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塔式起重機 機構 設計 PLC 電氣 控制系統(tǒng) CAD 圖紙 說明書

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塔式起重機的機構設計及PLC電氣控制系統(tǒng)的設計（含CAD圖紙和說明書）,塔式起重機,機構,設計,PLC,電氣,控制系統(tǒng),CAD,圖紙,說明書

內容簡介：

摘 要隨著改革開放的不斷發(fā)展，現代化建設進入了一個全新階段，塔式起重機需求量不斷增多。50年代初，我國塔機由仿制開始起步。20世紀60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構中采用了比較先進的技術，如直流電機調速、可控硅調速、渦流制動器，在回轉和運行機構中安裝液力偶合器等。在此時期，中國開始進入了自行設計與制造塔式起重機的階段。本文是以滿足塔式起重機的各個動作而設計的電氣控制系統(tǒng)。從塔式起重機的變幅動作、回轉動作、起降動作和各個動作中的變速入手，根據繼電接觸控制器原理和三相異步電機的變速原理設計的電氣控制電路。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，但是對塔式起重機的鋼鐵結構沖擊較大適合用于小型塔式起重機。此次畢業(yè)設計題目為塔式起重機電氣控制系統(tǒng)設計，主要包括起升機構的控制，三速變化的設計，回轉機構的繞線電機變速設計，小車變幅雙速電機的控制設計，電器元件的選型，控制柜安裝布置圖，電氣接線圖的設計等。關鍵詞：塔式起重機 變幅 起升 回轉AbstractAs 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1Abstract2目錄3第一章 緒論51.1 塔式起重機設計概述51.2塔機的發(fā)展51.3傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現狀51.4起升機構的工作原理6第二章 塔機總體方案設計72.1 設計要求72.2 設計任務72.3 塔機基本結構圖7第三章 塔式起重機機構設計及其選擇93.1起重機冶金用電動機93.2電動機的選擇方法93.3起升機構103.3.1起升機構電動機的選擇103.3.2起升機構制動器的選擇163.3.3起升機構減速器的選擇163.4變幅機構163.4.1變幅機構電動機的選擇163.4.2變幅機構制動器的選擇183.4.3變幅機構減速器的選擇183.5旋轉機構183.5.1旋轉機構電動機的選擇183.5.2旋轉機構減速器的選擇20第四章 PLC的選擇與課題介紹214.1 PLC的控制原理214.2 用PLC控制塔機的優(yōu)越性214.3 塔機的電氣控制設計內容224.4 PLC的選型224.5塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理25第五章 塔式起重機電氣控制的硬件設計265.1塔機電動機控制電路設計265.2 PLC的輸入輸出接線設計275.3流程圖28第六章 塔式起重機控制的軟件設計296.1進退機構工作設計296.2左、右行機構工作設計316.3起升機構工作設計336.5 回轉機構356.5聲光指示控制設計376.6 限位保護閉鎖及復位操作設計37總 結38參考文獻39致 謝40第一章 緒論1.1 塔式起重機設計概述 近年來，隨著我國經濟建設的高速增長，基本建設規(guī)模不斷擴大，特別是高層建筑施工的不斷增多，塔式起重機的應用愈來愈廣泛，并已成為建筑施工中的一種主要水平運輸和垂直運輸機械。此次畢業(yè)設計的題目為塔式起重機電氣控制系統(tǒng)設計，主要內容包括塔機的回轉機構設計，塔機的小車牽引系統(tǒng)設計，塔機的起升機構設計。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塔機的發(fā)展塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，起源于西歐。20世紀末20余年國外塔機技術發(fā)展的主要特點是：（1）組合塔機（Combination crane）或稱模塊塔機（Modular tower crane）得到迅速發(fā)展。（2）一些超重型塔機相繼問世（3）適應都市改建需要的城市塔機（City Crane）應運而生并得到發(fā)展。（4）安裝架設速度快，450900kN*m級塔機借助液壓伸縮臂汽車起重機作為安裝輔機，在46小時內可以安裝完畢。（5）采用較完善的調速，操控系統(tǒng)和電子儀表。進入20世紀90年代以后，我國塔機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加進入了一個新的全盛時期，年產量連年猛增，全國塔機總擁有量截至2000年約為6萬臺，塔機出口業(yè)務始于1988年曾一度極為興旺，據統(tǒng)計19931997年出口共創(chuàng)匯近8400萬美圓。至此，無論從生產規(guī)模，應用范圍和塔機總量等角度來衡量，我國均堪稱世界首號塔機大國。塔機的學名為塔式回轉起重機，屬于一種非連續(xù)性搬運機械 1.3傳統(tǒng)的塔式起重機的控制現狀 塔式起重機是我們建筑機械的關鍵設備在建筑施工中起著重要作用，我們只用了五十時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔機發(fā)展的路程，如今已達到發(fā)達國家水平并躋身于當代國際市場隨著高層建筑發(fā)展，對施工機械提出了新的要求.于是，160TM附著式、45TM內爬式、120TM自升式等都由我國自己設計并制造;八十年代，國家建設突飛猛進，建筑用最大的250TM塔機也應運而生.進人九十年代，現代化進程不斷加快，國內外市場對塔機要求越來越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場的要求加快了新產品發(fā)的力度，先后有400TM900TM水平臂和300TM動臂式塔機，叩年代開發(fā)生產的塔機產品技術性能均顯著提高，起升機構采用三速電機驅動、渦流制動、電動換擋減速箱，變幅回轉采用雙速電機液力聯軸節(jié)驅動，或采用變頻調速，有多種速度，工作平穩(wěn)生產效率高.安全裝置齊全，動作靈敏可靠，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 電子技術的發(fā)展，早在六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調壓調速技術的開發(fā)研究目前，該技術己進入了成熟穩(wěn)定的發(fā)展應用階段.可編程序控制器P硯引人到交流電氣傳動系統(tǒng)后，使傳動系統(tǒng)性能發(fā)生了質的變化.在塔式起重機實現了抓斗的自動控制和故障診斷、檢側顯示等，達到了新的技術高度。由變 頻 器 構成的交流調速系統(tǒng)可取代直流調速系統(tǒng)，是隨著計算機技術特別是大規(guī)模集成電路制造技術的不斷發(fā)展的必然結果，符合起重機的發(fā)展趨勢.適合發(fā)展大起重重量的起重機。1.4起升機構的工作原理起升采用全程磁通矢量電流控制、速度變頻調速線路，使起升機構在上升、下降時可獲得穩(wěn)定的速度，其調速比一般大于10。動力電源通過開關和繼電設備進入變頻器，在變頻器內由整流單元整流，將交流電變成直流電。經過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，電動機可獲得不同頻率的交流電源。當電動機的轉速超過同步轉速(變頻器的頻率值)時，電動機進入回饋狀態(tài)，其電能返回變頻器，變頻器制動單元自動將這些能量釋放在制動電阻器上，使電動機獲得制動轉矩。裝置具有過壓、過流、超速、缺相等保護功能。抓斗采用電動液壓系統(tǒng)，液壓泵由l臺電動機驅動。當主控開關上電后，在PLC指令控制下，開動作接觸器閉合，電動機正向轉動抓斗打開；閉動作接觸器閉合，電動機反向轉動抓斗閉合。抓斗開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10一l，2個方向對稱。第二章 塔機總體方案設計2.1 設計要求最大載重 10t最高速度 30m/min最小/最大工作幅度 4m/70m2.2 設計任務（1） 完成塔吊電氣控制系統(tǒng)總體方案設計；（2） 重要零部件的設計、校核計算；（3） 繪制總裝圖、零部件圖紙，折合A0圖紙不少于2.5張；2.3 塔機基本結構圖圖2.1 塔機基本機構11-固定基礎；2-固定支腿；3-附著裝置；圖2.2塔機基本結構2 4-頂升機構； 5-下支座； 6-上支座； 7-回轉機構； 8-回轉塔身； 9-司機室； 10-變幅機構；11-載重小車；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-起升機構；20-電控柜；21-塔身第三章 塔式起重機機構設計及其選擇3.1起重機冶金用電動機起重機的工作特點是：反復短時運行；頻繁的起動和逆轉；頻繁的電氣和機械制動；經常地過負荷；顯著的機械震動和沖擊；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。尤其是冶金用電動機的工作條件更為惡劣。為了滿足起重機的工作要求，起重及冶金用電動機與一般工業(yè)用電動機相比，有它自己的特點：1.這種電動機一般按反復短時工作制制造。不同的接電持續(xù)率下電動機的功率不同。基準的接電持續(xù)率由JC25%和JC40%兩種。此外還派生有帶強迫通風電動機，其基準接電持續(xù)率為JC100%，用于接電持續(xù)率較高的場合；2.這種電動機的最初起動轉矩倍數和最大轉矩倍數大，以適應頻繁的重負載下起動、制動和逆轉，滿足減少起動時間和經常過載的要求；3.這種電動機的轉子轉動慣量較小，轉子長度與直徑的比（L/D）較大，以得到較小的加速時間和較小的起動損耗；4.這種電動機允許的最大安全轉速超過額定轉速的倍數較高；5.其防護型式為封閉型，并且在機械機構上適當加強。考慮了使用于多灰塵場合，電動機的密封性較好；6.為了適應高溫工作環(huán)境，還制造工作環(huán)境溫度+60度的電動機。3.2電動機的選擇方法電動機的選擇應滿足生產機械的要求（如速度、加速度、起動、過載能力和調速等），也應能滿足電網的要求和使用環(huán)境條件的要求，并按技術經濟合理的原則進行選擇。選定的電動機應對其起動能力、過載能力、溫升等方面進行校驗。1.電動機類型選擇起重機上使用的電動機有交流和直流兩大類型，根據之前選擇的電氣傳動方案，在這選用交流電動機。交流異步電動機又分為鼠籠型和繞線型兩種。繞線型電動機是起重機使用最廣泛的一種電動機，也是本次設計所選用的電動機類型。2.電動機電壓的選擇交流起重及冶金用電動機的功率在250千瓦以下，一般都選用380伏電動機。3.電動機轉速的選擇在減速器速比允許的情況下，應盡量選用轉速較高的電動機，這樣，同功率的電動機重量可以輕一些，尤其是對無底腳的端蓋有凸緣的安裝方式，更要求電動機重量輕。但是高速電動機的起動損耗比較大，當每小時起動次數較多時，應考慮選用高速電動機是否合理。4.電動機安裝型式的選擇起重機用電動機最常用的安裝型式是機座帶底腳臥式安裝，帶一端軸伸或兩端軸伸。但為了合理布置機構、縮小安裝尺寸，有時也要求機座無底腳的端蓋有凸緣的臥式或立式的安裝型式。3.3起升機構3.3.1起升機構電動機的選擇1電動機靜功率計算 （3.1）=10（噸），v=30米/分起升機構采用封閉式齒輪傳動式，取，則單位（每噸）靜功率約為 （3.2）所以，經過計算得：，對于抓斗起重機，滿載抓斗由起升繩與開閉繩共同提升，由于司機操作有差異，起升繩與開閉繩受力可能不很均勻，但因不均勻受力時間很短暫，其不均勻性也不大，故起升與開閉機構之電動機功率仍按總功率的50%初選。對于裝卸散粒用的大型高生產率裝卸橋或門座起重機，在實際使用中往往抓斗一卸空便提升（抓斗仍處于張開狀態(tài)），此時開閉繩松弛，空抓斗有可能僅有起升繩所提升，而且一般采用直流電動機驅動，空抓斗的上升速度很高（幾乎較滿載抓斗高一倍），因此，要核算空抓斗高速提升的功率，并與滿載常速提升的功率相比較，取其大值。當抓斗在水中進行作業(yè)或抓取粘性、浸濕的物料時，因抽空而產生的吸附現象將使機構阻力增大。根據經驗，此時應計及2530%的吸附加載作用。為了滿足電動機起動時間與不過熱要求，對起升機構，可按下式初選相應于機構JC%值的電動機功率： （3.3）表3-1起升機構按靜功率初選電動機的系數值查表3-1得：=0.70.8，所以，大多數起重機的工作循環(huán)周期小于10分鐘，而起升機構每次運行時間往往在12分鐘內。在這種工況下使用的起升機構電動機，在求出靜功率侯，可按重復短時工作制（JC=40%）選擇電動機型號。表3-2 所選電動機型號與參數基準工作制S3負載持續(xù)率6次/hJC=40%型號定功率/kW定子電流/A轉子電流/A空載電流/A轉速/(r/min)效率（%）率因數3063.468.82.831.4720870.82、起動時間和起動平均加速度驗算起升機構電動機的起動力矩主要用來克服載荷靜力矩以及由高速軸上轉動件的質量引起的慣性力矩： （3.4）由（3-4）式得到起動時間： （3.5）式中 起升載荷重量（千克）； 物品上升速度（米/秒）； 電動機轉速（轉/分）； 電動機轉子飛輪矩（）； 電動機軸上帶制動輪聯軸器的飛輪矩（）；計及其他傳動件飛輪矩影響的系數，換算到電動機軸上時可取=1.11.2；電動機平均起動力矩（），其值見表3-3。表3-3 電動機的平均起動力矩電動機型式三相交流繞線式（1.51.8）三相交流鼠籠式(0.70.8) 并激直流電動機(1.71.8) 串激直流電動機(1.82.0) 復激直流電動機(1.81.9) 復激直流電動機(1.81.9) 注1. 電動機額定力矩，=975（），N電動機額定功率（千瓦），n電動機額定轉速（轉/分）。 2. 電動機實際最大力矩，=（0.70.8）,式中為電動機最大力矩倍數。 由表3.3得， =1.6=1.6x975=40.625（）經計算得：=1.3（秒）對于中、小起重量的起重機，起動時間應該短一些；對于大起重量的起重機，起動時間可以稍長；速度高時，也可長一些，但起動時間也不能太長，可按表3.4提供的數值來核算。表3-4 起升機構起動時間起重機起升機構工作特性（秒）安裝用起重機（1030米/分）11.5大起重量橋式與龍門起重機（3060米/分）11.5港口用門座起重機（3080米/分）22.5本次設計的起重機，是屬于中、小起重機，根據表3.4，應在（11.5秒）范圍內，可以看到=1.3（秒）在這個范圍內。但是起動時間也不能太短，以免造成過大沖擊，通常由起動平均加速度來核算： （3.6）經計算得：=0.38起重機供安裝用或吊運液態(tài)物料時，要求運行平穩(wěn)，其加速度要小些；起重機用在高生產率場合并對平穩(wěn)性無嚴格要求時，其加速度可以大些。平均加速度值見表3-5。如將起升機構的平均加速度控制在表列數值內，則起動時間一般是可以滿足要求的。表3-5 起升機構平均加速度起重機用途作精密安裝用0.1吊運液態(tài)物料0.1一般加工車間、倉庫及堆場用吊鉤、電磁及抓斗起重機0.2港口用吊鉤門座起重機0.40.6港口用抓斗門座起重機0.50.7冶金工廠中生產率高的起重機0.60,8港口用吊鉤龍門起重機0.60.8港口用裝卸橋0.81.2根據上表3-5的，=0.38在一般抓斗起重機要求的范圍之內的，所以起動加速度是合適的。綜上所述，起動時間和起動平均加速度驗算合格。3、電動機發(fā)熱驗算電動機工作中因溫升而發(fā)熱，過高的溫升會使繞組的絕緣材料老化，故需要對按靜功率初選的電動機作發(fā)熱驗算，以控制電動機的溫升在容許范圍內。電動機發(fā)熱驗算的常用方法是：找出一個不變的等效負載，它與實際變化的負載在使電動機發(fā)熱上等效。如所選電動機的熱容量大于由這個等效負載產生的熱容量，電動機就不會過熱。平均損耗法式驗算電動機容量較精確的方法，但不便于實用。在這，我采用：綜合系數法載荷變化系數與起動特性系數法1）熱平衡方程式 （3.7）式中 電動機容許功率，=； 電動機起動功率； 電動機制動功率，采用機械制動時=0；滿載時的靜功率，28.8（千瓦）。2）換算成JC=40%額定值時的功率由（3.7）式，經轉化后得： （3.8）式中 載荷變化系數= 起動特性系數=系數，與電動機配合何種電阻器有關。目前起重機用電阻器由JC=25%和JC=40%兩種，根據配用的電阻器型號，K值分別近似的取為和電動機平均起動力矩倍數，=1.51.8(計算時可取=1.7)；起動時間；機構開動一次的工作時間，平均值按算，=（0.20.4）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。比值由計算得出，也可按表3-6中的經驗值取用表3-6 機構的經驗值機構名稱起重機用途及特點起升通用起重機電磁、抓斗起重機裝卸橋安裝用起重機0.050.10.10.150.10.150.20.25運行運行距離長的起重機吊鉤、電磁及抓斗起重機安裝用起重機裝卸橋大車裝卸橋小車0.10.10.20.20.30.20.30.30.4變幅安裝用起重機裝卸用起重機0.10.20.20.3旋轉安裝用起重機裝卸用起重機0.10.20.20.3在這里，根據實際情況所設計的是抓斗起重機，所以=0.10.15。對于抓斗起重機，取，其 值見表3-7。表3-7 值起重機名稱配用JC=25%電阻器時配用JC=40%電阻器時機構的JC值1525404060抓斗起重機-0.750.92（3-8）式中的 =值見圖3.1圖 3.1 值所以按（3.8）式計算得到=0.8*28.8=23.04(千瓦)30（千瓦），符合電動機不過熱條件，所以，電動機不會過熱。表3-8 所選用的電動機參數基準工作制S3負載持續(xù)率6次/hJC=40%型號定功率/kW定子電流/A轉子電流/A空載電流/A轉速/(r/min)效率（%）功率因數3063.468.82.831.4720870.803.3.2起升機構制動器的選擇1、制動力矩及制動安全系數起升機構制動器之制動力矩需滿足下面條件： （3.9）式中 為制動安全系數，在這里=1.5為滿載時制動軸上的靜力矩。經計算=630N.m2、制動器型號所選制動器的型號為YWZ300/45。3.3.3起升機構減速器的選擇根據起升機構的計算載荷及傳動比，從標準減速器系列中選取。因為傳動比為20.49。所以所選的減速器型號為ZQ65-15.75-42。3.4變幅機構3.4.1變幅機構電動機的選擇1、電動機功率計算按第一類載荷確定驅動功率。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間，可由齒條行程Y及移動速度V算出：（秒） 于是變幅功率為（千瓦） （3.11）式中 齒條移動速度（米/秒）； 變幅驅動機構效率。經計算得：=9.8（千瓦），接電持續(xù)率為JC=40%。查手冊選用變幅電動機型號為。2、電動機過載能力驗算由計算可選出電動機在JC=40%時的額定功率N=11kw及轉速n=700r/min，則額定力矩=975N/n()=15.32()。電動機平均起動力矩（采用電阻分級起動）：=22.9827.58()電動機過載力矩（實際最大力矩）：=26.8130.64 ()3、起動時間驗算： （3.12）經計算得：=3.4（秒）。據手冊，港口裝卸用門座起重機1秒4秒，我所選的電動機起動時間在這個范圍之內，所以滿足要求。選用的電動機的具體參數如下表3.9。表3-9 所選用的變幅電動機參數基準工作制S3負載持續(xù)率6次/hJC=40%型號定功率/kW定子電流/A子電流/A空載電流/A轉速/(r/min)效率（%）功率因數1126.8442.7214.8700810.773.4.2變幅機構制動器的選擇這里是平衡變幅機構，由于超載對于制動軸上靜力矩影響較小，故可用較小的安全系數：1工作狀態(tài)時 （3.13）2非工作狀態(tài)時 (3.14)式中 為制動器的制動力矩； （千克米）（千克米）根據計算選擇型號為YWZ300/45。3.4.3變幅機構減速器的選擇變幅機構的減速器一般都是采用標準系列型號。因為速比為40，所以在這里采用渦輪減速器，型號是CWU200-40-II。3.5旋轉機構3.5.1旋轉機構電動機的選擇1、電動機功率所需要的電動機功率為（千瓦） （3.15）（） （3.16）式中 包括物品重量在內的起重機旋轉部分的重量（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摩擦系數（米）；滾子止推軸承中的摩擦系數；滾子止推軸承的平均半徑（米）；圓錐形滾子對其軸線的斜角（度）。經計算得：N=6.3（千瓦）。初選電動機的型號為YZR160L-8。2、起動時間驗算電動機的起動時間按等加速起動計算： （3.17）經計算得：7.8（秒）。符合手冊中的時間要求范圍，所以可取。查手冊的所選用的旋轉電動機的具體參數如下表3-10。表3-10 所選用的旋轉電動機參數基準工作制S3負載持續(xù)率6次/hJC=40%型號定功率/kW定子電流/A轉子電流/A空載電流/A轉速/(r/min)效率（%）功率因數7.520.3232.7312.770578.50.723.5.2旋轉機構減速器的選擇旋轉機構的減速器采用標準系列的減速器，根據旋轉機構驅動裝置的傳動型式。表3-11 旋轉機構減速系統(tǒng)減速系統(tǒng)一級減速類型三角帶傳動速比i1=290/216二級減速類型蝸輪減速器 WHC210-40-速比i2=40三級減速類型開式齒輪傳動速比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)控制計算機，其核心就是一臺計算機。但由于有接口器件及監(jiān)控軟件的包圍，因此，其外形不像計算機，操作使用方法、編程語言甚至工作原理都與計算機有所不同。另一方面，作為繼電控制盤的替代物，由于其核心為計算機芯片，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延遲時間（約10ms）。b)程序處理對應用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其他軟元件的映像寄存器中將有關軟元件的通、斷狀態(tài)讀出，從0步開始順序運算，每次結果都寫入有關的映像寄存器，因此，各軟元件（X除外）的映像寄存器的內容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。輸出繼電器的內部觸點的動作由輸出映像寄存器的內容決定。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際輸出。可編程控制器內的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響應時間，即要有一個延遲才動作。4.2 用PLC控制塔機的優(yōu)越性可編程控制器原理及應用為電氣控制、機電一體化專業(yè)的重要專業(yè)基礎課之一。它所涵蓋的知識面相當廣泛，對學生的要求比較高。不僅要具備良好的編程知識，而且還應具備其它相關專業(yè)領域內的知識，并具有主動探索知識的能力。可編程控制器是繼單片機、STD總線后微機控制技術應用的又一里程碑。由于極高的可靠性及應用極為方便，國內外正在迅速普及應用，并提高發(fā)展。它早已突破純粹開關量控制的局限而進入到過程控制、位置控制、通信網絡圖形工作站等領域，成為機電控制及過程控制不可缺少的核心控制部分。微機技術已經并繼續(xù)在改變世界。以微機技術為基礎的可編程控制器也正在改變著工廠自動控制的面貌。近20年來隨著科學技術的迅猛發(fā)展，可編程控制器以其可靠性極高，能經受惡劣環(huán)境的考驗使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領工業(yè)自控領域，成為工業(yè)自動控制的首選產品，與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產自動化的三大支柱。起重機是一種循環(huán)、間歇運動的機械，主要用于物料的裝卸，在工業(yè)生產、建筑及物流系統(tǒng)中是不可缺少的設備，有著廣泛的用途。塔式起重機是起重機的一種，適用于冶金、水泥、化工、及其他企業(yè)的倉庫和車間，在室內或露天的固定空間，從事礦石、石灰石、礦粉、焦渣、焦碳、煤、礦等散粒物料的搬運工作。由于該類型設備笨重，運輸安裝困難，對其他產品質量的檢測一般要在現場進行。由于對塔式起重機的檢測需要在現場進行，就要求檢測控制設備要接線方便、便于攜帶、工作可靠、控制靈活、PLC可以滿足這些要求。4.3 塔機的電氣控制設計內容我主要設計起重機的PLC控制系統(tǒng)，主要完成電氣控制部分，起重機控制應具有靈活的控制方式，合理的運行方式。塔機工作機構分為5種：起升機構；變幅機構；小車牽引機構；回轉機構和大車走行機構。動臂式塔機設臂架變幅機構，兼有架設和變幅兩種功能。起升機構，變幅機構及小車牽引機構在構造上極為相似，均由電動機、聯軸器、制動器、減速器和卷筒等部件組成。4.4 PLC的選型CPM1A系列PLC是歐姆龍公司生產的小型整體式可編程序控制器。其結構緊湊，功能性強。CPM1A系列PLC屬于高性能小型機，它包括多種類型的主機，I/O擴展單元、實現模擬量輸入/輸出的特殊功能單元以及實現對外通信的通信單元等。CPM1A系列PLC主機類型見表。表 4-1 PLC主機類型主機類型型號輸出方式使用電源I/O擴展外部中斷10點I/O型輸入：6點輸出：4點CPM1A-10CDR-A繼電器AC100200V最多2點CPM1A-10CDR-D繼電器DC24VCPM1A-10CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-10CDT1-D晶體管（PNP）20點I/O型輸入：12點輸出：8點CPM1A-20CDR-A繼電器AC100200V最多4點CPM1A-20CDR-D繼電器DC24VCPM1A-20CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-20CDT1-D晶體管（NPN）表4.1續(xù)主機類型型號輸出方式使用電源I/O擴展外部中斷30點I/O型輸入：18點輸出：12點CPM1A-30CDR-A繼電器AC100200V最大可以連接3臺20點的輸入/輸出擴展I/O單元最多4點CPM1A-30CDR-D繼電器DC24VCPM1A-30CDR-D晶體管（NPN）CPM1A-30CDR-D晶體管（PNP）40點I/O型輸入：24點輸出：16點CPM1A-40CDR-A繼電器AC10020VCPM1A-40CDR-D繼電器DC24VCPM1A-40CDT-D晶體管（NPN）CPM1A-40CDT1-D晶體管（PNP）CPM1A系列PLC為防止因輸入信號抖動以及外部干涉而造成的誤動作，對輸入信號配備了可選擇輸入時間常數（1ms/2ms/4ms/8ms/16ms/32ms/64ms/128ms）的輸入濾波器，實現了平穩(wěn)的輸入/輸出。在CPM1A系列PLC主機的的面板上。除了正常的運行顯示外，還包括兩個可預置數據的模擬量設定電位器及連接外部設備和編輯器的外設端口，用戶可以通過RS-232C或RS-422通信適配器連接其他PLC或上位計算機構成網絡。CPM1A系列PLC具有豐富的指令系統(tǒng)，其常用指令有17條，其他應用指令有76條。除了基本邏輯指令、定時器/計數器指令、移位寄存器指令外，還有算術運算指令、邏輯運算指令、數據傳送指令、數據比較指令、數據轉換指令、高速計數器控制指令、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數指令功能助記符字數指令功能ADB4二進制加END1結束ADD4單字BCD加FAL2繼續(xù)運行故障分析ADDL4雙字BCD加FALS2停止運行故障分析AND1與IL1互鎖AND LD1邏輯塊與ILC1解除互鎖AND NOT1與非INC2BCD遞增ANDW4字邏輯非INI4模式控制ASC4ASCII碼轉移INT4中斷控制ASFT4異步移位寄存器IORE3I/O刷新ASL2算術左移JME2跳轉結束ASR2算術右移JMP2跳轉BCD3BINBCD轉換KEEP2鎖存繼電器BCMP4塊比較LD1載入BCNT4位記數LD NOT1載入非BIN3BCDBIN變換MCRO4宏指令BSET4塊設置MLB4二進制乘CLC1清進位位MLPX4數字譯碼CMP3單字比較MOV3傳送CMPL4雙字比較MOVB4位傳送CNT2記數器MOVD4數字傳送CNTR3可逆記數器MSG2信息顯示COLL4數據調用MUL4單字BCD乘COM2字邏輯非MULL4雙字BCD乘續(xù)表4.2助記符字數指令功能助記符字數指令功能CTBL4注冊比較表MVN3傳送非DEC2BCD遞減NOP1空操作DIFD2下微分OR1或DIFU2上微分OR LD1邏輯塊或DIST4變址傳送OR NOT1或非DIV4單字BCD除ORW4字邏輯或DIVL4雙字BCD除OUT2輸出DMPX4數字編碼OUT NOT2輸出非DVB4二進制除PRV4當前值讀出PULS設置脈沖SRD3數字右移RET1子程序返回STC1置進位位ROL2循環(huán)左移STEP2步結束ROR2循環(huán)右移STIM4間隔定時器中斷RESET2復位SUB4單字BCD減SBB4二進制減SUBL4雙字BCD減SBN2子程序定義TCMP4表比較SBS2子程序調用TIM2定時器SDEC4七段譯碼TIMH3高速定時器SET2置位TR暫存繼電器SFT3移位寄存器WSFT3字位移SFTR4雙向移位寄存器XCHG3數據交換SLD3數字左移XFER4塊傳送SNXT2步定義/步開始XNRW4字邏輯同或SPED速度輸出XORW4字邏輯異或4.5塔式起重機PLC控制系統(tǒng)原理 本系統(tǒng)將塔式起重機控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制，四大機構調速均采用變預調速.塔式起重機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總框圖如圖1所示。塔式 起 重機的起升、變幅、回轉、運行電動機都需要獨立運行，整個系統(tǒng)由6臺電動機和4臺變頗器傳動，使用一臺PLC加以控制。圖 4.1 系 統(tǒng) 總 框 圖運行機構的起動時間應盡量符合實際需要，起動迅速而平穩(wěn);機構的電氣制動方式必須著重考慮.對不同的工況，可選擇自由制動方式與強制制動方式，在運行機構正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產中的運行情況設定，以盡量滿足司機操作塔式起重機的需要為主.為保證起升機構起動時具有足夠大的起動轉矩，可以通過設定機械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關系，以滴足機構負載特性的要求。變頻器內部參數的設定能保證機構具有良好的調速精度及起制動性能。由于起升機構電機使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置.通過側量脈沖編碼器的脈沖數，利用二者之差控制電機的速度。所以選擇脈沖編碼器及其安裝時，應當考慮周全。第五章 塔式起重機電氣控制的硬件設計 起重機的電氣控制硬件設計主要包括電動機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塔機電動機控制電路設計圖5.1塔吊主線路圖5.2 接觸器開關接線圖5.2 PLC的輸入輸出接線設計根據塔式起重機檢測過程的控制要求，PLC控制系統(tǒng)的輸入包括：自動運行開關的輸入信號，手動前進、后退開關信號。手動左行、右行開關信號，手動上升、下降開關信號：共計9個開關量輸入信號。PLC控制系統(tǒng)的輸出：前進、后退接觸器驅動信號，左行、右行接觸器驅動信號，上升下降接觸器驅動信號，順時針逆時針回轉接觸器信號,電鈴和指示燈驅動信號；共計10個開關量輸出信號。根據系統(tǒng)的I/O點數，并考慮富裕量，可選用日本歐姆龍CPM1AH-30CDR，其I/O點數為；18點輸入、12點輸出。系統(tǒng)I/O輸入輸出地址分配如下表所示.表5-1 I/O地址序號輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址1自動運行開關S10000指示燈10002手動前進開關S20001前進接觸器KM110013手動后退開關S30002后退接觸器KM210024手動左行開關S40003左行接觸器KM310035手動右行開關S50004右行接觸器KM410046手動上升開關S60005上升接觸器KM510057手動下降開關S70006下降接觸器KM610068順時針回轉開關S80007順回轉接觸器KM710079逆時針回轉開關S80008逆回轉接觸器KM8100810電鈴B10095.3流程圖第六章 塔式起重機控制的軟件設計起重機的電氣控制軟件設計主要是根據要求畫出梯形圖，總梯形圖見附錄，以下我將總梯形圖分模塊進行分析6.1進退機構工作設計進退機構的梯形圖程序設計如圖所示。運行時有手動操作和自動操作兩種，自動運行過程如下。a）當PLC開機工作時，通過內部繼電器M1產生初始化脈沖，使各個計數器（CNT001CNT004）復位。b）當自動運行開關S1合上后，0000的常開接點閉合，1001線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始前進；同時，所有的定時器、計數器開始工作，定時器TM00每5s產生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數器提供計數信號。c）當CNT001計到6時（即延時30s），CNT001的常閉接點斷開，使1001線圈斷電，進退機構停止前進。d）再過45s后，CNT002計數器計到15，CNT002的常開接點閉合，1002線圈接通，起重機開始后退；工作30s后，CNT003計數器到21，CNT003的常閉接點斷開，1002的線圈斷開，使后退停止。e）休息45s，CNT004計數到30，CNT004的常開接點閉合，使所有計數器復位，又重新計數，進入第二次循環(huán)。除了上述的自動控制方式外，根據需要也可以進行手動操作。從圖所示的梯形圖可知，1001有兩條控制支路，0001的常開接點和0000的常閉接點串聯構成手動操作支路。當S2合上時，1001有輸出，KM1接通，前進運行：當S2斷開時，停止前進。S3手動后退的使用與S2類同。0000TIM00#50M 1003#021CNT004#030CNTCNT002#015CNT001#0061001每隔5秒產生一個脈沖前進30秒計時間隔45秒計時后退30秒計時間隔45秒計時自動/手動前進工作自動/手動后退工作CNT004TIM00M1CNT004TIM00M1CNT004TIM00M1CNT004TIM000000CNT0010001CNT01300010000CNT002CNT0030002CNT01300020000圖6-1 進退機構工作的控制梯形圖TIM00100210011002CPRCPRCPRCPR6.2左、右行機構工作設計a）當PLC開機工作時，通過內部繼電器M1產生初始化脈沖，使各個計數器（CNT005CNT008）復位。b）當手動左形開關S4合上后，0000的常開接點閉合，1003線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始左行；同時，所有的定時器、計數器開始工作，定時器TM00每1s產生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數器提供計數信號。c）當CNT005計到14時（即延時14s），CNT005的常閉接點斷開，使1003線圈斷電，左、右行機構停止運動。d）再過23s后，CNT006計數器計到37，CNT006的常開接點閉合，1004線圈接通，起重機開始右行；工作14s后，CNT007計數器到51，CNT007的常閉接點斷開，1004的線圈斷開，使右行停止。e）休息23s，CNT008計數到74，CNT008的常開接點閉合，使所有計數器復位，又重新計數，進入第二次循環(huán)。0000CNT004006#037CNT007#051CNTCNT005#014#10左行10秒計時間隔23秒計時右行14秒計時間隔23秒計時自動/手動左行工作CNT008TIM02M 1CNT008TIM02M 1CNT008TIM02TIM01M1TIM02TIM01#10TIM02M1CNT008TIM02TIM02CNT005CNT01300033CNT005#0741003100400030000CNT006CNT0070004CNT01300040000自動/手動右行工作10041003CPRCPRCPRCPR 圖6-2 左、右行機構工作的控制梯形圖6.3起升機構工作設計 起升機構的控制梯形圖如圖6-3所示。a）當PLC開機工作時，通過內部繼電器M1產生初始化脈沖，使（CNT009CNT012）復位。b）當自動運行開關S1合上后，0000的常開接點閉合，1005線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始上升；同時，所有的定時器、計數器開始工作，定時器TM03每1s產生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數器提供計數信號。c）當CNT009計到10時（即延時15s），CNT009的常閉接點斷開，使1005線圈斷電，升降機構停止上升。d）再過15s后，CNT010計數器計到25，CNT010的常開接點閉合，1006線圈接通，起重機開始下降；工作10s后，CNT011計數器到35，CNT011的常閉接點斷開，1006的線圈斷開，使下降停止。e）休息15s，CNT012計數到50，CNT012的常開接點閉合，使所有計數器復位，又重新計數，進入第二次循環(huán)。0000TIM033#10M 1011#035CNT012#050CNTTCNT010#025CNT009#0101005100610061005上升15秒計時間隔10秒計時下降15秒計時間隔10秒計時自動/手動上升工作自動/手動下降工作CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03M 1CNT012TIM03TIM03CNT0090005CNT01300050000CNT010CNT0110006CNT01300020000圖6-3 起升機構工作的控制梯形圖TIM03CPRCPRCPRCPR6.5 回轉機構塔機回轉速度一般介于0.71R/min。起升機構的控制梯形圖如圖6-3所示。a）當PLC開機工作時，通過內部繼電器M1產生初始化脈沖，使（CNT009CNT012）復位。b）當自動運行開關S1合上后，0000的常開接點閉合，1007線圈接通，進退機構執(zhí)行元件進行，接觸器通電，起重機開始上升；同時，所有的定時器、計數器開始工作，定時器TM03每1s產生一個脈沖，脈沖的保持時間為一個掃描周期，為計數器提供計數信號。c）當CNT009計到10時（即延時15s），CNT009的常閉接點斷開，使1007線圈斷電，升降機構停止上升。d）再過15s后，CNT010計數器計到25，CNT010的常開接點閉合，1008線圈接通，起重機開始下降；工作10s后，CNT011計數器到35，CNT011的常閉接點斷開，1008的線圈斷開，使下降停止。e）休息15s，CNT012計數到50，CNT012的常開接點閉合，使所有計數器復位，又重新計數，進入第二次循環(huán)。0000TIM033#10M 1011#035CNT012#050CNTTC