行车电气控制系统变频调速改造设计

1西华大学毕业设计说明书摘要本设计基于可编程序控制器（PLC）和变频器的桥式起重机控制系统的改进。阐述了交流桥式起重机在实际中的应用以及PLC在改造方案中的确定，亦涉及在改造过程中设备的选型。本文以日本三菱公司FX2N系列PLC为例，讲述了PLC在交流桥式起重机改造中的的控制方案。与传统控制方案相比，采用PLC控制的桥式起重机可以简化繁重的设备，使控制更加安全可靠。从经济效益与环境效益的角度分析，本设计虽然前期投入一部分资金用于购买PLC及变频器等设备，但是长期运行后的维修成本远低于原系统，并且节能可达30%左右。设计中变频器通过PLC进行无触点控制，使设备运行更加准确，并且减轻了人员的劳动强度，提高了工作效率。【关键词】桥式起重机、变频器、PLC、控制系统2西华大学毕业设计说明书AbstractThistextdiscussiontheimproveddesignofbridgecranecontrolsystembasedonPLCandfrequencyconverter.IntroducedtheapplicationofBridgecrane,theapplicationofPLCinreconstructivetransformandchoosingthedevice.ThetexttakesMitsubishiJapanFX2NPLCseriesasanexample,introducedthecontrolprojectofBridgecranesystem.Comparedwithtraditionalcontrolscheme，PLC-basedBridgeCranecanSimplifytheheavyequipment，andmakecontrolmoresafetyandreliable.Analysisfromeconomicbenefitsandenvironmentalbenefits,Themaintenancecostisfarbeloworiginalsystemafterlong-termoperation，andSavesabout30%ofenergy，besideafondmustsputintobuyingPLCandinverterandotherequipment.Inthisdesign,Inverternon-contactprogrammablecontrollercontrolstheequipmenttorunmoreaccurate,aswellasreducedlaborstrength,increasedefficiency.【Keywords】bridgecrane;frequencyconverter;PLC;controlsystem1西华大学毕业设计说明书目录摘要................................................................11绪论..............................................................12设计要求及方案选择...............................................42.1系统设计要求...............................................42.2题目分析...................................................42.3系统方案选择...............................................53系统主要硬件介绍.................................................73.1可编程控制器...............................................73.1.1PLC概述..............................................73.1.2PLC的系统组成与各部分作用............................83.1.3FX2N系列PLC的特点...................................103.2变频器....................................................123.2.1变频器的简介.........................................123.2.2交-直-交PWM变压变频器基本结构.......................143.2.3三相异步电动机的变频调速.............................153.3限位器及安保电路...........................................184系统总体方案设计................................................204.1控制系统的I/O点地址分配..................................204.2控制各电机的变频器输入控制断的安排........................214.3PLC系统选型...............................................224.4变频器的选用..............................................224.5电气控制系统原理图........................................254.5.1主电路图设计.........................................254.5.2PLC接线图设计.......................................264.5.3主、副钩起升机构设计.................................274.5.4大、小车运行机构设计.................................284.6辅助器件选择..............................................304.7系统流程图................................................334.7.1大车控制系统.........................................334.7.2小车控制系统.........................................344.7.3升降控制系统.........................................354.7.4升降悬停控制系统.....................................365系统软件设计....................................................385.1三菱PLC编程软件简介......................................385.2运行流程图................................................395.3梯形图....................................................405.4改造后桥式起重机工作过程..................................446系统仿真及调试..................................................467设计总结与体会..................................................47致谢...............................................................48参考文献..........................................................491西华大学毕业设计说明书1绪论1).传统桥式起重机控制系统存在的问题桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。经过几十年的发展，我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是-个很重要的方面。由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使机械冲击频繁，振动剧烈，因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。传统的起重机驱动方案【1】-般采用:（1）直接起动电动机；（2）改变电动机极对数调速；（3）转子串电阻调速；（4）涡流制动器调速；（5）晶闸管串级调速；（6）直流调速。前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速：起动电流大，对电网冲击大：常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重：功率因数低，在空载或轻载时低于0.2～0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。晶闸管串级调速虽各服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。2).桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况电气调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机-电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放大控制，到晶闸管激磁控制，到主回路晶闸管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，-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2西华大学毕业设计说明书展，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40O0HP，并采用PLC对整机驱动系统实施故障诊断、检测、报警及控制。该驱动系统实施主回路晶体管整流，其控制是给定模拟量通过数模转换成数字量，通过速度环、电流环到SCR移现触发的逻辑无环流的调速系统。可用测速反馈或电压反馈，对磁场弱磁，以实施恒功率控制。（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。目前，该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段。日本安川电机制作所于1972年就正式定为VS系列，应用于起重机及轧机辅助设备的交流调速。法国、英国、德国等大电气公司亦在这方面展开了重点研制开发。借助电力电子技术、微电子技术的发展，由分离元件发展到大规模集成电路，从而实现控制部件的微型组件化、智能化、标准化、系列化，进而从模拟量控制发展到数字量控制。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