本科毕业设计开题报告
题 目：基于PLC控制的变频调速在桥式起重
机中的应用
专 题：
院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气09-12班 姓 名： 刘臻 学 号： 2009021741 指导教师： 王玉萍
教师职称： 讲师
黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告
题 目 基于PLC控制的变频调速在桥式起重机中的应用 来源 工程实际 1、研究目的和意义 桥式起重机应用广泛，是现代工业不可缺少的搬运机械设备。传统的桥式起重控制系统主要用继电器接触器进行控制,采用交流绕线串电阻的方法进行启动和调速,这种控制系统存在可靠性差,操作复杂,故障率高，电能浪费大,效率低等缺点。 近年来随着电力电子技术的发展革新，变频调速技术也日益成熟被广泛应为于各种场合。于是在可编程控制系统（PLC）下结合变频调速技术的桥式起重机孕育而生，使起重机工作可靠，使用方便，操作简单，还具有动态显示的功能，节能效果明显。 因此对桥式起重机控制系统的研究对现代工业有极大的意义。 2、国内外发展情况(文献综述) 起重机是一种用来起重与空中搬运重物的机械设备，广泛应用于工矿企业、车站、港口、仓库、建筑工地等部门。它对减轻工人劳动强度、提高劳动生产率、促进生产过程机械化起着重要作用，是现代化生产中不可缺少的工具。起重机包括桥式、门式、梁氏和旋转式等多种，其中以桥式起重机的应用最广。桥式类起重机又分为通用桥式起重机、冶金专用起重机、龙门起重机与缆索起重机等。 通用的桥式起重机是机械制造工业中最广泛使用的起重机械，又称“天车”或“行车”，它是一种横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备。桥式起重机按起吊装置不同，可分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机和抓斗桥式起重机。其中尤以吊钩桥式起重机应用最广 。 随着中国经济的不断发展,现代科学技术不断更新，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。尤其是电子计算机技术的广泛应用，促使了许多跨学科的先进设计方法出现，推动了现代制造技术和检测技术的提高。激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。 我国正以前所未有的速度进入全球化国际竞争市场，中国的起重机制造业面临着机遇与挑战并存的新形势。因此中国起重机要不断发展和创新。现根据国内外起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述现代起重机的特征和未来中国起重机的发展方向。 由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作越来越频繁， 并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要好用，容易维护，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均无故障工作时间要长。可靠性是国际市场产品竞争的焦点，国外许多大公司都制定了可靠性内控标准。我国起重机的性能要赶超世界先进水平，最关键的是要改变传统的思维理念,提高可靠性，使起重机具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。 3、研究/设计的目标： 起重量：主钩起重量50t，副钩起重量10t 跨度：22.5m 提升高度：主钩提升高度19m，副钩提升高度21m 运行速度：小车运行速度50m/min，大车运行速度110m/min 提升速度：15m/min 通电持续率：60%（作时间与周期时间之比，金属冶炼属于特重级工作类型，经常在重负荷下工作）。 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）： 桥式起重机变频调速系统主要由上位机（工业触摸屏系统）、下位机（PLC）、变频调速系统组成，如上图所示。大车、小车、主钩、副钩电动机都需独立运行，大车为4台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动。 PLC是整个系统的控制中枢，上位机发出运行命令通过PLC执行。主要的功能有：运行功能即主钩升降、副钩升降、大车运行、小车运行；保护功能即主副钩上升限位、下降限位、大车限位、小车限位、货物超载、货物滑落等。 根据起重机的实际应用的要求，可选用德国西门子公司S7-300型可编程控制器作为起重机的中枢控制系统。S7-200PLC属于模块式PLC，硬件主要由CPU、储存器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其特点是采用集成的背板总线、采用DIN标准导轨，安装和更换模块方便、硬件组态灵活、机架扩展方便。 起重机的电动机用于驱动起升机构及大车、小车行走机构，电动机主要采用线绕式异步电动机或笼型异步电动机。尤其是行走机构一般采用笼型异步电动机，启动时冲击电流大，设备所受的冲击严重，噪声大，影响设备的使用寿命及定位精度。 起重机的动力传动具有大惯性、四象限运行的特点，与其他传动机械相比对变频器有着更苛刻的安全和性能上的要求。 PG卡是变频器控制旋转编码器电机时的选件。构成闭环控制。主要是实现高精度的旋转编码器(PG)矢量闭环控制。PG卡和旋转编码器的电机是变频器实现最高的控制精度的方式。可实现电机速度控制和位置控制(定位)。 旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。 工业触摸屏采用西门子触摸操作面板.与PLC系统连接，利用强大的工业触摸组态软件进行编译。采用直观的人机界面，能够明确指示操作员机器设备的当前状态，是操作简单明了，减少失误，另外人机界面有故障显示及控制变频器全频调速的功能，通过上位机、下位机通信，实现实时监控。 5、方案的可行性分析： 本方案采用的可编程控制系统技术以其在可靠安全的优越性和简便控制性能可以解决传统桥式起重机耗能巨大、安全性能低、操作复杂等问题。PLC梯形图编译简单易于编写，在硬件是省去了大量继电器所以在工业生产的大型机械中该系统被广泛应用。 6、该设计的创新之处 7、设计产品的主要用途和应用领域： 考虑到国内经济的发展工业现代化的重要性，采用基于PLC控制下的变频调速在各类重型机械中的应用越来越重要，相比采用传统技术的机械更具有市场竞争力。同时在生产中防患事故的发生越发被人们重视所以采用新型技术势在必行这也为技术的革新提供了巨大的动力。 8、时间进程 1周：查阅PLC资料 2周：学习PLC的操作指令 3周：查阅并学习变频器资料 4周：了解桥式起重机及其工作原理 5周~10周：PLC、变频器的硬件学习 11周：软件学习 12周：绘制电气图 13周：绘制梯形图 14周~16周：完成论文初稿 17周论文修改定稿 18周完成毕业说明书及其相关资料 9、参考文献： 1 李红.PLC原理及应用.机械工业出版社[M].2010年2月 2 周志敏、周纪海、纪爱华.变频调速系统工程设计与调试[M].人民邮电出版社.2009年6月 3 丁斗章.变频调速技术与系统应用[M].机械工业出版社.2005年10月 4 赵从容.国内外桥式起重机的发展趋势[D].昆明神力重工有限公司设计院. 5 2011-2015年中国桥式起重机市场供需预测及发展趋势研究报告[J].2011年9月 6 刘余.未来中国起重机的发展方向[D].2009年2月 7 巫莉.电气技术与PLC应用[J].中国电力.2008年6月 8 李伟.起重机工业触摸屏监控变频无极调速系统[D].电工技术.2003年10月 9 谭振国.变频调速技术在起重继续上的可行性应用探讨[J].水电厂自动化.2006年10月 10 魏全浩.变频调速技术在起重机起升机构上的应用[D].电工技术.2004年5月 11 王殿君.PLC在起重机械中的应用及问题分析[J].中国高新技术企业.2012年1月 12 边春元.S7-300/400PLC系统设计基础与开发技巧[M].机械工业出版社.2008年3月 13 张玉湖.PLC与变频器在桥式起重机电气改造中的应用[D].电机与控制应用.2005年5月 14 白勇.基于变频技术的起重机控制系统研究[J].齐齐哈尔大学学报.2009年2月 15 王向辉.门式启闭机抓梁电缆卷筒的改造[J].起重运输机械.2004年6月 16 王万强,陈国金,张俊芳.S7-300PLC和WinCC组态软件在电厂的应用[J]. 机电工程 17 Chin, c-m. Dynamics and control of ship-mounted cranes .JVC/Journal of vibration and control ,v7,n6,September,2001,p891-904 18 Anon, Frequency control of crane hoist speed. steel times international, v27,n5,july,2003,p23 指导教师意见: 教师签字： 年 月 日
毕业设计领导小组意见: 组长签字： 年 月 日
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