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1、摘 要随着现代控制理论的应用，微处理器和微电子技术的发展，使变频调速控制系统日趋成熟。而桥式起重机作为物料搬运系统中一种典型设备，在企业生产活动中应用广泛作用显著，故对于提高其运行效率，确保运行安全，降低物料搬运成本是十分重要。传统的桥式起重控制系统主要采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，故障率高，电能浪费大，效率低等缺点。因此根据桥式起重机的运行特点，将可编程序控制器与变频器结合应用于桥式起重机控制系统，其中PLC系统则采用SIEMENS公司产品，大大提高了操作精度和稳定度;综合保护功能完善，便于及时发现、查找、处理故障；并且节约了能源
2、。关键词:可编程序控制器；桥式起重机；变频调速；变频器目 录摘 要I第一章 绪 论11.1桥式起重机简介11.2 本课题设计的意义、主要内容及基本参数1第二章 矢量控制变频调速42.1 变频调速的基本原理42.2变频器的基本结构和功能62.2.1变频器的主电路62.2.2变频器的控制电路构成72.3变频调速的控制方式矢量控制方式82.3.1矢量控制的基本思想82.3.2矢量变换规律92.3.3矢量变换下异步电动机的数学模型122.4矢量变换控制方程13第三章 桥式起重机变频控制系统的硬件设计153.1总体设计方法153.2 PLC技术简介163.2.1 PLC概述163.2.2 Siemens
3、 S7-200结构及工作原理173.3部件的选择183.3.1电机的选用183.3.2变频器的选用203.3.3 PLC的选用233.3.4常用辅件的选择243.4起重机变频调速系统设计263.4.1系统控制的要求263.4.2控制系统的1/O点及地址分配26第四章 桥式起重机变频调速系统软件设计304.1 S7-200PLC网络的通信协议304.1.1 S7-200PLC网络的通信协议的种类304.1.2本系统通信协议的选择314.2 PLC程序设计324.2.1 PLC编程软件概述324.2.2程序设计334.3系统抗干扰措施39第五章 结束语41致 谢42参考文献43第一章 绪 论1.1
4、桥式起重机简介桥式起重机在冶金企业及其它行业有着广泛的应用,其作用主要用来实现物体的升降和转运,桥式起重机工作环境恶劣,工作任务重。它能否正常工作直接影响到生产效率提高和工作任务的完成,甚至关系到人身、设备的安全。经过几十年的发展，我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。传统的起重机驱动方案一般采用:(1)直接起动电动机;(2)改
5、变电动机极对数调速;(3)转子串电阻调速;(4)涡流制动器调速;(5)可控硅串级调速;(6)直流调速。前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速;起动电流大，对电网冲击大;常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重;功率因数低，在空载或轻载时低于0.2-0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。我们所研究的桥式起重机是电动双梁桥式起重机，该起重
6、机由起重小车、桥架金属结构、桥架运行机构以及电气控制设备等四个部分组成。机构主要指主起升机构、副起升机构、小车运行机构、大车运行机构。在电气控制系统中，其供电一般是通过电缆卷筒将电源输送到中心电器上，起重机机为低压供电系统，电气控制部分集中在操作室和电气房内，安全保护装置装在在适当的位置上。1.2 本课题设计的意义、主要内容及基本参数 传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线转子串电阻的方法进行启动和调速，继电一接触器控制，这种控制系统的主要缺点有: 1.桥式起重机工作环境差，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。 2.继电一接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。 3.转
7、子串电阻调速，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。 要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。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，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机系统提供了有利条件。变频调速以其可靠性好，高品质的调速性能、节能效益显著的特性在起重运输机械行业中具有广泛的发展前景。本论文研究了变频调速技术在20/5t * 19.5m通用桥式起重机中的应用，并且根据原有的控制结构，结合组态软件和PLC技术，提出了一个改进的系统控制结构，并且采用此体系结构实现了桥式起重机变频调速系统。本课题桥式起重机基本参
8、数:该机的起重量为20/5吨，其跨度(L)为19.5m小车起升速度为15m/min，大车起升速度为7.5m/min.小车运行速度为45m/min，大车运行速度为75m/min。第二章 矢量控制变频调速2.1 变频调速的基本原理异步电机的转速公式为: = （ 1） (2.1)其中: 异步电动机的转速，单位为r/min;定子的电源频率，单位为Hz;电机的转速滑差率;电机的极对数。由上式(2.1)可知，如果改变输入电机的电源频率，则可相应改变电机的输出转速。在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费:若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而
9、导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。三相异步电动机每相电动势的有效值是: （2.2）式中: 气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V;定子频率，单位为Hz;定子每线绕组串联匝数;基波绕组系数;美极气隙磁通量，单位为Wb;由公式可知，只要控制好和便可以控制磁通不变，需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况;1基频以下调速即采用恒定的电动势。由上式可知，要保持不变，单频率从额定值向下调节时，必须同时降低然而绕组中的感应电动势是难以控制的
10、，但电动势较高时，可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1 E，则得U1 /f1=常值。低频时，U1和读数较小，定子阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。这时，可以人为的把电压U抬高一些，以便近似的不补偿定子压降。带定子压降补偿的恒功率比控制特性为b线()，无补偿的为a线()。如图2.1所示:图2.1恒压频比控制特性2基频以上调速在基频以上调速时，频率f可以从往上增高，但电压u磁通与频率成反比的降低，相当于与直流电机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图2.2。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的
11、条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上基本上属于“恒功率调速”。图2.2异步电动机变频调速控制特性2.2变频器的基本结构和功能变频器的基本结构见图2.3图2.3变频器的结构图变频器的功能是为电动机提供可变频率的电源,实现电动机的无极调速。变频器具备对电机和变频器本身的完善保护功能,如过热、过载、过流、过压、缺相、接地等,从而避免备在不正常状态下长时间运行,保护设备不至于损坏。2.2.1变频器的主电路电力电子开关器件电力半导体器件己经历了以晶闸管为代表的分立器件，以可关断晶闸管(GTO)，巨型晶体管(GTR)，功率MOSFET、绝缘栅双极晶体
12、管(IGBT)为代表的功率集成器件(PID),以智能化功率集成电路(SPIC)，高压功率集成电路(HVIC)为代表的功率集成电路(PIC)等三个发展时期。从晶闸管发展到PID, PIC通过门极或栅极控制脉冲可实现器件导通与关断的全控器件。在器件的控制模式上，从电流型控制模式及发展到电压型控制模式，不仅大大降低了门极(栅极)的控制功率，而且大大提高了器件导通与关断的转换速度，从而使器件的工作频率不断提高。在器件结构上，从分立器件发展到由分立器件组合成功率变换电路的初级模块，继而将功率变换电路与触发控制电路、缓冲电路、检测电路等组合在一起的复杂模块。整流电路一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流
13、桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其控制方式，可以是直流电压源，也可以是直流电流源。逆变电路逆变电路是利用六个半导体开关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中的主开关元器件的通与断，得到任意频率的三相交流电输出。它的主要作用是在控制电路的控制下，将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。2.2.2变频器的控制电路构成包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决
14、定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是完成对逆变器开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。随着电力半导体器件和微型计算机控制技术的迅速发展，促进了电力变频技术新的突破性发展，70年代后期发展起来的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)技术成了现在最常用的变频器功率开关器件的控制策略。SPWM(Sinusoidal PWM)则是较为常用的技术。其通常是采用调制的方法，即把正弦波作为调制信号，把接受调制的信号作为载被，通过对载波的调制即可得到SAM波形。通常采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上下宽度与高度线性关系，且左右对称，当它与正弦波调制信号相交时
15、，如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于正弦波幅值的脉冲，这正好符合SPWM控制的要求。三角载波的频率fc,和正弦调制波的频率fr,之比即fc / fr =Nc称为载波比。用生成的SPWM波控制逆变器开关器件的通断，可得到等幅且脉冲宽度按正弦规律变化的矩形脉冲列输出电压。正弦调制波的频率fr,即是逆变器的输出频率f1改变fr,便可改变f1三角载波的幅值为恒定，因而改变正弦调制彼的幅值就改变了矩形脉冲的面积，由此实现输出电压幅值的改变。2.3变频调速的控制方式矢量控制方式2.3.1矢量控制的基本思想矢量控制的基本思想是:将异步电动机的物理模型等效变换成类似直流电动机的模型，再
16、仿照直流电动机去控制它，等效的原则是在不同坐标中产生的磁动势相同。由电动机原理可知，异步电动机三相定子绕组电流在空间产生一个角速度为1的旋转磁场。若有两个互相垂直的M绕组和T绕组与旋转磁场同步旋转，绕组中分别通以直流电流iM和iT，产生的磁动势可以与三相合成磁动势等效且炳个磁动势有相同的幅值、转速和方向。又令M绕组的轴线与三相合成旋转磁场方向平行，则iM相当于电动机的励磁电流分量iT，相当于电动机的转矩电流分量，调节iM的大小可以在磁场一定时改变转矩。由这样绕组组成的电动机其控制原理与直流电动机控制原理相同。在实际的等效变换中，先将异步电动机在三相静止坐标系下的定子电流iA、iB、ic通过三相
17、/两相变换，等效变换，等效为两相静止坐标系下的交流电流i、i再通过磁场定向的旋转变换，等效为同步旋转坐标系下的直流电流iM 、 iT。等效的电动机绕组模型如图2.4所示。 TC1 F 1 F 1 F A MB(a)三相交流绕组 (b)两相交流绕组 (c)旋转的直流绕组图2.4等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型通过控制iM 、 iT大小也就是电流矢量i的幅值和去向去等效的控制三相电流、瞬时值，从而调节电动机的磁场与转矩达到调速的目的。2.3.2矢量变换规律如上所示，通过坐标系的变换，可以得到交流三相绕组的等效绕组，现在的问题是如何求出、与和iM、iT之间的准确等效关系，也就是按等效原则进行
18、坐标变换，而且要求这些变换都必须是可逆的。坐标变换电路通常有三类:即三相/两相变换，直角坐标/极坐标变换和同步旋转坐标/静止两相左标变换。2.3.2.1三相/两相变换(3/2变换)A, B, C三相坐标是以电动机定子三相绕组轴线为轴的静止平面坐标系，现设置一个两相坐标系中的交流分量。为了保证三相电动机变换成两相电动机后所产生的磁势不变，需要考虑这两种坐标变换的折算因子2/3，根据图2.2,BAC图2.5三相/两相坐标变换以电流的变换为何可以得出如式(2.3)的变换矩阵表达式。= （2.3）应用坐标变换方法可求得式(2.3)的逆变换，即两相/三相坐标变换表达式。= （2.4）对于三相星型不带零线
19、的接法，有= 则上面两式简化为;= （2.5）= （2.6）三相/两相变换符号为，3/2 iA iiB iiC对于异步电动机电压和磁通的坐标变换表达式均与电流的变换式相同。2.3.2.2静止坐标与旋转坐标变换(VR变换)两相的静止直角坐标系和同步旋转直角坐标系轴系之间的变换属于同步旋转变换，如图2.6所示是一个静止的直角坐标系，而M-T则是一TI1Mw图2.6个同步角速度旋转的直角坐标系。设M轴与轴之间的夹角为w，则坐标系上的分量和坐标系上的分量之间的变换关系如下;= （2.7）= （2.8）式中为轴的夹角，= （2.9）同步旋转变换符号为：VR 注意:对于异步电动机在两相静止坐标系中的分量、
20、是随时间变化的交流量，而经过同步旋转变化到M-T坐标系后得到的分量和则是直流量。2.3.2.3直角坐标与极坐标变换(K/P变换)在矢量变换控制系统中，有时需要将直角坐标变换成极坐标，用参量的幅值及相位来表示矢量。例如由和几求出和就属于K/P变换。众所周知，直角坐标与极坐标的变换关系为： ( 2.10 ) ( 2.11 )由于取不同值时，的变换的变化范围是0，这个变化幅度太大，在实际电路中难以实现，因此在实际电路中，电流的相位角通常采用其正弦值和余弦值来表示 ( 2.12 ) ( 2.13 )直角/极坐标变换符号为：K/P 2.3.3矢量变换下异步电动机的数学模型2.3.3.1原型电机的电压方程
21、异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强藕合的多变量系统。因此常作以下假设:忽略空间谐波;忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感是恒定的;忽略铁芯损耗;不考虑频率和温度变化对电阻的影响。在上述假设下，通过坐标变换的方法，就可以建立交流电动机的电路数学模型。依据电机的双轴理论，定子有两个集中绕组，DD为直轴绕组;QQ为交轴绕组。转子上有分布绕组，dd为直流绕组;qq为交轴绕组。这四个绕组上分别加上电源电压UD众UQ、Ud、Uq，则原型电机的电压方程为:= (2.14)2.3.3.2坐标变换后的异步电动机数学模型由上可知，等效到、坐标系上的异步电动机和原型电机结构完全一致，因此原型电机的电压方程也适用
22、于两相异步电动机。两种电机的参数有如下对应关系:= = = =其中, 为定子绕组电阻和电感: r2/、L2/为转子绕组电阻和电感的折和值;为互感。由于转子绕组是短路的，所以“、均为零。这样，对照原型电机的电压矩阵方程式(2.12)即可得到异步电动机变换到、轴的电压方程式(2. 16)= (2.16)接着可得到异步电动机变换到M-T轴上的电压方程式(2. 17).= (2.17)为了进一步简化方程式(2. 15)，可选择M轴与电机转子磁链的方向重合，T轴逆时针转900，与垂直。通过这种设定，就得到转子磁通定向的异步电动机电压方程式（2.18），也就是矢量控制所依据的异步电动机数学模型。= (2.
23、18)2.4矢量变换控制方程在矢量控制中，被控制的物理量是定子电流，因此必须从数学模型中找到定子电流各分量与其它物理量的关系。由式(2.18)矩阵的第三行得0= (2.19)上式括号部分：=P (2.20)所以有0=+ P=- P/ (2.21)将式(2.21)代入式(2.20)的方程中，可解得、，即= (2.22)= (2.23)式中，为转子回路时间常数。而 (2.24) (2.25)再从式(2.18)第四行得= (2.26) (2.27)又因为，则将式(2.27)代入得 (2.28)由此可得式(2.25)和式(2.28)为矢量变换控制所用得方程式，并画出矢量变换的控制结构如图2.7所示:K
24、/P 2 运算器LM/T21/PLM/1+T2PiT1 i1/1 + 13 3+ IM1来自位置脉冲检测图2.7矢量变换控制的结构图第三章 桥式起重机变频控制系统的硬件设计3.1总体设计方法控制系统由PLC控制，四大机构调速均采用变频调速。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控制系统)、变频调速系统组成。系统结构图如图1图3.1 控制系统结构图下面分别对各主要机构调速控制进行说明。1、起升机构起升机构属位能负载机构。主起升和副起升两台电机各使用一个变频器。变频器的选择，应以选择变频器的额定电流为基准，一般以电动机的额定电流，负载率，变频器运行的效率为依据。控制方
25、式选用带PG的矢量控制方式。PLC接受电机的旋转编码器经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。2、运行机构大车运行机构中两台电机用一个变频器;考虑到运行机构的工作频率较少，为节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。变频器的选择，一般以电动机的额定功率作为选择的依据。通常选额定功率大一级的变频器。控制方式选用无PG v/f的变频控制方式。3.2 PLC技术简介3.2.1 PLC概述 可编程程序控制器(Programmable Controler)，也称为PLC(programmable Logic controler)，即是可编程逻辑控制器。其采用计算机结构，主要包括CPU,存储器、输入、
26、输出接口及模块、通讯接口及模块、编程器和电源六个部分。如图4.1所示，PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入变量，他们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量，对现场设备进行各种控制。电源输入模块输出模块CPU存储器通信模块 主机编程器或编程软件图3.2 可编程控制器基本结构示意图3.2.2 Siemens S7-200结构及工作原理 (1)S7-200系列PLC介绍 S7-200系列PLC功能强、速度快、具有模块化、具有极高的可靠性、极丰富的指令
27、集、实时特性、良好的通信能力等。 它的强大功能使其无论是在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。可以根据对象的不同，选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 (2) Siemens S7-200主要功能模块介绍 1. CPU模块S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/0点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。从CPU模块的功能来看，CPU模块为CPU222。这里介绍CPU222。CPU222它有8输入/6输出，I/0共计14点。和CPU 221相比，
28、它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展，因此是应用更广泛的全功能控制器。 2.I/0扩展模块 当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/0扩展，I/O扩展包括I/0点数的扩展和功能模块的扩展。典型的数字量I/0扩展模块有:输入扩展模块EM221有两种:8种DC, 8点AC输入;输出扩展模块EM222有三种:8点DC晶体管输出，8点AC输出、8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM2323有六种:分别为4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)DC输出、4点(8点、16点)DC输入/4点(8点、16点)继电器输出。 3.功能扩展模块 当需要完成某些特殊功能的
29、控制任务时，CPU主机可以扩展特殊功能模块.如要求进行PROFIBUS-DP现场总线连接时，就需要EM277 PROFIBUS-DP模块，在这里主要介绍模拟量输出模块EM232。 EM232模块提供了有2输出模拟量通道，具有12位的分辨率，且具有多输入，输出信号范围。其内部集成了D/A转换器、放大器等多种功能的电路，可用于复杂的控制场合。它能够不用外部放大器而与传感器直接相连，可根据输出模拟量的大小，通过其外置的D工P开关选择不同的档位及分辨率，且模拟量的输出可作为测量传感器的恒流源使用。Siemens S7-200 PLC的工作原理： 各种PLC具体工作原理大同小异都采用扫描工作方式。Sie
30、mens S7 - 200PLC的工作过程:PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/0刷新和外设端口服务五个工作阶段，一次循环所用的时间称为一个工作周期(或扫描周期)，其长短与用户程序的长短以及PLC机本身性能有关，其数据级ms级，典型值为几十ms。 3.3部件的选择3.3.1电机的选用一、变频调速对电机的要求采用变频调速时，由于变频器输出波形中高次谐波的影响以及电机转速范围的扩大产生了一些与在工频电源下传动时不同的特征。主要反映在功率因数、效率、输出力矩、电机温升、噪音及振动等方面。随着高开关频率的工GBT等电力电子器
31、件的使用、PWM调制、矢量控制、增强型V/f控制方法的应用、使变频器输出波形、谐波成份、功率因数及使用效率得到了很大的改善，有效地提高了变频控制电机的低速区转矩。同时由于变频控制软件的优化使用，使电机可以避开共振点，解决了系统在大调速区间内可能发生的共振问题。二、变频起重机系统中电机的选型起重机起升和运行机构的调速比一般不大于1:20，且为断续工作制，通常接电持续率在60%以下，负载多为大惯量系统。严格意义上的变频电机转动惯量较小，响应较快，可工作在比额定转速高出很多的工况条件下，这些特性均非起重机的特定要求。普通电机与变频电机在不连续工作状态下特性基本一致;在连续工作时考虑到冷却效果限制了普
32、通电机转矩应用值，普通电机仅在连续工作时的变频驱动特性比变频电机稍差。三、电机冷却西门子变频器在调速比为1:20的范围内能确保起重机上普通电机有150%的过载力矩值。电机在起动过程中可承受2.5倍额定电流值，远大于变频起动要求的1.5倍值，运行机构的电机在以额定速度运行时电机通常工作在额定功率以下，因此高频引起的1.1倍电流值可不予考虑。但若电机要求在整个工作周期内在大于1:4的速比下持续运行则必须采用他冷式电机。四、电机效率国外以4极电机作变频电机首选极数，因此时电机有最好的功率因数和最高的工作效率，使能耗降为最低。目前，国内用于起重机械的4极电机有强迫通风冷却的YZFXXX-4型电机等。五
33、、电机起动转矩及电机运行的功率因数起重机运行机构的转动惯量较大，为了加速电机需有较大的起动转矩，故电机容量需由负载功率P厂及加速功率Pa两部分组成。一般情况下,电机容量P为式中一电机平均起动起动转矩倍数起重机起升机构的负荷特点是起动时间短(1-3s)，只占等速运动时间的较少比例;转动惯量较少，占额定起升转矩的10%-20%。其电机容量P为 (kw)式中 一起重机额定提升负载，kg 一额定起升速度，m/s 一重力加速度，g=9. 81m/s 一机构总效率为使电机提升1.25倍试验载荷，能承受电压波动的影响，其最大转矩值必须大于2,否则必须让电机放容，从而降低电机在额定运行时的工作效率。通过利用上
34、述公式的计算，选用改造后的桥式起重机各执行机构的电机参数如表3.1所示:表3.1 各执行机构电机参数电机型号电机功率主起升机构YZR250M1-830KW副起升机构YZR200L-815KW大车运行机构YZR160M1-62*5. 5KW小车运行机构YZR1601-65. 5KW3.3.2变频器的选用一，变频器选型本系统选用西门子变频器，西门子变频器具有较合理的价格，完整的理论计算书及辅件推荐值，有利于用户合理选用。 二、变频器容量选择 2.1起升机构起升机构平均起动转距一般来说可为额定力矩值的1.3-1.6倍。考虑到电源电压波动因素及需通过125%超载试验要求等因素，其最大转距必须有1.8-
35、2倍的负载力矩值，以确保其安全使用的要求。等额变频器仅能提供小于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量(Yz型电机)或同时提高变频器和电机容量(Y型电机)来获得200%力矩值。此时变频器容量为 (KVA) 式中电机的功率因数，= 0.25 起升额定负载所需功率，kw 电机效率， =0. 85 变频器容量，KVA 系数，K=2起升机构变频器容量依据负载功率计算，并考虑2倍的安全力矩。若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的放容损失。在变频器功率选定的基础上再作电流验证，公式如下: 式中一变频器额定电流，A 电机额定电流，A2.2运行机构当运行电机在
36、300s内有小于60s的加速时间的并且起动电流不超过变频器额定位的1.5倍时变频器容量可按下式计算。式中电流波形补偿系数，PWM方式K=1.051.1 负载转距，N.m 一总转动惯量对电机轴的折算值，kg.m 加速时间，s 电机额定转速，r/min当运行电机在300s内电机有大于60s加速时间时，变频器容量按下式取值： ( kVA ) 电流验证:以上公式均以负载功率作为变频器容量计算的基本参数，相同功率不同极数的电机有不同的额定电流。故最终尚需验证电机和变频器额定电流，即 2.3.多电机驱动时变频器容量的选择 电压型变频器可以一台变频器驱动多台电机，其并联运行且变频器短时过载能力为150%、
37、60%时，如电机加速时间在300s内有小于60s的加速时间，则并要求 式中负载所要求的电机轴输出功率并联电机的台数同时启动的台数电机效率，=0.8电动启动电流与电机额定电流之比值 电流波形的修正系数，PWM方式取1.05-1.1 变频器容量，KVA 变频器额定电流，A2.4、电机变频驱动选择根据起重机电机驱动的特性和技术要求，采用带测速反馈接口的MASTERDRIVE6SE70系列变频器作为主、副起升机构的电机驱动，MASTERDRI Vector 6SE440系列变频器作为大、小行车行走机构的电机驱动，6SE440系列是一种通用性高性能矢量控制型变频器，功能强，价格低，完全满足行走机构的需求
38、，因此我们推荐用户选用该系列变频器。通过利用上述公式的计算，桥式起重机各执行机构的变频器如表3.2所示: 表3.2 各机构的变频器参数变频器型号额定功率/电流主起升机构6SE70272-ED6137KW/48A副起升机构6SE70274-7ED6122KW/47A大车运行机构6SE6440-2AD3115KW/30A小车运行机构6SE6440-2AD255.5KW/11.6A 2.5、变频器主要参数设置首先将所用电机铭牌数据输入P80_ P85，大车变频器应输入几个电机的总电流及总功率，并且大车变频器带有几个电机时应运行于线性频率/电压特性，速度变化采用固定频率的迭加，同时利用变频器的制动器接
39、通、断开功能由RL2输出继电器触点控制机械制动器，使行走机构在电机停止时不会由于外力而随意移动。如表3.3所示： 表3.3 变频器参数设置参数号参数值说明P0026加减时间秒P0036减速时间秒P00551档速度P0063附加数字给定P0070开关量输入控制P0516固定频率5开关P0526固定频率4开关P0536固定频率3开关P05410故障复位P0551运行右转P03562运行左转P0465固定频率5P04415固定频率4P04325固定频率3P0616故障P0624外部制动控制P0770V/f特性(大车多电机)P0771FCC特性(小车单电机)3.3.3 PLC的选用 目前PLC使用性能
40、较好的有SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司。根据性价比的选择，根据被控对象的I/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，我们采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC。SIMATIC S7-200系列是西门子公司小型可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面(HMI)可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承了和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。3.3.4常用辅件的选择 变频器系统器件由断路器、接触器、电抗器、变频器、制动电阻及制动单元组成。 1、断路器 为避开变频器投入时直流回路电容器的充
