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摘 要
隨著改革開(kāi)放的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)全新階段，塔式起重機(jī)需求量不斷增多。50年代初，我國(guó)塔機(jī)由仿制開(kāi)始起步。20世紀(jì)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(jī)，并在工作機(jī)構(gòu)中采用了比較先進(jìn)的技術(shù)，如直流電機(jī)調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動(dòng)器，在回轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中安裝液力偶合器等。在此時(shí)期，中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)與制造塔式起重機(jī)的階段。
本文是以滿(mǎn)足塔式起重機(jī)的各個(gè)動(dòng)作而設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)。從塔式起重機(jī)的變幅動(dòng)作、回轉(zhuǎn)動(dòng)作、起降動(dòng)作和各個(gè)動(dòng)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(jī)的變速原理設(shè)計(jì)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(qiáng)，但是對(duì)塔式起重機(jī)的鋼鐵結(jié)構(gòu)沖擊較大適合用于小型塔式起重機(jī)。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為塔式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括起升機(jī)構(gòu)的控制，三速變化的設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的繞線電機(jī)變速設(shè)計(jì)，小車(chē)變幅雙速電機(jī)的控制設(shè)計(jì)，電器元件的選型，控制柜安裝布置圖，電氣接線圖的設(shè)計(jì)等。
關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī) 變幅 起升 回轉(zhuǎn)
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(jī)設(shè)計(jì)概述 5
1.2塔機(jī)的發(fā)展 5
1.3傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)的控制現(xiàn)狀 5
1.4起升機(jī)構(gòu)的工作原理 6
第二章 塔機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 7
2.1 設(shè)計(jì)要求 7
2.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 7
2.3 塔機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖 7
第三章 塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其選擇 9
3.1起重機(jī)冶金用電動(dòng)機(jī) 9
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇方法 9
3.3起升機(jī)構(gòu) 10
3.3.1起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇 10
3.3.2起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇 16
3.3.3起升機(jī)構(gòu)減速器的選擇 16
3.4變幅機(jī)構(gòu) 16
3.4.1變幅機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇 16
3.4.2變幅機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇 18
3.4.3變幅機(jī)構(gòu)減速器的選擇 18
3.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 18
3.5.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇 18
3.5.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(jī)的優(yōu)越性 21
4.3 塔機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)內(nèi)容 22
4.4 PLC的選型 22
4.5塔式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)原理 25
第五章 塔式起重機(jī)電氣控制的硬件設(shè)計(jì) 26
5.1塔機(jī)電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 26
5.2 PLC的輸入輸出接線設(shè)計(jì) 27
5.3流程圖 28
第六章 塔式起重機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì) 29
6.1進(jìn)退機(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì) 29
6.2左、右行機(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì) 31
6.3起升機(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì) 33
6.5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 35
6.5聲光指示控制設(shè)計(jì) 37
6.6 限位保護(hù)閉鎖及復(fù)位操作設(shè)計(jì) 37
總 結(jié) 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
第一章 緒論
1.1 塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)概述
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速增長(zhǎng)，基本建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，特別是高層建筑施工的不斷增多，塔式起重機(jī)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，并已成為建筑施工中的一種主要水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸機(jī)械。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為塔式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括塔機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，塔機(jī)的小車(chē)牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)，塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(jī)的發(fā)展
塔式起重機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)塔機(jī)，亦稱(chēng)塔吊，起源于西歐。20世紀(jì)末20余年國(guó)外塔機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)是：
（1）組合塔機(jī)（Combination crane）或稱(chēng)模塊塔機(jī)（Modular tower crane）得到迅速發(fā)展。
（2）一些超重型塔機(jī)相繼問(wèn)世
（3）適應(yīng)都市改建需要的城市塔機(jī)（City Crane）應(yīng)運(yùn)而生并得到發(fā)展。
（4）安裝架設(shè)速度快，450~900kN*m級(jí)塔機(jī)借助液壓伸縮臂汽車(chē)起重機(jī)作為安裝輔機(jī)，在4~6小時(shí)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(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)塔機(jī)行業(yè)隨著全國(guó)范圍建筑任務(wù)的增加進(jìn)入了一個(gè)新的全盛時(shí)期，年產(chǎn)量連年猛增，全國(guó)塔機(jī)總擁有量截至2000年約為6萬(wàn)臺(tái)，塔機(jī)出口業(yè)務(wù)始于1988年曾一度極為興旺，據(jù)統(tǒng)計(jì)1993~1997年出口共創(chuàng)匯近8400萬(wàn)美圓。至此，無(wú)論從生產(chǎn)規(guī)模，應(yīng)用范圍和塔機(jī)總量等角度來(lái)衡量，我國(guó)均堪稱(chēng)世界首號(hào)塔機(jī)大國(guó)。
塔機(jī)的學(xué)名為塔式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，屬于一種非連續(xù)性搬運(yùn)機(jī)械
1.3傳統(tǒng)的塔式起重機(jī)的控制現(xiàn)狀
塔式起重機(jī)是我們建筑機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十時(shí)間走完了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家上百年塔機(jī)發(fā)展的路程，如今已達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平并躋身于當(dāng)代國(guó)際市場(chǎng)隨著高層建筑發(fā)展，對(duì)施工機(jī)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(guó)自己設(shè)計(jì)并制造;八十年代，國(guó)家建設(shè)突飛猛進(jìn)，建筑用最大的250TM塔機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生.進(jìn)人九十年代，現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)塔機(jī)要求越來(lái)越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場(chǎng)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(dòng)臂式塔機(jī)，叩年代開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的塔機(jī)產(chǎn)品技術(shù)性能均顯著提高，起升機(jī)構(gòu)采用三速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、渦流制動(dòng)、電動(dòng)換擋減速箱，變幅回轉(zhuǎn)采用雙速電機(jī)液力聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)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(shù)的發(fā)展，早在六十年代后期，國(guó)外就開(kāi)始致力于晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究目前，該技術(shù)己進(jìn)入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應(yīng)用階段.可編程序控制器P硯引人到交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)后，使傳動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)生了質(zhì)的變化.在塔式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了抓斗的自動(dòng)控制和故障診斷、檢側(cè)顯示等，達(dá)到了新的技術(shù)高度。由變 頻 器 構(gòu)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(jì)算機(jī)技術(shù)特別是大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展的必然結(jié)果，符合起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì).適合發(fā)展大起重重量的起重機(jī)。
1.4起升機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)在上升、下降時(shí)可獲得穩(wěn)定的速度，其調(diào)速比一般大于10。動(dòng)力電源通過(guò)開(kāi)關(guān)和繼電設(shè)備進(jìn)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(guò)逆變單元將直流電變?yōu)榻涣麟姡孀儐卧妮敵鲱l率全程可控，電動(dòng)機(jī)可獲得不同頻率的交流電源。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速(變頻器的頻率值)時(shí)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋狀態(tài)，其電能返回變頻器，變頻器制動(dòng)單元自動(dòng)將這些能量釋放在制動(dòng)電阻器上，使電動(dòng)機(jī)獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。裝置具有過(guò)壓、過(guò)流、超速、缺相等保護(hù)功能。
抓斗采用電動(dòng)液壓系統(tǒng)，液壓泵由l臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)主控開(kāi)關(guān)上電后，在PLC指令控制下，開(kāi)動(dòng)作接觸器閉合，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)抓斗打開(kāi)；閉動(dòng)作接觸器閉合，電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)抓斗閉合。抓斗開(kāi)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(gè)方向?qū)ΨQ(chēng)。
第二章 塔機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)任務(wù)
（1） 完成塔吊電氣控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；
（2） 重要零部件的設(shè)計(jì)、校核計(jì)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(jī)基本結(jié)構(gòu)圖
圖2.1 塔機(jī)基本機(jī)構(gòu)1
1-固定基礎(chǔ)；2-固定支腿；3-附著裝置；
圖2.2塔機(jī)基本結(jié)構(gòu)2
4-頂升機(jī)構(gòu)； 5-下支座； 6-上支座； 7-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 8-回轉(zhuǎn)塔身； 9-司機(jī)室；
10-變幅機(jī)構(gòu)；11-載重小車(chē)；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(jī)構(gòu)；20-電控柜；21-塔身
第三章 塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其選擇
3.1起重機(jī)冶金用電動(dòng)機(jī)
起重機(jī)的工作特點(diǎn)是：反復(fù)短時(shí)運(yùn)行；頻繁的起動(dòng)和逆轉(zhuǎn)；頻繁的電氣和機(jī)械制動(dòng)；經(jīng)常地過(guò)負(fù)荷；顯著的機(jī)械震動(dòng)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(dòng)機(jī)的工作條件更為惡劣。
為了滿(mǎn)足起重機(jī)的工作要求，起重及冶金用電動(dòng)機(jī)與一般工業(yè)用電動(dòng)機(jī)相比，有它自己的特點(diǎn)：
1.這種電動(dòng)機(jī)一般按反復(fù)短時(shí)工作制制造。不同的接電持續(xù)率下電動(dòng)機(jī)的功率不同?；鶞?zhǔn)的接電持續(xù)率由JC25%和JC40%兩種。此外還派生有帶強(qiáng)迫通風(fēng)電動(dòng)機(jī)，其基準(zhǔn)接電持續(xù)率為JC100%，用于接電持續(xù)率較高的場(chǎng)合；
2.這種電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大，以適應(yīng)頻繁的重負(fù)載下起動(dòng)、制動(dòng)和逆轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足減少起動(dòng)時(shí)間和經(jīng)常過(guò)載的要求；
3.這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度與直徑的比（L/D）較大，以得到較小的加速時(shí)間和較小的起動(dòng)損耗；
4.這種電動(dòng)機(jī)允許的最大安全轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的倍數(shù)較高；
5.其防護(hù)型式為封閉型，并且在機(jī)械機(jī)構(gòu)上適當(dāng)加強(qiáng)?？紤]了使用于多灰塵場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)的密封性較好；
6.為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境，還制造工作環(huán)境溫度+60度的電動(dòng)機(jī)。
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇方法
電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械的要求（如速度、加速度、起動(dòng)、過(guò)載能力和調(diào)速等），也應(yīng)能滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求和使用環(huán)境條件的要求，并按技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行選擇。選定的電動(dòng)機(jī)應(yīng)對(duì)其起動(dòng)能力、過(guò)載能力、溫升等方面進(jìn)行校驗(yàn)。
1.電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇
起重機(jī)上使用的電動(dòng)機(jī)有交流和直流兩大類(lèi)型，根據(jù)之前選擇的電氣傳動(dòng)方案，在這選用交流電動(dòng)機(jī)。
交流異步電動(dòng)機(jī)又分為鼠籠型和繞線型兩種。繞線型電動(dòng)機(jī)是起重機(jī)使用最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，也是本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。
2.電動(dòng)機(jī)電壓的選擇
交流起重及冶金用電動(dòng)機(jī)的功率在250千瓦以下，一般都選用380伏電動(dòng)機(jī)。
3.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
在減速器速比允許的情況下，應(yīng)盡量選用轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)，這樣，同功率的電動(dòng)機(jī)重量可以輕一些，尤其是對(duì)無(wú)底腳的端蓋有凸緣的安裝方式，更要求電動(dòng)機(jī)重量輕。但是高速電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)損耗比較大，當(dāng)每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)較多時(shí)，應(yīng)考慮選用高速電動(dòng)機(jī)是否合理。
4.電動(dòng)機(jī)安裝型式的選擇
起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)最常用的安裝型式是機(jī)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(jī)構(gòu)、縮小安裝尺寸，有時(shí)也要求機(jī)座無(wú)底腳的端蓋有凸緣的臥式或立式的安裝型式。
3.3起升機(jī)構(gòu)
3.3.1起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇
1電動(dòng)機(jī)靜功率計(jì)算
（3.1）
=10（噸），v=30米/分
起升機(jī)構(gòu)采用封閉式齒輪傳動(dòng)式，取，則單位（每噸）靜功率約為
（3.2）
所以，經(jīng)過(guò)計(jì)算得：
，
對(duì)于抓斗起重機(jī)，滿(mǎn)載抓斗由起升繩與開(kāi)閉繩共同提升，由于司機(jī)操作有差異，起升繩與開(kāi)閉繩受力可能不很均勻，但因不均勻受力時(shí)間很短暫，其不均勻性也不大，故起升與開(kāi)閉機(jī)構(gòu)之電動(dòng)機(jī)功率仍按總功率的50%初選。
對(duì)于裝卸散粒用的大型高生產(chǎn)率裝卸橋或門(mén)座起重機(jī)，在實(shí)際使用中往往抓斗一卸空便提升（抓斗仍處于張開(kāi)狀態(tài)），此時(shí)開(kāi)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，空抓斗的上升速度很高（幾乎較滿(mǎn)載抓斗高一倍），因此，要核算空抓斗高速提升的功率，并與滿(mǎn)載常速提升的功率相比較，取其大值。
當(dāng)抓斗在水中進(jìn)行作業(yè)或抓取粘性、浸濕的物料時(shí)，因抽空而產(chǎn)生的吸附現(xiàn)象將使機(jī)構(gòu)阻力增大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)應(yīng)計(jì)及25~30%的吸附加載作用。
為了滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間與不過(guò)熱要求，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，可按下式初選相應(yīng)于機(jī)構(gòu)JC%值的電動(dòng)機(jī)功率：
（3.3）
表3-1起升機(jī)構(gòu)按靜功率初選電動(dòng)機(jī)的系數(shù)值
查表3-1得：
=0.7~0.8，所以，
大多數(shù)起重機(jī)的工作循環(huán)周期小于10分鐘，而起升機(jī)構(gòu)每次運(yùn)行時(shí)間往往在1~2分鐘內(nèi)。在這種工況下使用的起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)，在求出靜功率侯，可按重復(fù)短時(shí)工作制（JC=40%）選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)。
表3-2 所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)與參數(shù)
基準(zhǔn)工作制
S3
負(fù)載持續(xù)率
6次/h
JC=40%
型號(hào)
定功率/kW
定子電流/A
轉(zhuǎn)子電流/A
空載電流/A
轉(zhuǎn)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(dòng)時(shí)間和起動(dòng)平均加速度驗(yàn)算
起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩主要用來(lái)克服載荷靜力矩以及由高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)件的質(zhì)量引起的慣性力矩：
（3.4）
由（3-4）式得到起動(dòng)時(shí)間：
（3.5）
式中 ——起升載荷重量（千克）；
——物品上升速度（米/秒）；
——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪矩（）；
——電動(dòng)機(jī)軸上帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器的飛輪矩（）；
——計(jì)及其他傳動(dòng)件飛輪矩影響的系數(shù)，換算到電動(dòng)機(jī)軸上時(shí)可取=1.1~1.2；
——電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)力矩（），其值見(jiàn)表3-3。
表3-3 電動(dòng)機(jī)的平均起動(dòng)力矩
電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)
(1.7~1.8)
串激直流電動(dòng)機(jī)
(1.8~2.0)
復(fù)激直流電動(dòng)機(jī)
(1.8~1.9)
復(fù)激直流電動(dòng)機(jī)
(1.8~1.9)
注1. ——電動(dòng)機(jī)額定力矩，=975（），N——電動(dòng)機(jī)額定功率（千瓦），n——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）。
2. ——電動(dòng)機(jī)實(shí)際最大力矩，=（0.7~0.8）,式中為電動(dòng)機(jī)最大力矩倍數(shù)。
由表3.3得， =1.6=1.6x975=40.625（）
經(jīng)計(jì)算得：
=1.3（秒）
對(duì)于中、小起重量的起重機(jī)，起動(dòng)時(shí)間應(yīng)該短一些；對(duì)于大起重量的起重機(jī)，起動(dòng)時(shí)間可以稍長(zhǎng)；速度高時(shí)，也可長(zhǎng)一些，但起動(dòng)時(shí)間也不能太長(zhǎng)，可按表3.4提供的數(shù)值來(lái)核算。
表3-4 起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)間
起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)工作特性
（秒）
安裝用起重機(jī)（<5米/分）
1
中、小起重機(jī)（3~80噸）通用起重機(jī)（>10~30米/分）
1~1.5
大起重量橋式與龍門(mén)起重機(jī)（<6~8米/分）
4~6
裝卸橋（>30~60米/分）
1~1.5
港口用門(mén)座起重機(jī)（>30~80米/分）
2~2.5
本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)，是屬于中、小起重機(jī)，根據(jù)表3.4，應(yīng)在（1~1.5秒）范圍內(nèi)，可以看到=1.3（秒）在這個(gè)范圍內(nèi)。
但是起動(dòng)時(shí)間也不能太短，以免造成過(guò)大沖擊，通常由起動(dòng)平均加速度來(lái)核算：
（3.6）
經(jīng)計(jì)算得：=0.38
起重機(jī)供安裝用或吊運(yùn)液態(tài)物料時(shí)，要求運(yùn)行平穩(wěn)，其加速度要小些；起重機(jī)用在高生產(chǎn)率場(chǎng)合并對(duì)平穩(wěn)性無(wú)嚴(yán)格要求時(shí)，其加速度可以大些。平均加速度值見(jiàn)表3-5。
如將起升機(jī)構(gòu)的平均加速度控制在表列數(shù)值內(nèi)，則起動(dòng)時(shí)間一般是可以滿(mǎn)足要求的。
表3-5 起升機(jī)構(gòu)平均加速度
起重機(jī)用途
作精密安裝用
0.1
吊運(yùn)液態(tài)物料
0.1
一般加工車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)及堆場(chǎng)用吊鉤、電磁及抓斗起重機(jī)
0.2
港口用吊鉤門(mén)座起重機(jī)
0.4~0.6
港口用抓斗門(mén)座起重機(jī)
0.5~0.7
冶金工廠中生產(chǎn)率高的起重機(jī)
0.6~0,8
港口用吊鉤龍門(mén)起重機(jī)
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(jī)要求的范圍之內(nèi)的，所以起動(dòng)加速度是合適的。
綜上所述，起動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)平均加速度驗(yàn)算合格。
3、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
電動(dòng)機(jī)工作中因溫升而發(fā)熱，過(guò)高的溫升會(huì)使繞組的絕緣材料老化，故需要對(duì)按靜功率初選的電動(dòng)機(jī)作發(fā)熱驗(yàn)算，以控制電動(dòng)機(jī)的溫升在容許范圍內(nèi)。
電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算的常用方法是：找出一個(gè)不變的等效負(fù)載，它與實(shí)際變化的負(fù)載在使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱上等效。如所選電動(dòng)機(jī)的熱容量大于由這個(gè)等效負(fù)載產(chǎn)生的熱容量，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)過(guò)熱。
平均損耗法式驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)容量較精確的方法，但不便于實(shí)用。
在這，我采用：
綜合系數(shù)法——載荷變化系數(shù)與起動(dòng)特性系數(shù)法
1）熱平衡方程式
（3.7）
式中 ——電動(dòng)機(jī)容許功率，=；
——電動(dòng)機(jī)起動(dòng)功率；
——電動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率，采用機(jī)械制動(dòng)時(shí)=0；
——滿(mǎn)載時(shí)的靜功率，28.8（千瓦）。
2）換算成JC=40%額定值時(shí)的功率
由（3.7）式，經(jīng)轉(zhuǎn)化后得：
（3.8）
式中 ——載荷變化系數(shù)
=
——起動(dòng)特性系數(shù)
=
——系數(shù)，與電動(dòng)機(jī)配合何種電阻器有關(guān)。目前起重機(jī)用電阻器由JC=25%和JC=40%兩種，根據(jù)配用的電阻器型號(hào)，K值分別近似的取為
和
——電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)力矩倍數(shù)，=1.5~1.8(計(jì)算時(shí)可取=1.7)；
——起動(dòng)時(shí)間；
——機(jī)構(gòu)開(kāi)動(dòng)一次的工作時(shí)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(jì)算得出，也可按表3-6中的經(jīng)驗(yàn)值取用
表3-6 機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)值
機(jī)構(gòu)名稱(chēng)
起重機(jī)用途及特點(diǎn)
起升
通用起重機(jī)
電磁、抓斗起重機(jī)
裝卸橋
安裝用起重機(jī)
0.05~0.1
0.1~0.15
0.1~0.15
0.2~0.25
運(yùn)行
運(yùn)行距離長(zhǎng)的起重機(jī)
吊鉤、電磁及抓斗起重機(jī)
安裝用起重機(jī)
裝卸橋大車(chē)
裝卸橋小車(chē)
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(jī)
裝卸用起重機(jī)
0.1~0.2
0.2~0.3
旋轉(zhuǎn)
安裝用起重機(jī)
裝卸用起重機(jī)
0.1~0.2
0.2~0.3
在這里，根據(jù)實(shí)際情況所設(shè)計(jì)的是抓斗起重機(jī)，所以=0.1~0.15。
對(duì)于抓斗起重機(jī)，取，其 值見(jiàn)表3-7。
表3-7 值
起重機(jī)名稱(chēng)
配用JC=25%電阻器時(shí)
配用JC=40%電阻器時(shí)
機(jī)構(gòu)的JC值
15
25
40
40
60
抓斗起重機(jī)
--
--
--
0.75
0.92
（3-8）式中的 =值見(jiàn)圖3.1
圖 3.1 值
所以按（3.8）式計(jì)算得到=0.8*28.8=23.04(千瓦)<30（千瓦），符合電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱條件，所以，電動(dòng)機(jī)不會(huì)過(guò)熱。
表3-8 所選用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)
基準(zhǔn)工作制
S3
負(fù)載持續(xù)率
6次/h
JC=40%
型號(hào)
定功率
/kW
定子電流/A
轉(zhuǎn)子電流/A
空載電流/A
轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇
1、制動(dòng)力矩及制動(dòng)安全系數(shù)
起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器之制動(dòng)力矩需滿(mǎn)足下面條件：
（3.9）
式中 為制動(dòng)安全系數(shù)，在這里=1.5
為滿(mǎn)載時(shí)制動(dòng)軸上的靜力矩。
經(jīng)計(jì)算=630N.m
2、制動(dòng)器型號(hào)
所選制動(dòng)器的型號(hào)為YWZ300/45。
3.3.3起升機(jī)構(gòu)減速器的選擇
根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算載荷及傳動(dòng)比，從標(biāo)準(zhǔn)減速器系列中選取。
因?yàn)閭鲃?dòng)比為20.49。
所以所選的減速器型號(hào)為ZQ65-15.75-42。
3.4變幅機(jī)構(gòu)
3.4.1變幅機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇
1、電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
按第一類(lèi)載荷確定驅(qū)動(dòng)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(shí)間，可由齒條行程Y及移動(dòng)速度V算出：
（秒）
于是變幅功率為
（千瓦） （3.11）
式中 ——齒條移動(dòng)速度（米/秒）；
——變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)效率。
經(jīng)計(jì)算得：=9.8（千瓦），接電持續(xù)率為JC=40%。
查手冊(cè)選用變幅電動(dòng)機(jī)型號(hào)為。
2、電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力驗(yàn)算
由計(jì)算可選出電動(dòng)機(jī)在JC=40%時(shí)的額定功率N=11kw及轉(zhuǎn)速n=700r/min，則額定力矩=975N/n()=15.32()。
電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)力矩（采用電阻分級(jí)起動(dòng)）：
=22.98~27.58()
電動(dòng)機(jī)過(guò)載力矩（實(shí)際最大力矩）：
=26.81~30.64 ()
3、起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算：
（3.12）
經(jīng)計(jì)算得：=3.4（秒）。據(jù)手冊(cè)，港口裝卸用門(mén)座起重機(jī)1秒<<4秒，我所選的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間在這個(gè)范圍之內(nèi)，所以滿(mǎn)足要求。選用的電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表3.9。
表3-9 所選用的變幅電動(dòng)機(jī)參數(shù)
基準(zhǔn)工作制
S3
負(fù)載持續(xù)率
6次/h
JC=40%
型號(hào)
定功率
/kW
定子電流/A
子電流/A
空載電流/A
轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇
這里是平衡變幅機(jī)構(gòu)，由于超載對(duì)于制動(dòng)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(shí)
（3.13）
2非工作狀態(tài)時(shí)
(3.14)
式中 為制動(dòng)器的制動(dòng)力矩；
（千克米）
（千克米）
根據(jù)計(jì)算選擇型號(hào)為YWZ300/45。
3.4.3變幅機(jī)構(gòu)減速器的選擇
變幅機(jī)構(gòu)的減速器一般都是采用標(biāo)準(zhǔn)系列型號(hào)。因?yàn)樗俦葹?0，所以在這里采用渦輪減速器，型號(hào)是CWU200-40-II。
3.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
3.5.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇
1、電動(dòng)機(jī)功率
所需要的電動(dòng)機(jī)功率為
（千瓦） （3.15）
（） （3.16）
式中 ——包括物品重量在內(nèi)的起重機(jī)旋轉(zhuǎn)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(dòng)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(duì)其軸線的斜角（度）。
經(jīng)計(jì)算得：N=6.3（千瓦）。初選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為YZR160L-8。
2、起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算
電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間按等加速起動(dòng)計(jì)算：
（3.17）
經(jīng)計(jì)算得：7.8（秒）。符合手冊(cè)中的時(shí)間要求范圍，所以可取。
查手冊(cè)的所選用的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下表3-10。
表3-10 所選用的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)
基準(zhǔn)工作制
S3
負(fù)載持續(xù)率
6次/h
JC=40%
型號(hào)
定功率
/kW
定子電流/A
轉(zhuǎn)子電流/A
空載電流/A
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器的選擇
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的減速器采用標(biāo)準(zhǔn)系列的減速器，根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)型式。
表3-11 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速系統(tǒng)
減
速
系
統(tǒng)
一級(jí)減速
類(lèi)型
三角帶傳動(dòng)
速比
i1=290/216
二級(jí)減速
類(lèi)型
蝸輪減速器 WHC210-40-Ⅱ
速比
i2=40
三級(jí)減速
類(lèi)型
開(kāi)式齒輪傳動(dòng)
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(jì)算機(jī)，其核心就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。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(jì)算機(jī)，操作使用方法、編程語(yǔ)言甚至工作原理都與計(jì)算機(jī)有所不同。另一方面，作為繼電控制盤(pán)的替代物，由于其核心為計(jì)算機(jī)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(guò)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(diǎn)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(yīng)延遲時(shí)間（約10ms）。
b)程序處理
對(duì)應(yīng)用戶(hù)程序存儲(chǔ)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(guān)軟元件的通、斷狀態(tài)讀出，從0步開(kāi)始順序運(yùn)算，每次結(jié)果都寫(xiě)入有關(guān)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(diǎn)的動(dòng)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(shí)際輸出?？删幊炭刂破鲀?nèi)的外部輸出觸點(diǎn)對(duì)輸出軟元件的動(dòng)作有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，即要有一個(gè)延遲才動(dòng)作。
4.2 用PLC控制塔機(jī)的優(yōu)越性
《可編程控制器原理及應(yīng)用》為電氣控制、機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。它所涵蓋的知識(shí)面相當(dāng)廣泛，對(duì)學(xué)生的要求比較高。不僅要具備良好的編程知識(shí)，而且還應(yīng)具備其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)，并具有主動(dòng)探索知識(shí)的能力?？删幊炭刂破魇抢^單片機(jī)、STD總線后微機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的又一里程碑。由于極高的可靠性及應(yīng)用極為方便，國(guó)內(nèi)外正在迅速普及應(yīng)用，并提高發(fā)展。它早已突破純粹開(kāi)關(guān)量控制的局限而進(jìn)入到過(guò)程控制、位置控制、通信網(wǎng)絡(luò) 圖形工作站等領(lǐng)域，成為機(jī)電控制及過(guò)程控制不可缺少的核心控制部分。微機(jī)技術(shù)已經(jīng)并繼續(xù)在改變世界。以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程控制器也正在改變著工廠自動(dòng)控制的面貌。近20年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)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(yàn)使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域，成為工業(yè)自動(dòng)控制的首選產(chǎn)品，與機(jī)器人、CAD/CAM并稱(chēng)為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。
起重機(jī)是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(shè)備，有著廣泛的用途。塔式起重機(jī)是起重機(jī)的一種，適用于冶金、水泥、化工、及其他企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)和車(chē)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(yùn)工作。由于該類(lèi)型設(shè)備笨重，運(yùn)輸安裝困難，對(duì)其他產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)一般要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
由于對(duì)塔式起重機(jī)的檢測(cè)需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，就要求檢測(cè)控制設(shè)備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活、PLC可以滿(mǎn)足這些要求。
4.3 塔機(jī)的電氣控制設(shè)計(jì)內(nèi)容
我主要設(shè)計(jì)起重機(jī)的PLC控制系統(tǒng)，主要完成電氣控制部分，起重機(jī)控制應(yīng)具有靈活的控制方式，合理的運(yùn)行方式。
塔機(jī)工作機(jī)構(gòu)分為5種：起升機(jī)構(gòu)；變幅機(jī)構(gòu)；小車(chē)牽引機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車(chē)走行機(jī)構(gòu)。動(dòng)臂式塔機(jī)設(shè)臂架變幅機(jī)構(gòu)，兼有架設(shè)和變幅兩種功能。起升機(jī)構(gòu)，變幅機(jī)構(gòu)及小車(chē)牽引機(jī)構(gòu)在構(gòu)造上極為相似，均由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)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(jié)構(gòu)緊湊，功能性強(qiáng)。
CPM1A系列PLC屬于高性能小型機(jī)，它包括多種類(lèi)型的主機(jī)，I/O擴(kuò)展單元、實(shí)現(xiàn)模擬量輸入/輸出的特殊功能單元以及實(shí)現(xiàn)對(duì)外通信的通信單元等。CPM1A系列PLC主機(jī)類(lèi)型見(jiàn)表。
表 4-1 PLC主機(jī)類(lèi)型
主機(jī)類(lèi)型
型號(hào)
輸出方式
使用電源
I//O擴(kuò)展
外部中斷
10點(diǎn)I/O型
輸入：6點(diǎn)
輸出：4點(diǎn)
CPM1A-10CDR-A
繼電器
AC100~200V
最多2點(diǎn)
CPM1A-10CDR-D
繼電器
DC24V
CPM1A-10CDT-D
晶體管（NPN）
CPM1A-10CDT1-D
晶體管（PNP）
20點(diǎn)I/O型
輸入：12點(diǎn)
輸出：8點(diǎn)
CPM1A-20CDR-A
繼電器
AC100~200V
最多4點(diǎn)
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(jī)類(lèi)型
型號(hào)
輸出方式
使用電源
I//O擴(kuò)展
外部中斷
30點(diǎn)I/O型
輸入：18點(diǎn)
輸出：12點(diǎn)
CPM1A-30CDR-A
繼電器
AC100~200V
最大可以連接3臺(tái)20點(diǎn)的輸入/輸出擴(kuò)展I/O單元
最多4點(diǎn)
CPM1A-30CDR-D
繼電器
DC24V
CPM1A-30CDR-D
晶體管（NPN）
CPM1A-30CDR-D
晶體管（PNP）
40點(diǎn)I/O型
輸入：24點(diǎn)
輸出：16點(diǎn)
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(hào)抖動(dòng)以及外部干涉而造成的誤動(dòng)作，對(duì)輸入信號(hào)配備了可選擇輸入時(shí)間常數(shù)（1ms/2ms/4ms/8ms/16ms/32ms/64ms/128ms）的輸入濾波器，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)的輸入/輸出。
在CPM1A系列PLC主機(jī)的的面板上。除了正常的運(yùn)行顯示外，還包括兩個(gè)可預(yù)置數(shù)據(jù)的模擬量設(shè)定電位器及連接外部設(shè)備和編輯器的外設(shè)端口，用戶(hù)可以通過(guò)RS-232C或RS-422通信適配器連接其他PLC或上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。
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(yīng)用指令有76條。除了基本邏輯指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位寄存器指令外，還有算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)比較指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、高速計(jì)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(jìn)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?jǐn)?shù)
指令功能
助記符
字?jǐn)?shù)
指令功能
ADB
4
二進(jìn)制加
END
1
結(jié)束
ADD
4
單字BCD加
FAL
2
繼續(xù)運(yùn)行故障分析
ADDL
4
雙字BCD加
FALS
2
停止運(yùn)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(zhuǎn)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(shù)左移
JME
2
跳轉(zhuǎn)結(jié)束
ASR
2
算術(shù)右移
JMP
2
跳轉(zhuǎn)
BCD
3
BIN→BCD轉(zhuǎn)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(shè)置
MLB
4
二進(jìn)制乘
CLC
1
清進(jìn)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?jǐn)?shù)
指令功能
助記符
字?jǐn)?shù)
指令功能
CTBL
4
注冊(cè)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(jìn)制除
PRV
4
當(dāng)前值讀出
PULS
設(shè)置脈沖
SRD
3
數(shù)字右移
RET
1
子程序返回
STC
1
置進(jìn)位位
ROL
2
循環(huán)左移
STEP
2
步結(jié)束
ROR
2
循環(huán)右移
STIM
4
間隔定時(shí)器中斷
RESET
2
復(fù)位
SUB
4
單字BCD減
SBB
4
二進(jìn)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(shí)器
SDEC
4
七段譯碼
TIMH
3
高速定時(shí)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(kāi)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(jī)PLC控制系統(tǒng)原理
本系統(tǒng)將塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機(jī)構(gòu)調(diào)速均采用變預(yù)調(diào)速.塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總框圖如圖1所示。
塔式 起 重機(jī)的起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運(yùn)行電動(dòng)機(jī)都需要獨(dú)立運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)由6臺(tái)電動(dòng)機(jī)和4臺(tái)變頗器傳動(dòng)，使用一臺(tái)PLC加以控制。
圖 4.1 系 統(tǒng) 總 框 圖
運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)時(shí)間應(yīng)盡量符合實(shí)際需要，起動(dòng)迅速而平穩(wěn);機(jī)構(gòu)的電氣制動(dòng)方式必須著重考慮.對(duì)不同的工況，可選擇自由制動(dòng)方式與強(qiáng)制制動(dòng)方式，在運(yùn)行機(jī)構(gòu)正常停止時(shí)，可選用自由停止方式，其停止時(shí)間可按實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行情況設(shè)定，以盡量滿(mǎn)足司機(jī)操作塔式起重機(jī)的需要為主.為保證起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以通過(guò)設(shè)定機(jī)械制動(dòng)器的打開(kāi)時(shí)間、變頻器的最低運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流之間的關(guān)系，以滴足機(jī)構(gòu)負(fù)載特性的要求。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定能保證機(jī)構(gòu)具有良好的調(diào)速精度及起制動(dòng)性能。由于起升機(jī)構(gòu)電機(jī)使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置.通過(guò)側(cè)量脈沖編碼器的脈沖數(shù)，利用二者之差控制電機(jī)的速度。所以選擇脈沖編碼器及其安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮周全。
第五章 塔式起重機(jī)電氣控制的硬件設(shè)計(jì)
起重機(jī)的電氣控制硬件設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)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(jī)電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)
圖5.1塔吊主線路
圖5.2 接觸器開(kāi)關(guān)接線圖
5.2 PLC的輸入輸出接線設(shè)計(jì)
根據(jù)塔式起重機(jī)檢測(cè)過(guò)程的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入包括：自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào)，手動(dòng)前進(jìn)、后退開(kāi)關(guān)信號(hào)。手動(dòng)左行、右行開(kāi)關(guān)信號(hào)，手動(dòng)上升、下降開(kāi)關(guān)信號(hào)：共計(jì)9個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。
PLC控制系統(tǒng)的輸出：前進(jìn)、后退接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，左行、右行接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，上升下降接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，順時(shí)針逆時(shí)針回轉(zhuǎn)接觸器信號(hào),電鈴和指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)；共計(jì)10個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮富裕量，可選用日本歐姆龍CPM1AH-30CDR，其I/O點(diǎn)數(shù)為；18點(diǎn)輸入、12點(diǎn)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(hào)
輸入元件
輸入地址
輸出元件
輸出地址
1
自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)S1
0000
指示燈
1000
2
手動(dòng)前進(jìn)開(kāi)關(guān)S2
0001
前進(jìn)接觸器KM1
1001
3
手動(dòng)后退開(kāi)關(guān)S3
0002
后退接觸器KM2
1002
4
手動(dòng)左行開(kāi)關(guān)S4
0003
左行接觸器KM3
1003
5
手動(dòng)右行開(kāi)關(guān)S5
0004
右行接觸器KM4
1004
6
手動(dòng)上升開(kāi)關(guān)S6
0005
上升接觸器KM5
1005
7
手動(dòng)下降開(kāi)關(guān)S7
0006
下降接觸器KM6
1006
8
順時(shí)針回轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S8
0007
順回轉(zhuǎn)接觸器KM7
1007
9
逆時(shí)針回轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)S8
0008
逆回轉(zhuǎn)接觸器KM8
1008
10
電鈴B
1009
5.3流程圖
第六章 塔式起重機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)
起重機(jī)的電氣控制軟件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)要求畫(huà)出梯形圖，總梯形圖見(jiàn)附錄，以下我將總梯形圖分模塊進(jìn)行分析
6.1進(jìn)退機(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì)
進(jìn)退機(jī)構(gòu)的梯形圖程序設(shè)計(jì)如圖所示。運(yùn)行時(shí)有手動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩種，自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程如下。
a）當(dāng)PLC開(kāi)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個(gè)計(jì)數(shù)器（CNT001～CNT004）復(fù)位。
b）當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)S1合上后，0000的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1001線圈接通，進(jìn)退機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件進(jìn)行，接觸器通電，起重機(jī)開(kāi)始前進(jìn)；同時(shí)，所有的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，定時(shí)器TM00每5s產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖的保持時(shí)間為一個(gè)掃描周期，為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)信號(hào)。
c）當(dāng)CNT001計(jì)到6時(shí)（即延時(shí)30s），CNT001的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，使1001線圈斷電，進(jìn)退機(jī)構(gòu)停止前進(jìn)。
d）再過(guò)45s后，CNT002計(jì)數(shù)器計(jì)到15，CNT002的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1002線圈接通，起重機(jī)開(kāi)始后退；工作30s后，CNT003計(jì)數(shù)器到21，CNT003的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，1002的線圈斷開(kāi)，使后退停止。
e）休息45s，CNT004計(jì)數(shù)到30，CNT004的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，使所有計(jì)數(shù)器復(fù)位，又重新計(jì)數(shù)，進(jìn)入第二次循環(huán)。
除了上述的自動(dòng)控制方式外，根據(jù)需要也可以進(jìn)行手動(dòng)操作。從圖所示的梯形圖可知，1001有兩條控制支路，0001的常開(kāi)接點(diǎn)和0000的常閉接點(diǎn)串聯(lián)構(gòu)成手動(dòng)操作支路。當(dāng)S2合上時(shí)，1001有輸出，KM1接通，前進(jìn)運(yùn)行：當(dāng)S2斷開(kāi)時(shí)，停止前進(jìn)。S3手動(dòng)后退的使用與S2類(lèi)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(gè)脈沖
前進(jìn)30秒計(jì)時(shí)
間隔45秒計(jì)時(shí)
后退30秒計(jì)時(shí)
間隔45秒計(jì)時(shí)
自動(dòng)/手動(dòng)前進(jìn)工作
自動(dòng)/手動(dòng)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(jìn)退機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì)
a）當(dāng)PLC開(kāi)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使各個(gè)計(jì)數(shù)器（CNT005～CNT008）復(fù)位。
b）當(dāng)手動(dòng)左形開(kāi)關(guān)S4合上后，0000的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1003線圈接通，進(jìn)退機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件進(jìn)行，接觸器通電，起重機(jī)開(kāi)始左行；同時(shí)，所有的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，定時(shí)器TM00每1s產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖的保持時(shí)間為一個(gè)掃描周期，為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)信號(hào)。
c）當(dāng)CNT005計(jì)到14時(shí)（即延時(shí)14s），CNT005的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，使1003線圈斷電，左、右行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。
d）再過(guò)23s后，CNT006計(jì)數(shù)器計(jì)到37，CNT006的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1004線圈接通，起重機(jī)開(kāi)始右行；工作14s后，CNT007計(jì)數(shù)器到51，CNT007的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，1004的線圈斷開(kāi)，使右行停止。
e）休息23s，CNT008計(jì)數(shù)到74，CNT008的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，使所有計(jì)數(shù)器復(fù)位，又重新計(jì)數(shù)，進(jìn)入第二次循環(huán)。
0000
CNT004
006
#037
CNT
007
#051
CNT
CNT
005
#014
#10
左行10秒計(jì)時(shí)
間隔23秒計(jì)時(shí)
右行14秒計(jì)時(shí)
間隔23秒計(jì)時(shí)
自動(dòng)/手動(dòng)
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(dòng)/手動(dòng)
右行工作
1004
1003
CP
R
CP
R
CP
R
CP
R
圖6-2 左、右行機(jī)構(gòu)工作的控制梯形圖
6.3起升機(jī)構(gòu)工作設(shè)計(jì)
起升機(jī)構(gòu)的控制梯形圖如圖6-3所示。
a）當(dāng)PLC開(kāi)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)內(nèi)部繼電器M1產(chǎn)生初始化脈沖，使（CNT009～CNT012）復(fù)位。
b）當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)S1合上后，0000的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1005線圈接通，進(jìn)退機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件進(jìn)行，接觸器通電，起重機(jī)開(kāi)始上升；同時(shí)，所有的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，定時(shí)器TM03每1s產(chǎn)生一個(gè)脈沖，脈沖的保持時(shí)間為一個(gè)掃描周期，為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)信號(hào)。
c）當(dāng)CNT009計(jì)到10時(shí)（即延時(shí)15s），CNT009的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，使1005線圈斷電，升降機(jī)構(gòu)停止上升。
d）再過(guò)15s后，CNT010計(jì)數(shù)器計(jì)到25，CNT010的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，1006線圈接通，起重機(jī)開(kāi)始下降；工作10s后，CNT011計(jì)數(shù)器到35，CNT011的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，1006的線圈斷開(kāi)，使下降停止。
e）休息15s，CNT012計(jì)數(shù)到50，CNT012的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，使所有計(jì)數(shù)器復(fù)位，又重新計(jì)數(shù)，進(jìn)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