桥式起重机电气控制系统(1)
桥式起重机电气控制系统设计
1 引言(或绪论）1．1 课题简介本次毕业设计课题为“20/5t桥式起重机电气控制系统设计”。
其主要任务是将接触—继电器控制的传统桥式起重机利用PLC进行改造.用到的实验台是THJPES-2型机床PLC电气控制实训考核装置,所以本次任务的重点是完成模拟实验.本次设计的控制部分主要是西门子S7—200 PLC系统，并结合STEP7软件进行了简单的控制编程。
1．2桥式起重机在现代工业中的发展情况桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化重要的工具和设备.所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。
经过多年的发展,我国桥式起重机的应用不断扩大，随着技术进步，针对实际中桥式起重机的恶劣工作坏境及长时间超负荷作业而导致的事故，为桥式起重机改造提出了新的要求，以便在实际操作更加安全、更加高效。
1．3PLC在工业自动控制中的应用可编程程序控制器简称PLC，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,是一种以微机处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很简单。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能等优异性能,日益取代由大量中间继电器组成的传统继电—接触器控制系统在机械、化工、冶金等行业中的重要作用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一.微电子技术与计算机技术的结合,使PLC 的功能变得更加强大，通过可编程控制的实现，为PLC 增添了使用上的灵活性。
基于PLC的桥式起重机电气控制系统设计 唐跃顺
基于PLC的桥式起重机电气控制系统设计唐跃顺摘要：随着科学技术水平的不断提高，桥式起重机被广泛地应用于国民经济的各个领域之中，其主要的用途是物料搬运、装卸。
桥式起重机不仅有利于减轻或代替人们的体力劳动，更有利于提高劳动率。
近年来，随着实际作业复杂程度的加大，对桥式起重机的电气控制难度也越来越大，而PLC被广泛地应用其中，并起到了良好的控制效果。
基于此，本文从对PLC变频调速的简述出发，对基于PLC的桥式起重机电气控制总体设计以及控制系统设计进行了研究。
关键词：PLC；桥式起重机；电气控制系统设计引言桥式起重机主要是依靠按照起升机构与在同一平面内的两个互相垂直的移动，不仅可以在场地上作业，还可以应用于上空作业，是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。
它具有承载能力大、工作可靠性高、制造工艺相对简单等优点。
但在实际使用中，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，控制方式为“继电-接触器”控制，采用这种控制方式的起重机机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低；继电-接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高，控制柜体积大；桥式起重机工作环境差，工作任务重时，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。
要从根本上解决这些问题，只有彻底改变起重机传统的电气控制方式。
近年来，随着计算机技术的迅猛发展，同时也带动了电气传动和自动控制领域的发展。
其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，基于PLC在桥式起重机电气控制系统中的应用提供了有利条件。
1对PLC变频调速的简述PLC作为一种在数字运算的基础上进行操作的工程电子系统，已经在各类自动控制系统当中被大范围的使用，有助于对机械设备的运转状态进行控制。
其中心部分为一个能够进行编写程序的储存器，之后工作人员将数字输入、模拟输入、定时、控制流程、逻辑运算等一系列程序和指令在编写好之后储存在中心储存器当中、利用I/O设备或者相关接口进行输出，从而在各类机械设备运转和展开生产的过程当中实施控制。
桥式起重机电气控制线路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 桥式起重机旳构造
❖ 桥架：横跨车间旳主干部分，同步也是桥式起重机其他部 分旳安装基础。例如，驾驶室、小车及交流磁力控制盘等 等都是装在桥架上旳。
❖ 大车：大车驱动整个桥式起重机在铺设旳轨道上走行。有 旳桥式起重机用一台电动机驱动大车，有旳用两台电动机， 本教材简介旳是两台驱动电机驱动。
❖ 大车限位保护
❖ SA4：是同一个凸轮控制器旳不同触点。假设
❖ KM10迈进，KM11后退，迈进时上边支路SA4 触
❖ 点闭合，下边支路触点断开。后退时，上边支路
❖ SA4触点断开，下边支路触点闭合。若，迈进中 达
❖ 到限位位置，KM10断，把凸轮控制器打到后退 档
❖ 上，下边SA4触点闭合，大车能够后退。
❖ SA1扳到”上升1”位： 3、5、6、7号触点闭合； 3号触点闭合：引入上升限位SQ9常闭触点； 5号触点闭合：上升方向电动机接触器KM1吸合； 6号触点闭合：KM3吸合，电磁抱闸松开； 7号触点闭合：KM4得电，切除转子串旳第一段 电阻。
❖ SA1扳到“上升2”位：
3、5、6、7、8号触点闭合，与“上升1”档比 较，KM5吸合，切掉第二段电阻，电动机转速更 高。1档主要用来绷紧起升钢索，低速起升，降 低冲击。
主起升电动机旋转控制线路
SA1
1
KA
2
SQ9
3
4
5
KM2
KM1
6
KM2 7
KM3 8
9
10
11
12 KM2
KA1 KA
KM1
KM2
KM1
KM1
KM9
KM3
KM4
KM5
KM6
桥式起重机电气控制线路运行介绍
桥式起重机电气控制线路运行介绍
1.主控制电路：
主控制电路是控制起重机主梁上电动机运行的关键电路。
它通常包括控制主电动机的起动、制动、正反转等功能。
起动电路通过起动接触器将电动机与电源连接，使电动机转动起来。
制动电路通过制动接触器将电动机与电源断开，使电动机停止转动。
正反转电路通过正反转接触器控制电动机正反转运动，实现起重机的前进和后退。
2.限位保护电路：
限位保护电路是用来保护起重机行走机构的电路。
它通常包括起重机左右行走限位、前后行走限位等功能。
当起重机的行走到达限位位置时，限位保护电路会自动切断电动机电源，停止起重机的行走，以保护机械结构的安全。
3.紧急停止电路：
紧急停止电路是在紧急情况下，迅速切断电动机电源，停止起重机运行的电路。
一般情况下，紧急停止按钮会放置在机械操作员容易触及到的位置，如操作台、控制箱等处。
当发生紧急情况时，操作员可以按下紧急停止按钮，即可使起重机立即停止运行，确保操作人员的安全。
4.着陆线控制电路：
着陆线控制电路是用来控制起重机的货物吊取和放下的电路。
它通常包括启动按钮、停止按钮、上升按钮、下降按钮等功能。
通过按下相应的按钮，操作员可以控制货物的运动，完成起重任务。
以上是桥式起重机电气控制线路运行的简要介绍。
桥式起重机的电气控制线路具有复杂性和安全性要求高的特点，要求电路设计合理、可靠，并符合相关的安全标准。
对于操作人员来说，熟悉电气控制线路的原理和工作方式，掌握正确的操作方法，能够保证起重机安全、高效地运行。
桥式起重机电气控制电路的维护与故障检修
项目五：桥式起重机电气控制电路的维护与故障检修1、了解桥式起重机的结构和电器控制电路的功能。
2、掌握桥式起重机的运动形式维护方法。
3、熟悉桥式起重机主要故障的诊断方法和检修。
1、维修20/5t桥式起重机主交流接触器不吸合的常见故障。
2、维修20/5t桥式起重机副钩能下降但不能上升的常见故障。
3、维修20/5t桥式起重机主钩既不能上升又不能下降的常见故障。
4、维修20/5t桥式起重机起重机不能启动的常见故障。
5、维修20/5t桥式起重机吊钩下降时，接触器就释放（掉闸）的常见故障。
随着现代机械制造技术的不断发展，机械设备在工业企业中的作用和地位越来越重要。
桥式起重机作为现代化生产不可缺少的机械设备，由于作业环境复杂，工作方式特殊，发生故障的概率很高，起重机带病运转的现象普遍存在。
这里以20/5t桥式起重机的电气控制电路进行分析。
一、20/5t桥式起重机电气原理图如图2—5—1所示图2—5—1 20/5t桥式起重机的电路原理二、20/5t桥式起重机电气控制电路进行分析。
20/5t桥式起重机有两个卷扬机构，主钩起重量为20t，副钩起重量为5t。
电路由两大部分组成：凸轮控制器控制大车、小车、主副钩等五台电动机的电路；用GQR-GECDD型保护柜保护五台电动机正常工作的保护控制电路。
1、主交流接触器KM的控制将副钩、小大车凸轮控制器的手柄置于“0”位，联锁触头AC1-7、AC2-7、AC3-7(9区)处于闭合状态，关好横梁栏杆门（SQ8、SQ9闭合）及驾驶舱门（SQ7闭合），合上紧急开关QS4,按下启动按钮SB，交流接触器KM线圈得电，主触点闭合，两副常开辅助触点闭合自锁。
KM线圈得电路径：FU1→1→SB→11→AC2→13→AC3-7→14→SQ9→18→SQ8→17→SQ7→16→QS4→15→KA0 →19→KA1→20→KA2→21→KA3→22 →KA4→23→KM→24→FU1KM线圈闭合自锁路径：后（W13）直接引入各电动机定子接线端。
桥式起重机的PLC控课件
限护装置是用于防止 因操作不当而引发的事故的重要设备。
VS
详细描述
限位保护装置包括上升限位、下降限位和 运行限位等，能够分别在起重机上升、下 降和运行到特定位置时，自动切断电源， 从而防止因操作不当而引发的事故。
防风装置
总结词
桥式起重机的防风装置是用于防止大 风天气下起重机被风吹翻的重要设备。
起重机的动作。
数字量输入模块
接收来自开关量输入信号，如 按钮、限位开关等。
数字量输出模块
将中央处理单元发出的数字信 号转换为开关量输出，用于控 制接触器、继电器等执行器。
中央处理单元
CPU
PLC控制系统的核心，负责数据 处理和控制输出。
存储器
用于存储程序、数据和系统信息。
电源模块
为PLC控制系统提供稳定的直流电源。
1
定期更换磨损严重的钢丝绳， 以确保安全可靠。
检查电气设备接线是否牢固， 避免因松动导致安全隐患。
对起重机结构进行全面检查， 确保无疲劳裂纹等安全隐患。
特殊环境的维护与保养
在潮湿、高温、粉尘等恶劣环境下使用起重机 时，应加强检查和维护。
在寒冷环境下使用时，应注意保温，避免因温 度变化导致结构损伤。
程序调试与优化
通过模拟实验和现场调试，对程序进 行调试和优化，提高控制精度和稳定 性。
01
02
硬件配置
根据桥式起重机的硬件配置，选择合 适的PLC型号和I/O模块，确定输入输 出信号的数量和类型。
03
控制算法设计
根据桥式起重机的控制要求，设计合 适的控制算法，如PID、PWM等，实 现速度、位置等控制量的调节。
优化程序
根据实际运行情况和用户反馈， 对程序进行优化和改进，提高控
桥式抓斗起重机电气控制系统
桥式抓斗起重机电气控制系统机（简称桥抓）把各种辅材抓到各自的小仓，桥抓中各电动机使用凸轮操作控制接触器及变阻器的方式，问题很多，大大影响了正常生产。
笔者根据变频器、PLC广泛使用所表现出的优良性能，并考察某厂小型桥式起重机改造的方法，对我公司5000t/d生产线生料调配站的16t大型桥式抓斗起重机电气控制系统进行了改造。
关键词：桥式；抓斗起重机；电气；控制系统1原控制方式存在的问题1.1桥抓的结构组成桥抓结构主要由4部分组成：大车及行走机构（15kW2）、小车及行走机构（7.5kW）、抓斗起升机构(90kW)及抓斗开合机构(90kW)。
其中，大车及小车机构属于平移机构，主要带动起升机构及物料进行平移行走，抓斗起升机构主要是拖动物料上下运动，而抓斗开合机构主要作用是抓取及释放物料。
1.2传统电力拖动系统的缺点该桥抓电气拖动系统采用绕线式异步电动机转子回路串接电阻调速方式，是起重机械中最常见的调速方法。
该方法在使用中存在以下问题：1）设备故障率高：因工作环境差，粉尘、腐蚀性气体极易对电动机滑环、碳刷及接触器等造成不良影响，加之电动机启动频繁，电流及机械冲击大，因此日平均故障率可高达数次。
2）控制线路复杂：电动机调速级数越多，需要接入的接触器与变阻器就越多，这使得控制线路十分庞大复杂，故障点多。
3）功率损耗大：转子回路串入电阻后，电动机转差变大，机械特性变软，以热能形式释放的电动机损耗功率增多。
4）机械方面：由于电动机启动频繁，电流及机械冲击大，造成桥抓钢丝绳经常断裂。
主梁及导轨振幅增大，设备人员极其不安全。
5）调速范围窄：由于调速范围小，从而造成速度稳定性差，无法长时间低速下放重物。
1.3实际生产中存在的问题生料调配站中的桥抓在运行过程中负载的变化十分复杂，在拖动过程中对转矩要求高，特别要求调速系统在低速包括零速时应能输出较大转矩（150%额定力矩），动态响应快，能承受四象限力矩的变化。
尤其是抓斗的卷扬和开闭电动机在使用过程中反复承受无数次的倒顺转操作，经常受强电流、大力矩冲击，对电动机和机械部件损伤较为严重，故障率高，严重影响生产。
桥式起重机电器控制线路图
停止
门开关
KA4
KA3
KA2
KA1
KA0
SQ7
SQ8
SQ9
启动
凸轮零位保护
AC1-7
AC2-7
AC3-7
KM
W11
KM
AC1-6
AC2-6Байду номын сангаасSQ1
AC3-6 SQ3
W13
SQ6
SQ2
SQ4
副钩限位
AC1-5
AC2-5
小车限位
大车限位 AC3-5
主钩
AC4
S1
S2 S3
KA5
S5 S6
S4 S7 S8
I>
KA2 过流继电器
U14
AC1
AC2
V12
U13
AC3 凸轮控制器
KM2 上升
W13
KM1 下降
KM3
KM4 S7 KM5 S8 KM6 S9 KM7 S10 KM8 S11 KM9 S12 0 0
0表示零位时闭合
凸轮控制器
凸轮控制器
YB1 液压制动
W13 1U 1V 1W
M1
YB2 液压制动
W13 2U 2V 2W
3R
4R1 4R2 4R3 4R4 4R5
4R
副钩凸轮控制器
小车凸轮控制器
大车凸轮控制器
提升开始和重物下降到预定位置附近时，需要低速，因此 在30％额定速度内应分为几挡，以便灵活操作。
提升的第一挡作为预备级，是为了消除传动的间隙和张紧 钢丝绳，以避免过大的机械冲击，所以启动转矩不能太大。
为了避免在转换的过程中发生过高的下降速度,在KM9电路中, 常用辅助常开触点KM9自锁,同时为了不影响提升的速度,在该 支路中在串联一个常开辅助触点KM1,这样可以保证主令控制 手柄由强力下降位置向制动下降位置转换前,接触器KM9始终 有电,只有手柄扳至下降的位置时,接触器KM9才断电。
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2020/11/20
桥式起重机电气控制系统(1)
桥式起重机电气控制系统
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桥式起重机示意图
1-驾驶室 2-辅助滑线架 7 3-交流磁力控制盘 4-电阻箱 5-起重小车
8
6-大车拖动电动机 7-端梁 8-主滑线 9-主梁
桥式起重机电气控制系统(1)
桥式起重机电气控制系统
桥式起重机电气控制系统(1)
10t桥式起重机典型电路
主电路介绍：
Q1~Q3为凸轮控制器 YB为断电抱闸制动装置电磁铁线圈 KM用于电路保护
合上QF →凸轮控制器Q1~Q3均在零位时，按 动启动按钮→ KM线圈通电、触点闭合;
通过操作Q1~Q3可分别驱动电动机M1~M4工作， 实现大、小车的移动和吊钩的提升/下降。
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卷扬机主电路
卷扬机为位能 性负载。采用绕线 式异步电动机转子 串五级不对称电阻， 以满足起动和调速 的基本要求。
凸轮控制器Q1 有零位，左、右各 五档工作位置；12 对触头。
触头Q10~Q13 用于正反转控制。
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ห้องสมุดไป่ตู้
卷扬机主电路
触点Q14~Q18 用于短接转子电阻。
用于绷紧钢丝绳的 预备级或提升空钩和轻 载。以及在倒拉反接制 动状态下，低速下放位 能负载。
桥式起重机电气控制系统(1)
1、主钩提升运动：
② 重物提升 Q1转至向上位
置2、3、4、5时， 转子电阻依次减小， 提升速度依次提高。 （负载转矩加大）
桥式起重机电气控制系统(1)
1、主钩提升运动：
③ 低速提升重物的方法
起重机种类： 门式、塔式、桥式、汽车吊（小型）、吊葫芦（小型）。 广泛应用于车间、仓库内部、码头、车站、建筑工地、港口等场所。
桥式起重机组成： 桥架、大车及小车移行机构、 提升机构（主钩、副钩）等。
桥式起重机主要技术参数： 起吊重量、跨度、提升速度、提升高度等。
电力拖动要求： 重载起动；电气调速；断电抱闸制动；设置预备级（张紧钢丝）； 保护： 零压、过载、短路、限位等安全措施。 控制方式：中小型 凸轮控制器、变频调速； 大中型 ① 主钩主令控制器+磁力控制屏，其余凸轮控制器 ② 变频调速。
手柄的1~5档操作工 位，转子电阻从大 到小切除。
触点Q19、Q1A 用于限位保护.
触点Q1B用于零 位起动（多条件启 动控制）。
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1、主钩提升运动：
① 预备级：
Q1在向上位置1→ 触点1、3闭合→提升电 机M1正转（触点4~8均 不闭合）→电动机转子 全电阻，工作在机械特 性1。
L22：主电路中，主电源经 QF、KM，其中一相过KA2 接至电动机V相端子，另两相经KA和Q接至各电动机的U、W 端子，可以近似认为导线L22与L2等电位，但实际接线的位 置不同。
起重机控制与保护电路中，SB2为急停，SQM、SQA1、 SQA2为门开关，Q1~Q3为凸轮控制器的多条件启动触点， SQ1~SQ6为限位开关。
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3、大、小车驱动
小车： 控制线路与提升机构
相同，但小车电机的负 载为摩擦性恒转矩负载， 工作在机械特性的1、3 象限。
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3、大、小车驱动
小车： 控制线路与提升机构
相同，但小车电机的负 载为摩擦性恒转矩负载， 工作在机械特性的1、3 象限。
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3、大、小车驱动
大车控制线路与小车相类 似，同为摩擦性恒转矩负载。
但大车两侧轮子分别用两组 电动机驱动（跨距过大） ， 要求同步转动。
所以，凸轮控制器Q3增加 了1组转子电阻切除触点，可 同时控制两台电动机同步工作 （电轴）。
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4、保护电路
桥式起重机电气控制系统(1)
4、保护电路
操作注意：速度过高 时，注意操作安全
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2、重物(含空钧)下放的方法
③ 低速下放重物 倒拉制动：
Q1手柄在上升位置1，由 工件拖动电动机反转，在 倒拉制动状态下低、匀速 下放重物。
断续点动：
Q1在下降1~5与0位之间 往返操作，电动机在下放 与抱闸运动之间点动继续 工作，重物低速下放。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/20
桥式起重机电气控制系统(1)
点动断续操作，将 操作手柄往返于提升与 零位之间，电动机工作 在正向启动与抱闸制动 的交替工作状态，可低 速断续提升负载。
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2、重物(含空钧)下放的方法
① 空钩下放
（摩擦性恒转矩负载）： Q1置于向下位置，
Q1触点Q10、Q12闭合， M1接入反相序电源反转， Q1在下降位置1~5。
电动机工作在第三象限 的机械特性， Q1 从向 下1 ~ 5挡调节时，空 钩下降速度依次提高。
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2、重物(含空钧)下放的方法
② 高速下放重物
（位能性负载）：
将Q1手柄经1~4工位， 迅速板至下降位置5，电动 机转子不串电阻的回馈状 态，转速略高于同步转速 运行。
Q1由下降位置1 ~ 5 移动时，重物下放速度依 次降低。
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10t桥式起重机典型电路
桥式起重机电气控制系统(1)
10t桥式起重机典型电路
控制方式：
小型桥式起重机的主钩、大车、小车均采 用绕线式三相交流异步机电动机和凸轮控制器 （KT14、KT15）控制。
制动方法：
桥式起重机采用电力液压驱动方式机械抱 闸制动器，电磁铁YB线圈断电时，抱闸制动。