）靜功率約為 （3.2） 所以，經(jīng)過計算得： ， 對于抓斗起重機，滿載抓斗由起升繩與開閉繩共同提升，由于司機操作有差異，起升繩與開閉繩受力可能不很均勻，但因不均勻受力時間很短暫，其不均勻性也不大，故起升與開閉機構之電動機功率仍按總功率的50%初選。 對于裝卸散粒用的大型高生產(chǎn)率裝卸橋或門座起重機，在實際使用中往往抓斗一卸空便提升（抓斗仍處于張開狀態(tài)），此時開閉繩松弛，空抓斗有可能僅有起升繩所提升，而且一般采用直流電動機驅動，空抓斗的上升速度很高（幾乎較滿載抓斗高一倍），因此，要核算空抓斗高速提升的功率，并與滿載常速提升的功率相比較，取其大值。 當抓斗在水中進行作業(yè)或抓取粘性、浸濕的物料時，因抽空而產(chǎn)生的吸附現(xiàn)象將使機構阻力增大。根據(jù)經(jīng)驗，此時應計及25~30%的吸附加載作用。 為了滿足電動機起動時間與不過熱要求，對起升機構，可按下式初選相應于機構JC%值的電動機功率： （3.3） 表3-1起升機構按靜功率初選電動機的系數(shù)值 查表3-1得： =0.7~0.8，所以， 大多數(shù)起重機的工作循環(huán)周期小于10分鐘，而起升機構每次運行時間往往在1~2分鐘內(nèi)。在這種工況下使用的起升機構電動機，在求出靜功率侯，可按重復短時工作制（JC=40%）選擇電動機型號。 表3-2 所選電動機型號與參數(shù) 基準工作制 S3 負載持續(xù)率 6次/h JC=40% 型號 定功率/kW 定子電流/A 轉子電流/A 空載電流/A 轉速/(r/min) 效率（%） 率因數(shù) 30 63.4 68.8 2.8 31.4 720 87 0.8 2、起動時間和起動平均加速度驗算 起升機構電動機的起動力矩主要用來克服載荷靜力矩以及由高速軸上轉動件的質量引起的慣性力矩： （3.4） 由（3-4）式得到起動時間： （3.5） 式中 ——起升載荷重量（千克）； ——物品上升速度（米/秒）； ——電動機轉速（轉/分）； ——電動機轉子飛輪矩（）； ——電動機軸上帶制動輪聯(lián)軸器的飛輪矩（）； ——計及其他傳動件飛輪矩影響的系數(shù)，換算到電動機軸上時可取=1.1~1.2； ——電動機平均起動力矩（），其值見表3-3。 表3-3 電動機的平均起動力矩 電動機型式 三相交流繞線式 （1.5~1.8） 三相交流鼠籠式 (0.7~0.8) 并激直流電動機 (1.7~1.8) 串激直流電動機 (1.8~2.0) 復激直流電動機 (1.8~1.9) 復激直流電動機 (1.8~1.9) 注1. ——電動機額定力矩，=975（），N——電動機額定功率（千瓦），n——電動機額定轉速（轉/分）。 2. ——電動機實際最大力矩，=（0.7~0.8）,式中為電動機最大力矩倍數(shù)。 由表3.3得， =1.6=1.6x975=40.625（） 經(jīng)計算得： =1.3（秒） 對于中、小起重量的起重機，起動時間應該短一些；對于大起重量的起重機，起動時間可以稍長；速度高時，也可長一些，但起動時間也不能太長，可按表3.4提供的數(shù)值來核算。 表3-4 起升機構起動時間 起重機起升機構工作特性 （秒） 安裝用起重機（<5米/分） 1 中、小起重機（3~80噸）通用起重機（>10~30米/分） 1~1.5 大起重量橋式與龍門起重機（<6~8米/分） 4~6 裝卸橋（>30~60米/分） 1~1.5 港口用門座起重機（>30~80米/分） 2~2.5 本次設計的起重機，是屬于中、小起重機，根據(jù)表3.4，應在（1~1.5秒）范圍內(nèi)，可以看到=1.3（秒）在這個范圍內(nèi)。 但是起動時間也不能太短，以免造成過大沖擊，通常由起動平均加速度來核算： （3.6） 經(jīng)計算得：=0.38 起重機供安裝用或吊運液態(tài)物料時，要求運行平穩(wěn)，其加速度要小些；起重機用在高生產(chǎn)率場合并對平穩(wěn)性無嚴格要求時，其加速度可以大些。平均加速度值見表3-5。 如將起升機構的平均加速度控制在表列數(shù)值內(nèi)，則起動時間一般是可以滿足要求的。 表3-5 起升機構平均加速度 起重機用途 作精密安裝用 0.1 吊運液態(tài)物料 0.1 一般加工車間、倉庫及堆場用吊鉤、電磁及抓斗起重機 0.2 港口用吊鉤門座起重機 0.4~0.6 港口用抓斗門座起重機 0.5~0.7 冶金工廠中生產(chǎn)率高的起重機 0.6~0,8 港口用吊鉤龍門起重機 0.6~0.8 港口用裝卸橋 0.8~1.2 根據(jù)上表3-5的，=0.38在一般抓斗起重機要求的范圍之內(nèi)的，所以起動加速度是合適的。 綜上所述，起動時間和起動平均加速度驗算合格。 3、電動機發(fā)熱驗算 電動機工作中因溫升而發(fā)熱，過高的溫升會使繞組的絕緣材料老化，故需要對按靜功率初選的電動機作發(fā)熱驗算，以控制電動機的溫升在容許范圍內(nèi)。 電動機發(fā)熱驗算的常用方法是：找出一個不變的等效負載，它與實際變化的負載在使電動機發(fā)熱上等效。如所選電動機的熱容量大于由這個等效負載產(chǎn)生的熱容量，電動機就不會過熱。 平均損耗法式驗算電動機容量較精確的方法，但不便于實用。 在這，我采用： 綜合系數(shù)法——載荷變化系數(shù)與起動特性系數(shù)法 1）熱平衡方程式 （3.7） 式中 ——電動機容許功率，=； ——電動機起動功率； ——電動機制動功率，采用機械制動時=0； ——滿載時的靜功率，28.8（千瓦）。 2）換算成JC=40%額定值時的功率 由（3.7）式，經(jīng)轉化后得： （3.8） 式中 ——載荷變化系數(shù) = ——起動特性系數(shù) = ——系數(shù)，與電動機配合何種電阻器有關。目前起重機用電阻器由JC=25%和JC=40%兩種，根據(jù)配用的電阻器型號，K值分別近似的取為 和 ——電動機平均起動力矩倍數(shù)，=1.5~1.8(計算時可取=1.7)； ——起動時間； ——機構開動一次的工作時間，平均值按算，=（0.2~0.4）H為平均起升高度，H——額定起升高度，v——額定起升速度； ——取物裝置重量； ——物品重量。 比值由計算得出，也可按表3-6中的經(jīng)驗值取用 表3-6 機構的經(jīng)驗值 機構名稱 起重機用途及特點 起升 通用起重機 電磁、抓斗起重機 裝卸橋 安裝用起重機 0.05~0.1 0.1~0.15 0.1~0.15 0.2~0.25 運行 運行距離長的起重機 吊鉤、電磁及抓斗起重機 安裝用起重機 裝卸橋大車 裝卸橋小車 0.1 0.1~0.2 0.2~0.3 0.2~0.3 0.3~0.4 變幅 安裝用起重機 裝卸用起重機 0.1~0.2 0.2~0.3 旋轉 安裝用起重機 裝卸用起重機 0.1~0.2 0.2~0.3 在這里，根據(jù)實際情況所設計的是抓斗起重機，所以=0.1~0.15。 對于抓斗起重機，取，其 值見表3-7。 表3-7 值 起重機名稱 配用JC=25%電阻器時 配用JC=40%電阻器時 機構的JC值 15 25 40 40 60 抓斗起重機 -- -- -- 0.75 0.92 （3-8）式中的 =值見圖3.1 圖 3.1 值 所以按（3.8）式計算得到=0.8*28.8=23.04(千瓦)<30（千瓦），符合電動機不過熱條件，所以，電動機不會過熱。 表3-8 所選用的電動機參數(shù) 基準工作制 S3 負載持續(xù)率 6次/h JC=40% 型號 定功率 /kW 定子電流/A 轉子電流/A 空載電流/A 轉速/(r/min) 效率（%） 功率因數(shù) 30 63.4 68.8 2.8 31.4 720 87 0.80 3.3.2起升機構制動器的選擇 1、制動力矩及制動安全系數(shù) 起升機構制動器之制動力矩需滿足下面條件： （3.9） 式中 為制動安全系數(shù)，在這里=1.5 為滿載時制動軸上的靜力矩。 經(jīng)計算=630N.m 2、制動器型號 所選制動器的型號為YWZ300/45。 3.3.3起升機構減速器的選擇 根據(jù)起升機構的計算載荷及傳動比，從標準減速器系列中選取。 因為傳動比為20.49。 所以所選的減速器型號為ZQ65-15.75-42。 3.4變幅機構 3.4.1變幅機構電動機的選擇 1、電動機功率計算 按第一類載荷確定驅動功率。齒條或螺桿的均方根（等效）軸向力為 （千克） （3.10） 式中 ——取齒條軸向力組合之大者； ——每一變幅位置間隔所需要的時間，可由齒條行程Y及移動速度V算出： （秒） 于是變幅功率為 （千瓦） （3.11） 式中 ——齒條移動速度（米/秒）； ——變幅驅動機構效率。 經(jīng)計算得：=9.8（千瓦），接電持續(xù)率為JC=40%。 查手冊選用變幅電動機型號為。 2、電動機過載能力驗算 由計算可選出電動機在JC=40%時的額定功率N=11kw及轉速n=700r/min，則額定力矩=975N/n()=15.32()。 電動機平均起動力矩（采用電阻分級起動）： =22.98~27.58() 電動機過載力矩（實際最大力矩）： =26.81~30.64 () 3、起動時間驗算： （3.12） 經(jīng)計算得：=3.4（秒）。據(jù)手冊，港口裝卸用門座起重機1秒<<4秒，我所選的電動機起動時間在這個范圍之內(nèi)，所以滿足要求。選用的電動機的具體參數(shù)如下表3.9。 表3-9 所選用的變幅電動機參數(shù) 基準工作制 S3 負載持續(xù)率 6次/h JC=40% 型號 定功率 /kW 定子電流/A 子電流/A 空載電流/A 轉速/(r/min) 效率（%） 功率因數(shù) 11 26.8 44 2.72 14.8 700 81 0.77 3.4.2變幅機構制動器的選擇 這里是平衡變幅機構，由于超載對于制動軸上靜力矩影響較小，故可用較小的安全系數(shù)： 1工作狀態(tài)時 （3.13） 2非工作狀態(tài)時 (3.14) 式中 為制動器的制動力矩； （千克米） （千克米） 根據(jù)計算選擇型號為YWZ300/45。 3.4.3變幅機構減速器的選擇 變幅機構的減速器一般都是采用標準系列型號。因為速比為40，所以在這里采用渦輪減速器，型號是CWU200-40-II。 3.5旋轉機構 3.5.1旋轉機構電動機的選擇 1、電動機功率 所需要的電動機功率為 （千瓦） （3.15） （） （3.16） 式中 ——包括物品重量在內(nèi)的起重機旋轉部分的重量（千克）； ——支承軌道的平均半徑（米）； ——滾子的半徑（米）； ——滾子在軌道上的滾動摩擦系數(shù)（米）； ——滾子止推軸承中的摩擦系數(shù)； ——滾子止推軸承的平均半徑（米）； ——圓錐形滾子對其軸線的斜角（度）。 經(jīng)計算得：N=6.3（千瓦）。初選電動機的型號為YZR160L-8。 2、起動時間驗算 電動機的起動時間按等加速起動計算： （3.17） 經(jīng)計算得：7.8（秒）。符合手冊中的時間要求范圍，所以可取。 查手冊的所選用的旋轉電動機的具體參數(shù)如下表3-10。 表3-10 所選用的旋轉電動機參數(shù) 基準工作制 S3 負載持續(xù)率 6次/h JC=40% 型號 定功率 /kW 定子電流/A 轉子電流/A 空載電流/A 轉速/(r/min) 效率（%） 功率因數(shù) 7.5 20.3 23 2.73 12.7 705 78.5 0.72 3.5.2旋轉機構減速器的選擇 旋轉機構的減速器采用標準系列的減速器，根據(jù)旋轉機構驅動裝置的傳動型式。 表3-11 旋轉機構減速系統(tǒng) 減 速 系 統(tǒng) 一級減速 類型 三角帶傳動 速比 i1=290/216 二級減速 類型 蝸輪減速器 WHC210-40-Ⅱ 速比 i2=40 三級減速 類型 開式齒輪傳動 速比 i3=143/18 第四章 PLC的選擇與課題介紹 4.1 PLC的控制原理 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機，其核心就是一臺計算機。但由于有接口器件及監(jiān)控軟件的包圍，因此，其外形不像計算機，操作使用方法、編程語言甚至工作原理都與計算機有所不同。另一方面，作為繼電控制盤的替代物，由于其核心為計算機芯片，因此與繼電器控制邏輯的工作原理也有很大區(qū)別。 可編程控制器的工作過程如下： a)輸入處理 程序執(zhí)行前，可變成控制器的全部輸入端子的通/斷狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行中，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一掃描周期的輸入處理階段才讀入這變化。另外，輸入觸點從通（ON）→斷（OFF）[或從斷（OFF）→通（ON）]變化到處于確定狀態(tài)止，輸入濾波器還有一響應延遲時間（約10ms）。 b)程序處理 對應用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其他軟元件的映像寄存器中將有關軟元件的通、斷狀態(tài)讀出，從0步開始順序運算，每次結果都寫入有關的映像寄存器，因此，各軟元件（X除外）的映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。 輸出繼電器的內(nèi)部觸點的動作由輸出映像寄存器的內(nèi)容決定。 c)輸出處理 全部指令執(zhí)行完畢，將輸出Y的映像寄存器的通、斷狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳送，成為可編程控制器的實際輸出。可編程控制器內(nèi)的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響應時間，即要有一個延遲才動作。 4.2 用PLC控制塔機的優(yōu)越性 《可編程控制器原理及應用》為電氣控制、機電一體化專業(yè)的重要專業(yè)基礎課之一。它所涵蓋的知識面相當廣泛，對學生的要求比較高。不僅要具備良好的編程知識，而且還應具備其它相關專業(yè)領域內(nèi)的知識，并具有主動探索知識的能力。可編程控制器是繼單片機、STD總線后微機控制技術應用的又一里程碑。由于極高的可靠性及應用極為方便，國內(nèi)外正在迅速普及應用，并提高發(fā)展。它早已突破純粹開關量控制的局限而進入到過程控制、位置控制、通信網(wǎng)絡　圖形工作站等領域，成為機電控制及過程控制不可缺少的核心控制部分。微機技術已經(jīng)并繼續(xù)在改變世界。以微機技術為基礎的可編程控制器也正在改變著工廠自動控制的面貌。近20年來隨著科學技術的迅猛發(fā)展，可編程控制器以其可靠性極高，能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領工業(yè)自控領域，成為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品，與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。 起重機是一種循環(huán)、間歇運動的機械，主要用于物料的裝卸，在工業(yè)生產(chǎn)、建筑及物流系統(tǒng)中是不可缺少的設備，有著廣泛的用途。塔式起重機是起重機的一種，適用于冶金、水泥、化工、及其他企業(yè)的倉庫和車間，在室內(nèi)或露天的固定空間，從事礦石、石灰石、礦粉、焦渣、焦碳、煤、礦等散粒物料的搬運工作。由于該類型設備笨重，運輸安裝困難，對其他產(chǎn)品質量的檢測一般要在現(xiàn)場進行。 由于對塔式起重機的檢測需要在現(xiàn)場進行，就要求檢測控制設備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活、PLC可以滿足這些要求。 4.3 塔機的電氣控制設計內(nèi)容 我主要設計起重機的PLC控制系統(tǒng)，主要完成電氣控制部分，起重機控制應具有靈活的控制方式，合理的運行方式。 塔機工作機構分為5種：起升機構；變幅機構；小車牽引機構；回轉機構和大車走行機構。動臂式塔機設臂架變幅機構，兼有架設和變幅兩種功能。起升機構，變幅機構及小車牽引機構在構造上極為相似，均由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器和卷筒等部件組成。 4.4 PLC的選型 CPM1A系列PLC是歐姆龍公司生產(chǎn)的小型整體式可編程序控制器。其結構緊湊，功能性強。 CPM1A系列PLC屬于高性能小型機，它包括多種類型的主機，I/O擴展單元、實現(xiàn)模擬量輸入/輸出的特殊功能單元以及實現(xiàn)對外通信的通信單元等。CPM1A系列PLC主機類型見表。 表 4-1 PLC主機類型 主機類型 型號 輸出方式 使用電源 I//O擴展 外部中斷 10點I/O型 輸入：6點 輸出：4點 CPM1A-10CDR-A 繼電器 AC100~200V 最多2點 CPM1A-10CDR-D 繼電器 DC24V CPM1A-10CDT-D 晶體管（NPN） CPM1A-10CDT1-D 晶體管（PNP） 20點I/O型 輸入：12點 輸出：8點 CPM1A-20CDR-A 繼電器 AC100~200V 最多4點 CPM1A-20CDR-D 繼電器 DC24V CPM1A-20CDT-D 晶體管（NPN） CPM1A-20CDT1-D 晶體管（NPN） 表4.1續(xù) 主機類型 型號 輸出方式 使用電源 I//O擴展 外部中斷 30點I/O型 輸入：18點 輸出：12點 CPM1A-30CDR-A 繼電器 AC100~200V 最大可以連接3臺20點的輸入/輸出擴展I/O單元 最多4點 CPM1A-30CDR-D 繼電器 DC24V CPM1A-30CDR-D 晶體管（NPN） CPM1A-30CDR-D 晶體管（PNP） 40點I/O型 輸入：24點 輸出：16點 CPM1A-40CDR-A 繼電器 AC100~20V CPM1A-40CDR-D 繼電器 DC24V CPM1A-40CDT-D 晶體管（NPN） CPM1A-40CDT1-D 晶體管（PNP） CPM1A系列PLC為防止因輸入信號抖動以及外部干涉而造成的誤動作，對輸入信號配備了可選擇輸入時間常數(shù)（1ms/2ms/4ms/8ms/16ms/32ms/64ms/128ms）的輸入濾波器，實現(xiàn)了平穩(wěn)的輸入/輸出。 在CPM1A系列PLC主機的的面板上。除了正常的運行顯示外，還包括兩個可預置數(shù)據(jù)的模擬量設定電位器及連接外部設備和編輯器的外設端口，用戶可以通過RS-232C或RS-422通信適配器連接其他PLC或上位計算機構成網(wǎng)絡。 CPM1A系列PLC具有豐富的指令系統(tǒng)，其常用指令有17條，其他應用指令有76條。除了基本邏輯指令、定時器/計數(shù)器指令、移位寄存器指令外，還有算術運算指令、邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)比較指令、數(shù)據(jù)轉換指令、高速計數(shù)器控制指令、脈沖輸出控制指令、中斷控制指令、子程序控制指令、步進控制指令及故障診斷指令等。 表4-2 CPM1A指令一覽表 助記符 字數(shù) 指令功能 助記符 字數(shù) 指令功能 ADB 4 二進制加 END 1 結束 ADD 4 單字BCD加 FAL 2 繼續(xù)運行故障分析 ADDL 4 雙字BCD加 FALS 2 停止運行故障分析 AND 1 與 IL 1 互鎖 AND LD 1 邏輯塊與 ILC 1 解除互鎖 AND NOT 1 與非 INC 2 BCD遞增 ANDW 4 字邏輯非 INI 4 模式控制 ASC 4 ASCII碼轉移 INT 4 中斷控制 ASFT 4 異步移位寄存器 IORE 3 I/O刷新 ASL 2 算術左移 JME 2 跳轉結束 ASR 2 算術右移 JMP 2 跳轉 BCD 3 BIN→BCD轉換 KEEP 2 鎖存繼電器 BCMP 4 塊比較 LD 1 載入 BCNT 4 位記數(shù) LD NOT 1 載入非 BIN 3 BCD→BIN變換 MCRO 4 宏指令 BSET 4 塊設置 MLB 4 二進制乘 CLC 1 清進位位 MLPX 4 數(shù)字譯碼 CMP 3 單字比較 MOV 3 傳送 CMPL 4 雙字比較 MOVB 4 位傳送 CNT 2 記數(shù)器 MOVD 4 數(shù)字傳送 CNTR 3 可逆記數(shù)器 MSG 2 信息顯示 COLL 4 數(shù)據(jù)調(diào)用 MUL 4 單字BCD乘 COM 2 字邏輯非 MULL 4 雙字BCD乘 續(xù)表4.2 助記符 字數(shù) 指令功能 助記符 字數(shù) 指令功能 CTBL 4 注冊比較表 MVN 3 傳送非 DEC 2 BCD遞減 NOP 1 空操作 DIFD 2 下微分 OR 1 或 DIFU 2 上微分 OR LD 1 邏輯塊或 DIST 4 變址傳送 OR NOT 1 或非 DIV 4 單字BCD除 ORW 4 字邏輯或 DIVL 4 雙字BCD除 OUT 2 輸出 DMPX 4 數(shù)字編碼 OUT NOT 2 輸出非 DVB 4 二進制除 PRV 4 當前值讀出 PULS 設置脈沖 SRD 3 數(shù)字右移 RET 1 子程序返回 STC 1 置進位位 ROL 2 循環(huán)左移 STEP 2 步結束 ROR 2 循環(huán)右移 STIM 4 間隔定時器中斷 RESET 2 復位 SUB 4 單字BCD減 SBB 4 二進制減 SUBL 4 雙字BCD減 SBN 2 子程序定義 TCMP 4 表比較 SBS 2 子程序調(diào)用 TIM 2 定時器 SDEC 4 七段譯碼 TIMH 3 高速定時器 SET 2 置位 TR 暫存繼電器 SFT 3 移位寄存器 WSFT 3 字位移 SFTR 4 雙向移位寄存器 XCHG 3 數(shù)據(jù)交換 SLD 3 數(shù)字左移 XFER 4 塊傳送 SNXT 2 步定義/步開始 XNRW 4 字邏輯同或 SPED 速度輸出 XORW 4 字邏輯異或 4.5塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理 本系統(tǒng)將塔式起重機控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機構調(diào)速均采用變預調(diào)速.塔式起重機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總框圖如圖1所示。 塔式 起 重機的起升、變幅、回轉、運行電動機都需要獨立運行，整個系統(tǒng)由6臺電動機和4臺變頗器傳動，使用一臺PLC加以控制。 圖 4.1 系 統(tǒng) 總 框 圖 運行機構的起動時間應盡量符合實際需要，起動迅速而平穩(wěn);機構的電氣制動方式必須著重考慮.對不同的工況，可選擇自由制動方式與強制制動方式，在運行機構正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產(chǎn)中的運行情況設定，以盡量滿足司機操作塔式起重機的需要為主.為保證起升機構起動時具有足夠大的起動轉矩，可以通過設定機械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關系，以滴足機構負載特性的要求。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設定能保證機構具有良好的調(diào)速精度及起制動性能。由于起升機構電機使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置.通過側量脈沖編碼器的脈沖數(shù)，利用二者之差控制電機的速度。所以選擇脈沖編碼器及其安裝時，應當考慮周全。 第五章 塔式起重機電氣控制的硬件設計 起重機的電氣控制硬件設計主要包括電動機是怎樣連接的以及怎樣與PLC連接，下面我們將分章介紹。 5.1塔機電動機控制電路設計 圖5.1塔吊主線路 圖5.2 接觸器開關接線圖 5.2 PLC的輸入輸出接線設計 根據(jù)塔式起重機檢測過程的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入包括：自動運行開關的輸入信號，手動前進、后退開關信號。手動左行、右行開關信號，手動上升、下降開關信號：共計9個開關量輸入信號。 PLC控制系統(tǒng)的輸出：前進、后退接觸器驅動信號，左行、右行接觸器驅動信號，上升下降接觸器驅動信號，順時針逆時針回轉接觸器信號,電鈴和指示燈驅動信號；共計10個開關量輸出信號。根據(jù)系統(tǒng)的I/O點數(shù)，并考慮富裕量，可選用日本歐姆龍CPM1AH-30CDR，其I/O點數(shù)為；18點輸入、12點輸出。系統(tǒng)I/O輸入輸出地址分配如下表所示. 表5-1 I/O地址 序號 輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址 1 自動運行開關S1 0000 指示燈 1000 2 手動前進開關S2 0001 前進接觸器KM1 1001 3 手動后退開關S3 0002 后退接觸器KM2 1002 4 手動左行開關S4 0003 左行接觸器KM3 1003 5 手動右行開關S5 0004 右行接觸器KM4 1004 6 手動上升開關S6 0005 上升接觸器KM5 1005 7 手動下降開關S7 0006 下降接觸器KM6 1006 8 順時針回轉開關S8 0007 順回轉接觸器KM7 1007 9 逆時針回轉開關S8 0008 逆回轉接觸器KM8 1008 10 電鈴B 1009 5.3流程圖 第六章 塔式起重機控制的軟件設計 起重機的電氣控制軟件設計主要是根據(jù)要求畫出梯形圖，總梯形圖見附錄，以下我將總梯形圖分模塊進行分析 6.1進退機構工作設計 進退機構的梯形圖程序設計如圖所示。運行時有手動操作和自動操作兩種，自動運行過程如下。 a）當PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個計數(shù)器（CNT001～CNT004）復位。 b）當自動運行開關S1合上后，0000的常開接點閉合，1001線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始前進；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM00每5s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。 c）當CNT001計到6時（即延時30s），CNT001的常閉接點斷開，使1001線圈斷電，進退機構停止前進。 d）再過45s后，CNT002計數(shù)器計到15，CNT002的常開接點閉合，1002線圈接通，起重機開始后退；工作30s后，CNT003計數(shù)器到21，CNT003的常閉接點斷開，1002的線圈斷開，使后退停止。 e）休息45s，CNT004計數(shù)到30，CNT004的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。 除了上述的自動控制方式外，根據(jù)需要也可以進行手動操作。從圖所示的梯形圖可知，1001有兩條控制支路，0001的常開接點和0000的常閉接點串聯(lián)構成手動操作支路。當S2合上時，1001有輸出，KM1接通，前進運行：當S2斷開時，停止前進。S3手動后退的使用與S2類同。 0000 TIM00 #50 M 1 003 #021 CNT 004 #030 CNT CNT 002 #015 CNT 001 #006 1001 每隔5秒產(chǎn)生一個脈沖 前進30秒計時 間隔45秒計時 后退30秒計時 間隔45秒計時 自動/手動前進工作 自動/手動后退工作 CNT004 TIM00 M1 CNT004 TIM00 M1 CNT004 TIM00 M1 CNT004 TIM00 0000 CNT001 0001 CNT013 0001 0000 CNT002 CNT003 0002 CNT013 0002 0000 圖6-1 進退機構工作的控制梯形圖 TIM00 1002 1001 1002 CP R CP R CP R CP R 6.2左、右行機構工作設計 a）當PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個計數(shù)器（CNT005～CNT008）復位。 b）當手動左形開關S4合上后，0000的常開接點閉合，1003線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始左行；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM00每1s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。 c）當CNT005計到14時（即延時14s），CNT005的常閉接點斷開，使1003線圈斷電，左、右行機構停止運動。 d）再過23s后，CNT006計數(shù)器計到37，CNT006的常開接點閉合，1004線圈接通，起重機開始右行；工作14s后，CNT007計數(shù)器到51，CNT007的常閉接點斷開，1004的線圈斷開，使右行停止。 e）休息23s，CNT008計數(shù)到74，CNT008的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。 0000 CNT004 006 #037 CNT 007 #051 CNT CNT 005 #014 #10 左行10秒計時 間隔23秒計時 右行14秒計時 間隔23秒計時 自動/手動 左行工作 CNT008 TIM02 M 1 CNT008 TIM02 M 1 CNT008 TIM02 TIM01 M1 TIM02 TIM01 #10 TIM02 M1 CNT008 TIM02 TIM02 CNT005 CNT013 0003 3 CNT 005 #074 1003 1004 0003 0000 CNT006 CNT007 0004 CNT013 0004 0000 自動/手動 右行工作 1004 1003 CP R CP R CP R CP R 圖6-2 左、右行機構工作的控制梯形圖 6.3起升機構工作設計 起升機構的控制梯形圖如圖6-3所示。 a）當PLC開機工作時，通過內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使（CNT009～CNT012）復位。 b）當自動運行開關S1合上后，0000的常開接點閉合，1005線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始上升；同時，所有的定時器、計數(shù)器開始工作，定時器TM03每1s產(chǎn)生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數(shù)器提供計數(shù)信號。 c）當CNT009計到10時（即延時15s），CNT009的常閉接點斷開，使1005線圈斷電，升降機構停止上升。 d）再過15s后，CNT010計數(shù)器計到25，CNT010的常開接點閉合，1006線圈接通，起重機開始下降；工作10s后，CNT011計數(shù)器到35，CNT011的常閉接點斷開，1006的線圈斷開，使下降停止。 e）休息15s，CNT012計數(shù)到50，CNT012的常開接點閉合，使所有計數(shù)器復位，又重新計數(shù)，進入第二次循環(huán)。 0000 TIM033 #10 M 1 011 #035 CNT 012 #050 CNTT CNT 010 #025 CNT 009 #010 1005 1006