MQ4037门座起重机电气控制系统分析.doc

毕 业 论 文（设 计）题 目：MQ4037门座起重机电气控制系统分析系 部： 年 级：专 业：姓 名：学 号： 指导教师： 201024摘 要门座起重机是港口码头数量和使用最多的，结构复杂，机构最多的，最典型的电动装卸机械它具有较好的工作性能和独特的优越结构，通用性好，被广泛的用在港口杂货码头门座起重机要求在不同的场合，用不同的速度进行工作，其目的在于使起重机在各种合理的速度下有效的工作，以提高生产率和确保安全生产交流变频调速和其它起重机调速方案相比，具有明显的优点首先，起重机整体性能会有很大的提高，具有速度可在整个调速范围内连续控制，开、闭环特性好，调速比可达1：100以上，调速精度正负1%，调速平稳，负载突然变化时有极好的动态相应，可以长时间低速运行，使其具有极高的定位精度，节能效果显著，简化了电控系统，省去了电省去了电动机转子侧的大功率电阻、切换交流接触器和电动机正反转交流接触器，再加之系统传动所用变频电机属鼠笼式异步电动机类、成本相对低廉，维修少福建漳州港的MQ4037门座起重机代表了国内港口门坐起重机的主流，具有普遍性，在此作为案例讲解它的电气控制系统。

希望大家能对这种门机有个深入了解关键词：门座起重机、变频器、逆变器、可编程控制器、起升机构、旋转机构、变幅机构、行走机构、交流调速、接触器目 录1、绪论 81.1课题背景及内容 82、MQ4037门座起重机电控系统概述 92.1门机变频控制概述 93、可编程控制器的简单介绍 103.1可编程控制器的定义 103.2可编程控制器的特点 103.3 PLC的控制功能 114、变频调速介绍 134.1交流调速发展概述 134.2交流调速常用的调速方案 134.3变频器调速在起重机上的应用 154.4变频技术简介 165、门机电气控制原理 175.1 MQ4037门机电气控制原理概述 175.2 MQ4037门机的电源控制原理 175.3整流单元 185.4起升机构/行走机构 195.5变幅机构 215.6旋转机构 225.7电缆卷筒电路图分析 24结 论 25致 谢 26参考文献 27附录 28一、绪 论1.1课题背景及内容 随着社会经济的迅速发展，国家外贸货运量的增加，国家港口数量和规模都在不断增大以满足日益增长的巨大要求门座起重机在港口机械钟扮演着重要角色，为国家港口发展起了重大作用。

门座起重机的电气控制系统在不断的改进，使它在各种合理的速度下有效的工作，以提高生产率和确保安全生产二、MQ4037门座起重机电控系统概述2.1门机变频控制概述MQ4037 门座起重机是通过PLC对它的电气部分进行变频控制的门座起重机主要是通过起升,变幅,旋转3种运动的组合,可以在一个环形圆柱体空间实现物品的升降,移动并通过运行机构调整整机的工作位置,故可以在较大的作业范围内满足运移物品的需要.MQ4037门座起重机起升,变幅,旋转,大车行走这4种运动均是通过操作手柄控制的.手柄的方向触点触发运行方向命令,手柄动作时,数字式主令手柄通过绝对值光电编码器发送一个格雷码至PLC远程输入/输出模块.此信号通过PLC软件运算,被校准为手柄零位为0,手柄最大为10000的数,此数值范围为-10000到+10000,与手柄发送的格雷码一一对应,经过匀加减速运算(加减速时间在程序中设定)后送到变频器,当许可逻辑允许时,相应机构按照手柄命令的方向运行,当许可逻辑不允许时一个停止命令将送到变频器,使相应机构产生正常的再生停止.当相应机构碰到减速限位时,它立刻把信号传到PLC,PLC经过处理,把减速信号传到变频器,变频器使相应机构减速.同样,当某机构碰到极限限位时,它立刻把信号传到PLC,PLC经过处理,发出停止信号到变频器使相应机构停止动作.总之,它就是先把控制信号传到PLC,PLC,经过逻辑运算,再把信号传到变频器,使变频器产生相应的频率控制电机转速,进而实现对门机的各机构的控制.三、可编程控制器的简单介绍3.1可编程控制器的定义 可编程控制器是以微处理器为核心,综合计算机技术,自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置.它是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计的.它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数,和算术运算等操作的指令,并通过数字式,模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.3.2可编程控制器的特点 1. 可靠性高,抗干扰能力强 现代PLC采用了集成度很高的微电子器件,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的.为了保证PLC能在恶劣的工业环境下工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施. 2. 编程简单易学 PLC采用与继电器控制线路非常接近的梯形图作为编程语言,它既有继电器电路清晰直观的特点,又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯. 3. 功能完善,适应性强 目前PLC产品已经标准化,系列化和模块化,不仅具有逻辑运算,计时,计数,数序控制等功能,还具有A/D,D/A转换，算术运算及数据处理，通信联网和生产过程监控等功能。

它能根据实际需要，方便灵活的组装成大小各异，功能不一的控制系统：既可控制一台单机，一条生产线，又可以控制一个机群，多条生产线；既可以现场控制，又可以远程控制 针对不同的工业现场信号，如交流或直流，开关量或模拟量，电流或电压，脉冲或电位，强电或弱电等，PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用，紧凑的控制系统 4. 使用简单，调试维修方便 PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（如按钮，开关）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器，电磁阀）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作 PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管调试后再将PLC在现场安装通调调试工作量要比继电器控制系统少得多 PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置一旦发生故障可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障 5. 体积小，重量轻，功耗低 由于PLC采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。

PLC很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想的控制设备3.3 PLC的控制功能 1. 开关量控制 这是PLC最基本的应用领域，可用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制 2. 模拟量控制 目前，很多PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度，压力，速度，流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便大，中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制随着OLC规模的扩大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统 3. 运动控制 运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制，早期PLC通用开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成 4. 数据处理 现代PLC都有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算(函数运算，矩阵运算，逻辑运算)，数据的移位，比较，传递，数值的转换和查表等操作，对数据进行采集，分析和处理 5. 通信联网 通信联网是指PLC与PLC之间，PLC与上位机算计或其它智能设备之间的通信，利用PLC和计算机的RS-232或RS-422接口，PLC的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们连成网络，可以实现信息间的信息交换，构成“集中管理，分散控制”的多级分布式控制系统。

四、变频调速介绍4.1交流调速发展概述 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两大类这两大调速系统一直并存于各个工业领域，虽然各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆，可调速与高精度，宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统然而由于直流电动机有机械换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高，价格昂贵，维护麻烦，是使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠龙式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态相应好，以及易于向高电压，高速和大功率方向发展等优点因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制 随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。

现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度，快响应，大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动交流调速的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美，相抗衡，并有取代的趋势4.2交流调速常用的调速方案由电机学可知，交流异步电动机的转速公式如下： N=60F1(1-S)/Pn式中Pn-- -电动机定子绕组的磁极对数； F1---电动机定子电压供电频率 S----电动机的转差率 从式中可以看出，调节交流异步电动机的转速有三大类方案1. 改变电动机的磁极对数 在供电电源频率F1不变的条件下，通过改接定子绕组的连接方式来改变异步电动机定子绕组的磁极对数Pn，即可改变异步电动机的同步转速N0，从而达到调速的目的这种控制方式比较简单，只要求电动机定子绕组有多个抽头，然后通过触点的通断来改变电动机的磁极对数采用这种控制方式，电动机转速的变化是有级的，不是连续的，一般最多有三档，适用于自动化程度不高，且只需有级调速的场合2. 变频调速当异步电动机的磁极对数Pn一定，转差率s一定时，改变定子绕组的供电频率f1可以达到调速的目的，电动机转速n基本上与电源的频率F1成正比，因此平滑的调节供电电源的频率，就能平滑，无极地调节异步电动机的转速。

变频调速调速范围大，低速特性较硬，基频F=50HZ以下，属于恒转矩调速，在基频以上，属于恒功率调速，与直流电动机的降压和弱磁调速十分相似且采用变频启动更能显著改善交流电动机的启动性能，大幅度降低电机的启动电流，增加启动转矩所以变频调速是交流电动机的理想调速方案3. 变转差率调速改变转差率调速的方法很多，常用的方案有：异步电动机定子调压调速，电磁转差离合器调速。