桥式起重机电气控制系统doc资料
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。
桥式抓斗起重机电气控制系统
本单 位 的桥 式起 重机 系统 采用 接触 器来控 制 主 回路 的启 动 、 停 止 、限 位 开关 限位 。使 用 凸 轮控 制 器控 制转 子 回路 所 串 电阻 的大小及定子 回路的正反转控制来实现大车 、小 车、的前进 、 后退 、零 位 、加 速 、减 速 。主 令控 制 器 的控制 是 由主 接触 器 通 过时 间继 电器逐 级 的改变 所 串 电阻 的 大小来 实 现抓 斗 的 提 升下 降及 开合 的加 速 及减 速等 动 作 。并 且各 电机 均 设 电磁 抱 闸装 置 刹车 。其 中抓 斗 电机 串有 ３ 级 电阻 （ 分别由 ３ 个 时 间 继 电器 与 接触器 配合 进 行 ） 。大 车小 车行 走 电机 串有 ５ 级 电阻 （ 凸轮 控制 器的触 点转 换 实 现的 ） 。 由于 电动机 的工作 电流 直接 通 过 凸轮控 制器 的触 点 ， 所 以开 合 时容 易 出现 冲 击 电流 ， 极 大 的减 少 了接 触器 触点 的寿 命 。转 子 串 电阻 的调 速 方式 也使 所 串 电阻 长 期发 热， 极易烧断 ， 极 大 地浪 费 了 电能 的 同时 也降 低 了 效率 。再 因 工作的环境差 ， 粉尘 、腐蚀性气体极易对电动机转子回路滑环、 碳刷 及 主 回路 接 触 器触 点进 行 腐蚀 及 增 大接触 面 的 电阻等 。 随 之而来的故障率高更换频繁。而且操作面板上 的控制开关种类 繁多 ， 很 容 易出 现误操 作 。 我厂 的桥 式 起重 机 电气 部 分 主要 由 ５ 台 电机 组 成 ： 大 车行 走 电机 （ １ ｌ ｋ Ｗ× ２） 、 小 车行走 电机 （ ３ ． ７ ｋ Ｗ） 、 抓 斗起 升 电机 （ ２ ２ ｋ Ｗ ）及 抓斗 开合 电机 （ ２ ２ ｋ Ｗ） ｃ经分 析改造 后 可 以用 ４台变频 器 传动 ， 并 由 ４台 Ｐ Ｌ Ｃ分 别 加 以控 制 （ 可 编程 控制 器 控 制 电动 机 的 正 、反 转 、调 速等 控 制 信 号进 入 Ｐ Ｌ Ｃ ， 经程序处理后 ， 向 变频器发 出起停 、调速等信号 ， 使电动机工作 ， 是系统的核心。 变频 器是 为 改变 电动机 电源 的频 率从 而实现 电动 机 的调 速 ） 。制 动电 阻是 起 重机 放 下 重物 时 ， 由于重 力 加速 度 的原 因电 动机 将 处于再 生 制 动 状态 ， 拖 动 系统 的动 能要 反馈 到 变频 器 直 流 电路 中， 使 直 流 电 压不 断 上升 ， 甚 至达 到危 险 的地 步 。 因此 ， 必 须 将 再生 到 直 流 电路 里 的能 量 消耗 掉 ， 使 直流 电 压保 持 在 允许 范 围内 。制 动 电阻 就是 用来 消耗这 部分 能量 的。 Ｐ Ｌ Ｃ控 制 的桥式起 重机 变频 调速 系统框 图如 图所 示 。 从 技 术改 造 的 目的 出发 ， 首先 要 考 虑最 大 限度 地 利用 原 有 设 备 和 器件 ， 用 最 小 的投 入 产生 最大 的经济 效 益 。原 有 系统 中
桥式起重机电气控制系统(1)
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
3
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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。
桥式起重机电气控制系统(1)
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。
桥式起重机电气控制系统(1)
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
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系统
表41 副钩小车凸轮控制器2SA-3SA触点 工作状态表
表42 大车凸轮控制器4SA触点工作 状态表
第4章 桥式起重机电气控制系统
4 53 电气控制系统的保护 照明及信号电路
1电气控制系统的保护
2电气控制系统的照明及信号电路
2若下放空钩或空载时误将主令控制器手柄置于下放第一、二档， 如果此时电动机的启动转矩比负载转矩还大，将出现负载不降反升的 现象。此时应立即将手柄扳至下放各档，就可避免此现象的发生。
3下放第三、四、五档为强力下放，电动机工作于反向电动状态， 从下放第三至第五档，转子外接电阻越来越小，电机下放轻载的转速 越来越高，但不超过同步转速。
第4章 桥式起重机电气控制系统
4 22 下放负载时电动机的工作状态
下放负载时电动机的三种工作状态 1反转电动状态
Tf＞Tw;负载很轻，不能依靠自重下降，而电动下放，称强力下放; T=TL= TfTw Tf= T+Tw
第4章 桥式起重机电气控制系统
2 发电反馈制动状态
轻载高速下放 T=TL=TwTf ; T+Tf=Tw ，此时Tw为原动转矩; 要点：①电源相序反接，产生顺时针方向的旋 转磁场。
4顺序联锁保护环节。 5完善的保护环节：过电流保护、零电压保护与零位保护、短路 保护、限位保护等。
第4章 桥式起重机电气控制系统
4 5 15/3t 桥式起重机电气控制系统
简单介绍 451 供电特点
第4章 桥式起重机电气控制系统
4 52 15/3t 桥式起重 机各运动机构的电气控制
第4章 桥式起重机电气控制系统
第4章 桥式起重机电气控制系统
4 3 凸轮控制器的控制电路
431 电路特点
1可逆对称电路 凸轮控制器左右各档其触点通断
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。
起重机的电气控制系统
起重机的电气控制系统 The manuscript was revised on the evening of 2021起重机的电气控制系统一、概述起重机钢结构负责载荷支承；起重机机构负责动作运转；起重机机构动作的起动、运转、换向和停止等均由电气或液压控制系统来完成，为了起重机运转动作能平稳、准确、安全可靠是离不开电气有效的传动、控制与保护。
二、起重机电气传动起重机对电气传动的要求有：调速、平稳或快速起制动、纠偏、同步保持、机构间的动作协调、吊重止摆等。
其中调速常作为重要要求。
一般起重机的调速性能是较差的，当需要准确停车时，司机只能采取“点车”的操纵方法，如果“点车”次数很多，不但增加了司机的劳动强度，而且由于电器接电次数和电动机起动次数增加，而使电器、电动机工作年限大为缩短，事故增多，维修量增大。
有的起重机对准确停车要求较高，必须实行调速才能满足停准要求。
有的起重机要采用程序控制、数控、遥控等，这些技术的应用，往往必须在实现了调速要求后，才有可能。
由于起重机调速绝大多数需在运行过程中进行，而且变化次数较多，故机械变速一般不太合适，大多数需采用电气调速。
电气调速分为两大类：直流调速和交流调速。
直流调速有以下三种方案：✧固定电压供电的直流串激电动机，改变外串电阻和接法的直流调速；✧可控电压供电的直流发电机——电动机的直流调速；✧可控电压供电的晶闸管供电——直流电动机系统的直流调速。
直流调速具有过载能力大、调速比大、起制动性能好、适合频繁的起制动、事故率低等优点。
缺点是系统结构复杂、价格昂贵、需要直流电源等。
交流调速分为三大类：变频、变极、变转差率。
✧变频调速技术目前已大量地应用到起重机的无级调速作业当中，电子变压变频调速系统的主体——变频器已有系列产品供货。
✧变极调速目前主要应用在葫芦式起重机的鼠笼型双绕组变极电动机上，采用改变电机极对数来实现调速。
✧变转差率调速方式较多，如改变绕线异步电动机外串电阻法、转子晶闸管脉冲调速法等。
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第4章 桥式起重机电气控制系统
4.2 起重电动机的工作状态
大车、小车移行机构的电动机其负载为反抗性恒转矩负载Tf（摩 擦转矩负载），电动机工作在正向电动与反向电动状态。
提升机构电动机其负载为位能性恒转矩负载Tw与反抗性恒转矩负载 Tf之综合。
4.2.1 提升负载时电动机的工作状态
T=TL= Tf+Tw 正向电动状态 T为电动机电磁转矩，TL为负载转矩。
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.3 凸轮控制器的控制电路
4.3.1 电路特点
1.可逆对称电路 凸轮控制器左右各档其触点通断
情况对称，故电动机正反转工作情 况完全相同。 2.绕线型异步电动机转子在每一档 均串接三相不对称电阻。 3.用于控制提升机构时
(1)提升负载第一档为预备级，消 除齿轮间隙，二至五档转速逐渐升 高，电动机工作于正向电动状态。
平移重物及空钩。 停歇二个阶段：装卸货 一个工作周期≤10min。 三台电动机均为断续周期工作方式，电动机启制动频繁，为缩短启 制动时间，减少启动、制动损耗，起重机转子制成细长形，使飞轮惯 量GD2减少。
第4章 桥式起重机电气控制系统
(1)起重机宜选用起重型断续周期工作制电动机，该机应启动电流小， 启动转矩大。 (2)能电气调速 选用绕线型异步电动机转子串电阻调速。 (3)能适应较恶劣的工作环境和机械冲击。 3.对电气控制系Байду номын сангаас的要求 (1)具有合适的升降速度，空钩能快速升降。 (2)调速范围 3：1，高者5～10：1。 (3)有适当的低速区 (4)提升第一档为预备级，用于消除传动系统齿轮间隙，张紧钢丝绳。 (5)起重机负载为位能性恒转矩负载，要有电动下放（强力下放）、倒 拉反接制动下放及发电反馈制动下放三种下放负载方式。 (6)电气与机械双重制动。 (7)要有完备的电气保护与联锁环节。
电气控制技术与技能训练
电气控制技术与技能训练 电子教案
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.1 桥式起重机概述
起重机分类：桥式、门式、塔式、旋转式。 桥式起重机又称行车、天车，尤以吊钩桥式起重机多用。 4.1.4 桥式起重机的主要机构及运动形式 结构：1.桥架 2.大车移行机构 3.小车 4.提升机构 5.驾驶室 桥式起重机的运动形式： ＊起重机由大车电动机驱动沿车间 两边轨道作纵向（前后）运动。 ＊小车及提升机构由小车电动机驱 动沿桥架主梁上的轨道作横向（左右） 运动。 ＊提升电动机驱动重物作升降运动。
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.3.3 控制电路的分析
注意：下放重载时，凸轮控制器手柄应由零位直接扳至下放第五 档，中间不得停留。
为使下放负载时准确定位，将手柄在下放第一档与零位间来回操 作，由电磁抱闸配合便可获得下放低速。
4.3.4 保护电路分析
1.欠电压保护 2.失电压保护与零位保护 3.过电流保护与短路保护 4.行程终端限位保护 5.安全保护
25%、40%、60%。 7.工作类型 有轻级、中级、重级和特重级四种。
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.1.3 桥式起重机的电力拖动特点及控制要求
1.电力拖动系统的构成 小车电动机一台、大车电动机一至二台、提升电动机一至二台。 2.对起重电动机的要求 起重机负载图如右 提升机构四个工作阶段：
升降重物及空钩。 大、小车二个工作阶段：
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.2.2 下放负载时电动机的工作状态
下放负载时电动机的三种工作状态 1.反转电动状态
Tf＞Tw，负载很轻，不能依靠自重下降，而电动下放，称强力下放。 T=TL= Tf-Tw Tf= T+Tw
第4章 桥式起重机电气控制系统
2.发电反馈制动状态
轻载高速下放 T=TL=Tw-Tf ， T+Tf=Tw ，此时Tw为原动转矩。 要点：①电源相序反接，产生顺时针方向的旋 转磁场。
第4章 桥式起重机电气控制系统
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.4 主令控制器的控制电路
4.4.1 电路特点
1.主令控制器上升与下放各档，其触点通断情况是不对称的，使负 载获得不同的上升和下放速度。
2.绕线型异步电动机转子在每一档均串接三相对称电阻。 3.提升负载第一档为预备级，消除齿轮间隙，二至六档转速逐渐升 高，电动机工作于正向电动状态。 4.下放降J档亦为预备级，电磁制动器未松开，将电动机刹住，防 止重物溜钩，并可在空中平移。 5.下放第一、二档用于下放重载，电动机工作于倒拉反接制动状 态，获得稳定下放低速。 6.下放第三至五档用于轻载下放，且其位能转矩小于摩擦转矩，电 动机工作于反向电动状态，强力下放负载。 7.轻载下放，但其位能转矩大于摩擦转矩，电动机工作于反向发电 反馈状态，只可在下放第五档工作。
3.倒拉反接制动状态 中载、重载的低速下放 T=TL=Tw-Tf ，T+Tf=Tw ，Tw为原动转矩
要点：①电动机定子电源相序与提升时相序同，产 生逆时针方向的旋转磁场。 ②为限制制动电流，转子串大电阻。 ③Tw拉着电动机反转，与旋转磁场方向相反。 ④按相对运动原理决定某一时刻N.S极下转子导体 切割磁力线方向，N极下导体向左，S极下导体向右。 ⑤按右手定则决定转子导体感应电动势和电流的方 向。 ⑥按左手定则决定转子导体受力方向，即可知电磁 转矩T方向与转子转速n相反。
(2)下放负载，电动机工作于反向 发电反馈制动状态，只能在下放第五 档工作。
(3)轻载下放Tw ＜Tf 时，电动机工 作于反向电动状态强力下放，可在下 放第一至五档工作
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.3.2 主电路分析
各电器作用介绍 在凸轮控制器手柄不同位置，电 动机转子各相接入的电阻均不相同， 可得不同的转速。
②Tw拉着电动机反转其转速超过反向同步转 速，与旋转磁场同向。
③按相对运动原理决定某一时刻N.S极下转 子导体切割磁力线方向，N极下导体向左，S极下 导体向右。
④按右手定则决定转子导体感应电动势和电 流方向。
⑤按左手定则决定转子导体受力方向，即可 知电磁转矩T方向与转子转速n相反。
第4章 桥式起重机电气控制系统
第4章 桥式起重机电气控制系统
4.1.2 桥式起重机的主要技术参数
1.起重量 单钩：5t、10t 双钩：15/3t、20/5t、30/5t、50/10t、75/20t、100/20t、
125/30t、150/30t、200/30t、250/30t，分子为主钩起重量，分 母为
副钩起重量。 2.跨度 3.提升高度 4.运行速度 5.提升速度 提升速度≤30m/min 空钩速度：高达提升速度两倍 着陆低速≤4～6m/min 6.负载持续率 工作时间与工作周期时间之比，用Fs%表示。标准负载持续率： 15%、