起重機電氣系統(tǒng)的設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含2張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+外文翻譯】

起重機電氣系統(tǒng)的設計

摘  要

起重機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和運輸中完成生產(chǎn)進程自動化和機械化扮演著重要的角色。起重機的自動化有助于減輕體力勞動，提高工作效率，降低工傷有著重要的實際意義。在鋼鐵行業(yè)、鐵路運輸、工礦采集、碼頭港口及物流周轉等企業(yè)和部門中起重機都得到了廣泛的運用。相比于國外的起重機設備，我國起重機設備的控制系統(tǒng)大部分還是采用比較傳統(tǒng)的控制方式。本課題對傳統(tǒng)的控制方式進行了改良，采用基于可編程控制器的方式來控制起重機主回路的運轉。這種方式簡化了起重機的控制系統(tǒng)、減少了控制系統(tǒng)部分占用的空間、操作維護更加簡單等。

論文首先介紹了課題的研究背景，研究的目的及意義，設計方案的對比和選擇，塔式起重機的結構和載荷情況等，詳細計算了起重機主要的電器設備，分析了起重機的工作原理。完成課題中吊鉤的上升和下降的高速和低速的要求，分析了線路過流、短路、過載等保護的工作原理。

實現(xiàn)可編程控制器線路的監(jiān)控，采用的是電流變送器和模數(shù)轉換模塊的組合，將線路的交流信號轉換成數(shù)字信號供可編程控制器讀取與預設值進行比較，然后根據(jù)設定程序對主回路完成控制操作，詳細地解釋了各段的程序。為了能夠實現(xiàn)電腦終端的監(jiān)測，本課題增加了利用電腦組態(tài)王軟件實現(xiàn)對可編程控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取。本系統(tǒng)的控制核心是采用三菱的可編程控制器。在論文的最后主要是對起重機模擬樣機設計的解釋。

關鍵詞：塔式起重機；Y-△啟動；可編程控制器；模數(shù)轉換；電動機

Abstract

To complete the production process automation and mechanization crane plays an important role in modern industrial production and transportation. That automated cranes help to reduce manual labor, improve work efficiency and reduce work-related injuries has important practical significance. It has been widely used in the steel industry, railway transport, mining acquisition, port terminals and other.Compared to foreign crane equipment, Chinese control system of crane equipment mostly adopts the traditional control mode. The traditional control method was modified, in the subject, on PLC-based control system for the crane.The crane control system is simplified on the way.It made operation and maintenance easier and so on.

Paper introduces the research background, purpose and significance of the research.The design schemes are compared in the paper.There are detailed data and working principle of the crane.Completed the task in the rise and fall of the hook of high and low speed, and it analyze the circuit overcurrent, short circuit and overload protection.

Monitoring lines use a combination of current transducer and A / D to complete the AC signal into the digital signal for the PLC to read compared with a preset value, then according to the setting program, it control operation.There are detailed explanations of the various sections of the program. In order to enable monitoring of computer terminals, the subject use Kingview in computer to reads internal data in PLC.Control core of the system is the use of Mitsubishi -64MR PLC. In the end of the paper,it is mainly explanation of the crane simulation prototype design. 

Keywords: Tower cranes; Y-△ method;PLC; Analog-to-digital conversion; motor

目    錄

摘  要 I

Abstract II

1  緒論 1

1.1 課題簡介 1

1.2 起重機的介紹 1

1.3 國外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 1

1.4 國內(nèi)塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 2

1.5 可編程控制器在工業(yè)自動控制中的應用 2

1.6 課題研究的目的及意義 2

1.7 本章小結 2

2  起重機電氣系統(tǒng)的方案設計 3

2.1 10/1.6t塔式起重機 3

2.1.1塔式起重機QTZ160的簡介 3

2.1.2塔式起重機的結構和運動形式 4

2.2 塔式起重機控制系統(tǒng)改造的原因分析 4

2.3設計任務 5

2.4 設計要求 5

2.5 方案設計 5

2.6 本章小結 7

3  起重機電氣系統(tǒng)的主回路的設計 8

3.1 起重機主電路的設計 8

3.2 主要電器設備計算及選型 8

3.2.1三相電動機的工作原理 8

3.2.2起重機的主要電器設備的選擇 9

3.3 主電動機電器控制線路的設計 13

3.4 起重機保護系統(tǒng)的設計 14

3.4.1過流保護和短路保護控制線路的設計 14

3.4.2起重機限位保護和聯(lián)鎖保護的設計 15

3.5 本章小結 15

4  起重機電氣系統(tǒng)控制部分的設計 16

4.1 可編程控制器 16

4.1.1可編程控制器系列的基本組成 16

4.1.2編程軟件GX Developer的簡介 16

4.2可編程控制器程序的設計 16

4.3 可編程控制器的選擇 17

4.3.1可編程控制器程序流程圖 18

4.4 電動機的正反轉程序部分的設計 19

4.5 模數(shù)轉換部分的設計 19

4.5.1模數(shù)轉換模塊-4AD的簡介 19

4.5.2電流采集程序的設計 20

4.6 主電動機過流和短路軟件部分的設計 21

4.6.1電流變送器的簡介 21

4.6.2過流保護和短路保護的設計 21

4.7 PC實時顯示的設計 22

4.8 本章小結 22

5  起重機模擬樣機 23

5.1 實驗儀器及設備 23

5.1.1模擬樣機電動機的選擇 23

5.1.2模擬樣機電動機額定電流的計算 23

5.2 模擬樣機電路各處電流值的計算及元器件的選擇 23

5.3 模擬樣機運行前檢查 24

5.3.1起重機外觀及標注 24

5.3.2起重機電氣絕緣檢查 24

5.3.3電源柜檢查 25

5.3.4起重機可編程控制器輸入點檢查 25

5.3.5起重機可編程控制器輸出點檢查 25

5.4 調(diào)試步驟 25

5.5 本章小結 26

6  結論 27

致  謝 28

參考文獻 29

附  錄 30

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起重機電氣系統(tǒng)的設計任務書.doc

起重機電氣系統(tǒng)的設計開題報告.doc

- 1 - 1．畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、重點和難點等 研究內(nèi)容 起重機是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運輸中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化重要 的 工具和設備 ，對減輕繁重的體力勞動，改善工作環(huán)境，提高工作效率具有重要意義，是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)中必不可少的生產(chǎn)工具。 所以起重機在室內(nèi)外工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉等部門和場所均得到廣泛的運用。 起重機 大致分為橋式類起重機、塔式起重機、小型起重，其具體的結構特點和功能如下： (1)橋式類起重機，顧名思義該類起重機的外形結構與橋梁相似，主要配備起升機構、俯仰機構和行走運行機構，起重 機可在行走運行機構所能到達的區(qū)域進行作業(yè)。如：門式起重機、集裝箱橋、梁式起重機等。 (2)塔式起重機，該類起重機為塔式結構，主要配備起升機構、變幅機構、旋轉機構和行走運行機構，利用這些機構之間的相互配合，起重機可在行走運行機構和旋轉機構所能到達的區(qū)域及上空作業(yè)。如：門座式起重機、回轉起重機、汽車起重機等。 (3)小型起重設備，該類起重機通常配備一個起升機構，可以實現(xiàn)一個方向上的往復運行，或在一條直線上簡單作業(yè)。例如：滑車、電動葫蘆等。 本課題主要研究 塔式起重機，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面： （ 1）研究塔式起 重機電氣控制系統(tǒng)的工作原理。 （ 2）研究塔式起重機在工作中遇到的電路故障并對其設計保護電路 (如：短路保護、過載保護、過電流保護等 )。 （ 3）研究電動機啟動時產(chǎn)生的 啟動 電流對電動機保護電路的影響 。 研究重點及難點 重點： （ 1）設計 起重機 行走機構、吊塔旋轉機構、吊臂伸縮機構及吊鉤升降機等機構電氣控制系統(tǒng) （包括主電路及其控制系統(tǒng)）； （ 2） 設計短路保護、過流保護、過載保護； （ 3） 通過詳細的計算， 分析并 選擇電動機、 斷路器、交流 接觸器、繼電器、 互感器、 電纜線等主要 電器 的功率、型號 、等級 等相關參數(shù) ； （ 4）設計吊鉤 升降機構有升降各 2 檔工位，分別對應提升或下降時的低速和高速。 難點： （ 1） 運行中當電機電流大于額 定 電流的 且持續(xù)時間達 1 分鐘則 產(chǎn)生過流跳閘 ， 同時產(chǎn)生聲光報警信號 。 （ 2）電動機啟動時的啟動電流對電動機保護電路的影響。 - 2 - 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等） 研究概況及發(fā)展趨勢 （ 1）可編程程序控制器概況 可編程程序控制器簡稱 微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微機處理器為核心用作數(shù)字控制的專 用計算機。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電器操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學，調(diào)試和查錯都很簡單。 已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ 一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通訊聯(lián)網(wǎng)功能等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器組成的傳統(tǒng)繼電 — 接觸器控制系統(tǒng)在機械、化工、冶金 等行業(yè)中的重要作用。 應用深度和廣度已經(jīng)成為一個國家工業(yè)先進水平的重要標志之一。微電子技術與計算機技術的結合，使 功能變得更加強大，通過可編程控制的實現(xiàn)，為 添了使用上的靈活性。 （ 2）可編程程序控制器發(fā)展趨勢 為工控機的一員 ,在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計 ,當今世界 50 家 ,生產(chǎn) 300 多個品種。預計到 2000 年 ,銷售額約為 86 億美元 ,占工控機市場份額的 50%,占有主要地位 ,并保持繼續(xù)上升的頭。 60 年代末引入我國時 ,只用作離散量的控制 ,其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等 ,最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的 有 節(jié)功能 ,它的應用已從開關量控制擴大到模擬量控制領域 ,廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但 面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn) ,各廠家正采取措施不斷改進產(chǎn)品 ,主要表現(xiàn)為以下幾個方面 : 型 能明顯增強 很多有名的 家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的 菱的（ 8 個 24入 ,6 個繼電器輸出） ,其尺寸僅為 5889大于信用卡幾個毫米 ,而功能卻有所增強 ,使 應用領域擴大到遠離工業(yè)控制的其它行業(yè) ,如快餐廳、醫(yī)院手術室、旋轉門和車輛等 ,甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業(yè)部門。 由于控制內(nèi)容的復雜化和高難度化 ,使 集成化方向發(fā)展 , 成、 成、 成等 ,并強化了通訊能力和網(wǎng)絡化 ,尤其是以 基的控制產(chǎn)品增長率最快。 成 ,即將計算機、 操作人員的人 — 機接口- 3 - 結合在一起 ,使 利用計算機豐富的軟件資源 ,而計算機能和 模塊交互存取數(shù)據(jù)。以 為基的控制容易編程和維護用戶的利益 ,開放的體系結構提供靈活性 ,最終降低成本和提高生產(chǎn)率。 在嚴重的缺點 ,主要是 軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的 ,絕大多數(shù)的 專用總線、專用通信網(wǎng)絡及協(xié)議 ,編程雖多為梯形圖 ,但各公司的組態(tài)、尋址、語文結構不一致 ,使各種 不兼容。國際電工協(xié)會（ 1992 年頒布了 編程序控制器的編程軟件標準》 ,為各 家編程的 標準化鋪平了道路?，F(xiàn)在開發(fā)以 基、在 臺下 ,符合 際標準的新一代開放體系結構的 在規(guī)劃中。 (3)我國可編程程序控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 我國的 產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展 ,小型 批量生產(chǎn) ;中型 有產(chǎn)品 ;大型 開始研制。國內(nèi) 成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約 30 多家 ,國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過 10%,主要生產(chǎn)單位有 :蘇州電子計算機廠、蘇州機床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實業(yè)有限公司等。國內(nèi)產(chǎn) 品在價格上占有明顯的優(yōu)勢。 隨著微處理器、網(wǎng)絡通信、人機界面技術的迅速發(fā)展 ,工業(yè)自動化技術日新月異 ,各種產(chǎn)品競爭激烈 ,新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。 由最初的只能處理開關量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù) ,加之與 節(jié)器、工業(yè) 技術相結合 ,使之不再是一種簡單的控制設備 ,而且必將隨著自動控制技術的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去。 主要參考文獻 [1] 黃明鑄 . 變頻器和 J]. 機電技術 . 2009(03) [2] 張大偉 ,郭耀松 ,張新忠 . 電液比例控制系統(tǒng)在汽車起重機中的應用 [J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 . 2009(07) [3] 陳憶文 . 新一代西門子起重機電氣控制系統(tǒng) [J]. 自動化博覽 . 2009(06) [4] 王榮芝 . 1200J]. 建筑機械化 . 2009(05) [5] 肖海江 . 造船門式起重機糾偏技術的研究 [J]. 機械工程師 . 2009(05) [6] 王小明 ,盧志強 . 國內(nèi)外大型起重機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 . 2009(02) [7]史國生．電氣控制與可編程控制器技術 [M]．北京：化學工業(yè)出版社， 2004： 15～66． [8]任振輝等．電氣控制技術 [M]．北京：中國水利水電出版社， 2003： 23～ 35． [9]譚維瑜．電機與電氣控制 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2003： 102～ 188． [10]黃曉紅．工廠電氣控制與可編程控制器 [M]．北京：中國科學技術出版社， 2004：1～ 134． - 4 - [11]陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2000： 48～ 89． [12] 顧碩 ,王梅生 ,王吉明 . 起重機械行業(yè)愈發(fā)展愈自動 [J]. 自動化博覽 . 2010(05) [13] 白宏偉 ,張敏 ,張永停 . 一種基于 J]. 河南機電高等?？茖W校學報 . 2010(03) [14] 李勝永 ,季本山 . 基于 J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 . 2010(01) [15] 王衛(wèi)輝 ,何潤生 ,戴民強 . 基于 J]. 起重運輸機械 . 2009(10) [16] . A ]. 2001, 7). [17] . u. A to a ]. 2007, 2007(69). 現(xiàn)有設備和實驗 條件 1．計算機一臺； 2．電流表、電壓表等計量儀表； 3．電烙鐵、膠鉗、剝線鉗、螺絲刀、扳手等常用安裝工具； 4．兆歐表、箝型表、萬用表等檢測工具 ； 5． 編程控制器及 A/D、 D/A 模塊一套； 6．三相交流電動機 2 臺； 7．低壓斷路器、交流接觸器等常用電器； 3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 實施方案 本課題的電氣控制系統(tǒng)主要由兩個部分組成主電路和控制系統(tǒng) ， 要設計起重機的行走機構 、 吊塔旋轉機構 、 吊臂伸縮機構及吊鉤升降機等機構電氣控制系統(tǒng) 。要求設計 電氣控制系統(tǒng)的短路保 護 、 過載保護和過流保護 并計算 選擇電動機、接觸器、繼電器、電纜線等主要設備的功率、型號等相關參數(shù)要與現(xiàn)在的實際相符合 。 其 電氣 控制系統(tǒng)的整體設計可以通過查閱相關資料和借鑒工業(yè)成品來解決 ；其設計的 電路保護可以通過所學知識和查閱相關資料吸取總結已有經(jīng)驗 ， 提高電路的安全性和可靠性 ； 對于該過程中所遇到的問題可以通過查閱相關資料，和同學討論，詢問指導老師，到實驗室進行試驗等手段解決。 具體設計如下： （ 1）硬件設計 本系統(tǒng)主要由 菱可編 程控制器控制主電路的運轉 。 - 5 - 三菱 列簡介如下 ： ● 控制規(guī)模： 16~256 點 ； ● 內(nèi)置 8K 容量的 儲器，最大可以擴展到 16K； ● 算處理速度 本指令； ● 在 列右側可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊； ● 基本單元內(nèi)置 2 軸獨立最高 20位功能 (晶體管輸出型） ； ● 快速斷開端子塊，其采用優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元； ● 時鐘功能和小時表功能，所有的 都有實時時鐘標準； ● 持續(xù)掃描功能，為應用所 需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期； ● 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能，可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 ● 注解記錄功能，元件注解可以記錄在程序寄存器中； ● 在線程序編輯，在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉； ● 關，面板上運行 /停止開關易于操作； ● 遠程維護，遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) ● 密碼保護，使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序 。 32 個 輸入點 32 個 繼電器輸出 。 系統(tǒng) 組成 圖如圖 1 所示 ： 圖 1 系統(tǒng)組成 （ 2） 軟件設計 可編程控制器的軟件包含系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件包含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標準程序等，系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程控制器之前就已經(jīng)入機內(nèi)。應用軟件是用戶為達到某用控制的目的。其一般常見的編程語言的表達方式：梯形圖、指令表、順序功能圖、結構文本。 首先系統(tǒng)環(huán)境初始化 ，執(zhí)行 用戶操作 ?？刂齐娐废逻_任務主電路執(zhí)行。主電路執(zhí)行中發(fā)生短路、過載、過電流，立即反饋給控制電路，停止運行并產(chǎn)生相應的聲光報警。 氣系統(tǒng)控制框圖如圖 2 所示，程序框圖如圖 3 所示。 - 6 - 圖 2 氣系統(tǒng)控制框圖 圖 3 程序框圖 進度實施計劃 第一階段 （ 2016 2016：分析畢業(yè)設計題目，閱讀理解任務書內(nèi)容，確定實施計劃方案； 第二階段（ 2016 2016通過查閱書籍，了解相關原理； 第三階段 （ 2016 2016： 完成四萬字符的指定英文資料翻譯； 第四階段 （ 2016 2016制定 方案 論證。 第五階段 （ 2016 2016設計起重機過程的電氣控制系統(tǒng)，設計主電機過流保護系統(tǒng)，對主要電氣設備進行計算并作選擇 ， 編制起重機電氣控制系統(tǒng)程序清單 ， 用計算機繪制相應圖紙 。 第 六 階段（ 2016 2016 設計制作 起重機 電氣控制系統(tǒng)模擬樣機 ，調(diào)試 并總結分析調(diào)試過程， 并完成 論文的撰寫。 預期提交的畢業(yè)設計資料 1、畢業(yè)設計開題報告一份； 2、英文翻譯材料一份（包括不少于 4 萬字符的英文原文和譯文）； 3、畢業(yè)論文一份（ 2 萬漢字以上，附中英文摘要，其中英文摘要 300～ 500 單詞）； 4、 起 重機電氣 控制系統(tǒng)樣機； 5、計算機繪制相關硬件的原理圖、電氣安裝接線圖、制版圖等。 - 7 - 指導教師意見 指導教師（簽字）： 2016 年 03 月 01 日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 2016 年 03 月 04 日 院（系、部）意見 主管 院長（系、部主任）簽字： 2016 年 03 月 日