基于PLC的门式起重机控制系统设计

目录

基于PLC的门式起重机控制系统设计 (2)

引言 (4)

第1章门式起重机系统概述 (5)

1.1 式起重机的工作参数 (5)

1.2 门式起重机的特点 (7)

1.3 轨道式集装箱门式起重机的分类 (8)

1.4 主要技术性能参数 (8)

5．工作类型 (9)

1.5 轨道式集装箱门式起重机的机构 (10)

1．门架结构 (10)

2．起升机构 (10)

3．回转机构 (10)

4．小车运行机构 (11)

5．大车运行机构 (11)

6．电气传动与控制系统 (11)

第2章门式起重机的三大工作机构 (12)

2.1 起升机构 (12)

2.2 小车走行机构 (14)

2.3 大车走行机构 (15)

第3章门式起重机的电气设备及选用 (17)

3.1 门式起重机的工作类型及过程 (17)

3.2 起重机常用的下降制动方法 (18)

3.2 电气控制系统 (19)

3.3 电动机 (20)

3.4 控制电器及选用 (21)

3.5 变频器的选择 (25)

3.6 可编程序控制器（PLC） (29)

3.6.1 PLC的主要特点： (29)

3.6.2 PLC的基本组成 (30)

3.6.3 PLC的软件组成 (32)

第4章电器保护装置及维护 (38)

4.1 电器设备 (38)

4.2 导电装置以及电气电路 (40)

4.3 电气设备的维护与检修 (41)

结论 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

基于PLC的门式起重机控制系统设计

摘要：门式起重机是桥式起重机的一种变形，主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。

集装箱门式起重机是目前国内外非常受推崇的一种集装箱堆场机型，我国港口越来越多地选用这种机型。本文介绍轨道式集装箱门式起重机的三大工作机构、电气设备和电气控制系统等内容，电器设备是起重机上比较复杂的部分，它在冲击、震动与摆动的工况下作业，容易发生故障，特别在高温、多灰尘、潮湿的环境下，更容易发生故障且可能引发事故。本文主要主要是利用PLC控制的变频调速技术，控制门式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速，将转子绕组引出线短接，去掉电刷和集电环，节省更换电动机的费用。而且调速性能好，时间都可以根据现场情况由变频器设置，调整方便。负载变化时，各档速度基本不变。采用先进的电器设备和电器控制方法提高起重机的工作效率。

关键词：门式起重机电动机变频器接触器继电器 PLC

PLC-based control system design of gantry crane

Abstract：The portal type hoist crane is the bridge-type hoist crane's one kind of distortion, mainly uses in the outdoor freight yard, the materials yard goods, the bulk cargo handling operation. Its metal structure portal type frame, under the load bearing king post installs two stubs likely, may walk directly on the ground track, the king post both sides may have overhang the cantilever beam. The portal type hoist crane has the location use factor to be high, the work scope is big, the adaptation surface is broad, versatility strong and so on characteristics, obtains the widespread use in the harbor freight yard.

The container portal type hoist crane is one kind of container dump site type which present domestic and foreign receives esteems, our country harbor more and more selects this type. This article introduced that rail-mounted container portal type contents and so on hoist crane's three big operating mechanism, electrical equipment and electric control system, the electric appliance equipment is on the hoist crane the quite complex part, it in the impact, the vibration and under the swinging operating mode the work, easy to break down, under the high temperature, the multi-dusts, the moist environment, easier to break down specially, and possible to cause the accident. This article mainly is mainly uses the PLC control the frequency conversion velocity modulation technology, control portal type hoist crane

dragging system's various grade of speeds, the rise time and the brake decelerates, the rotor winding lead-out wire pipe nipple, removes the electronics brush and the ring header, saves replaces electric motor's expense. Moreover the velocity modulation performance is good, the time may establish according to the scene situation by the frequency changer, the adjustment is convenient. When variation of load, various grade of speeds basic invariable. Uses the advanced electric appliance equipment and the electric appliance control method raises hoist crane's working efficiency.

Keywords: gantry; crane; motor; inverter ccontactor; relay; PLC

引言

随着社会生产力的发展，在运输业发生了一场技术革命——集装箱运输。六十年代中期集装箱运输受到世界各国的普遍重视，从而得到了迅速发展，以形成一个完整的体系。国际标准化组织为集装箱规定了统一的规格、重量。为发展集装箱运输，又出现了许多种类的装卸机械，集装箱龙门起重机就是其中的一种。

集装箱龙门起重机由普通龙门起重机发展而来，是专门用来装卸集装箱的一种起重机，被广泛的用于码头、车站、货场等。集装箱龙门起重机最早出现于1958年。1965年以后轨道式集装箱龙门起重机有了很大的发展，随后在1971~1972年轮胎式集装箱龙门起重机又有显著的增多。

目前，国内外集装箱龙门起重机正朝着装卸自动化的方向发展，为了提高装卸效率，采用计算机控制起重机的各种动作，它可以安全、准确的将集装箱搬运到指定的位置，起重机械是物流机械化系统中的重要设备。社会化大生产愈发展，居民生活水平愈提高，物料搬运和人员的输送量就愈大，起重机械的应用范围也就愈广泛。根据人类生产和生活的需要，许多具有持殊用途的新型设备不断出现。

本课题通过PLC完成系统逻辑控制部分控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，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。利用PLC控制的变频调速技术，门式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速，调速性能好。

第1章门式起重机系统概述

起重机械是一种对重物能同时完成垂直升降和水平移动的机械。在工业和民用建筑工程中，起重机械作为主要施工机械用于建筑构件和材料在运输过程的装卸，并将构件吊到设计位置进行安装等，不仅解决了人力无法胜任的作业，而且能保证工程质量，缩短工期，降低成本，成为极其重要的建筑施工机械。

起重机械的分类：起重机械的种类很多，按使用的动力设备可分为内燃机作动力和电动机作动力两种；按起重机载荷率可分为轻型、中型、重型、特重型四类；按起重结构可分为龙门式和臂架式两类；按回转台的角度可分为全回转式和非全回转式；按行走机构的构造可分为固定式和移动式两类。建筑施工中常用的为移动式起重机，包括：塔式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机，以及最基本的起重机械—卷扬机等。随着高层建筑中作为垂直运输机械而迅速发展的施工升降机也已纳入起重机械范围。

起重机械的主要性能参数包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。

1.1 式起重机的工作参数

1．起重量

起重量是指起重机能吊起重物的质量，其中应包括吊索和铁扁担或容器的质量，它是衡量起重机工作能力的一个重要参数。通常称为额定起重量，用“Q”表

示。起重量的单位过去惯用“t”表示，现都用“KN”表示（10KN约等于1t）。起重机随着工作幅度的变化，其起重量也随之变化。因此，额定起重量有最大起重量和最大幅度起重量之分。最大起重量是指基本起重臂处于最小幅度时所允许起吊的最大起重量；最大幅度起重量是指基本起重臂处于最大幅度时所允许起吊的最大起重量。一般起重机的额定起重量是指基本起重臂处于最小幅度时允许起吊的最大起重量，也就是起重机铭牌上标定的起重量。

2．工作幅度

工作幅度是指在额定起重量下，起重机回转中心轴线到吊钩中心线的水平距离，通常称为回转半径或工作半径，用“R”表示，单位为“m”。工作幅度表示起重机不移位时的工作范围，它包括最大幅度(Rmax)和最小幅度(Rmin)两个参数。对于俯仰变幅的起重臂，当处于接近水平的水平夹角为13°时，从起重机回转中心轴线到吊钩中心线的水平距离最大，为最大幅度；当起重臂仰到最大角度（一般水平夹角为78°）时，回转中心轴线到吊钩中心线距离最小，为最小幅度。对于小车变幅的起重臂，当小车行到臂架头部端点位置时，为最大幅度；当小车处于臂架根部端点位置时，为最小幅度。起重机的起重量，随幅度变化而变化，同一台起重机，幅度不同，其起重量也不同。对于有支腿装置的轮式起重机，还应以有效幅度A表示，即用支腿侧向工作时，在额定起重量下，吊钩中心垂线到该侧支腿中心线的水平距离。有效幅度反映起重机的实际工作能力；没有使用支腿侧向工作时，则工作幅度用A1（单胎）或A2（双胎）表示。

3．起重力矩

起重力矩是指起重机的起重量与相应幅度的乘积，以M表示，M=RQ。起重力矩

?表示，它是起重机的综合起重能力参数，的单位过去惯用tm表示，现都用KN m

能全面和确切地反映起重机的起重能力。塔式起重机需要经常在大幅度情况下工作，故以起重力矩作为表示型号的主参数。塔式起重机的起重力矩，通常是指最大幅度时的起重力矩。起重机的起重特性曲线是表示起重机的起重量与幅度关系的曲线，不同幅度有不同的额定起重量，将不同幅度和相应的额定起重量以线连接起来，可以绘制成起重特性曲线。所有起重机的操纵台旁都有这种曲线图，使操作人员能很快地查出起重机在某一幅度时的最大起重量。

对于能配用几种不同臂长的起重机，对应每一种长度的起重臂都有其起重特性曲线。

4．起升高度

起升高度是指自地面到吊钩钩口中心的距离，用“H ”表示，单位“m ”，它的参数标定值通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限，自吊钩中心到地面的距离。当吊钩需要放到地面以下吊取重物时，则地面以下深度叫下放深度，总起升高度为起升高度和下放深度的和。对于动臂式起重机，当起重臂长度一定时，起升高度随着幅度的减少而增加，这一特性可以用起升高度曲线表示，它和起重特性曲线相对应。

5．工作速度

起重机的工作速度包括起升、变幅、回转和行走等速度。

（1）起升速度

起升速度是指起重吊钩上升或下降的速度，单位为“m/min ”。起重机的起升速度和起升机构的卷扬牵引速度有关，而且和吊钩滑轮组的倍率有关。2绳比4绳快一倍；单绳双比双绳快一倍。一般表示起升速度参数，应注明绳数。

（2）变幅速度

变幅速度是指吊钩从最大幅度到最小幅度的平均线速度，单位为“m/min ”。 俯仰变幅起重臂的变幅速度也就是起重臂升起和降落的速度，一般落臂速度要快于升臂速度。

（3）回转速度

回转速度是指起重机在空载情况下，其回转台每分钟的转数，单位为“r/min ”。

（4）行走速度

行走速度是指起重机在空载情况下，行走时最大的速度，单位为“m/min ”。

（5）自重及质量指标

① 自重 起重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身的总重，以“G ”表示，单位为“t ”或“KN ”。

②质量指标 质量指标是指起重机在单位自重下有多大的起重能力，通常用质量利用系数K 表示，它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平，K 值越大越先

进。起重机质量利用系数（

2/KN m KN ? ）的表示形式是以起重力矩和与此相对应的起升高度来表示，如下式：QRH K G = （1－1）