塔式起重机plc系统的设计与分析
【】在现在的工厂里，塔式起重机已经成为必不可少的东西。在以下的说明里，详细介绍了关于电气控制系统设计的内容、整体方案和元件选择、控制程序、程序调试、图纸绘制等具体设计内容。从整个设计成果来看，大体可分为主起升机构控制、副起升机构控制、大车机构控制、小车机构控制这四个部分，每一部分又包括它的主回路控制和控制电路的控制。每一部分的控制是通过用凸轮控制器及断路器等的触点对。PLC 输入开关信号，再用 PLC 的输出来控制变频器的开关量，最后由变频器来控制电动机的正反转和频率速度的大小。而 PLC 和变频器的使用，改善了以往传统的电气控制的机械性能软、调速性能差、浪费电能等种种不足，同时提高了整个系统的可靠性和抗干扰能力，同时使得系统简便易操作，易于维修和改造。
目录
引言 3
一、总体方案论证 4
（一）驱动装置 4
（二）调速装置 5
（三）制动装置 6
（四）控制装置 6
二、塔式起重机电气控制系统设计 7
（一）电气元件的选型计算 7
（二）变频器的选型与计算 8
（三）其他电器元件 9
（四）电气原理图设计 10
（五）控制电路设计 11
三、PLC 的软件设计 12
（一）程序编写 12
（二）程序调试 12
（三）接线图设计 14
总结 16
参考文献 17
致辞 18
附录 19
引言
塔式起重机是塔架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的塔架型起重机，俗称天车。多用于室内，由塔架、起升机构、小车运行机构、大车运行机构等部分组成。
传统的塔式起重机大车机构、小车机构和起升机构在各部分控制装置的选型是一样的，都是采用绕线转子电动机作为驱动装置，调速装置采用凸轮控制器通过转子电阻调速，制动装置采用电磁抱闸制动器中的制动电磁铁进行机械制动。但是这种控制方法存在着种种的缺陷，如转子串电阻调速机械特性软，负载变化时转速也跟着变，调速性能差；电阻长期发热，造成电能的浪费，耗费能量大，效率低等等。那么，为了简化结构，优化起重机的性能，方便人们对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
起重机的控制，要对塔式起重机作出符合现在的发展水平的新设计。
本次设计的给定参数为：1. 主/副钩额定起重重量 50/10 吨 2. 起升高度 12m
一、总体方案论证
（一）驱动装置
目前能够使用且较为频繁地在起重机上使用的电动机有以下几种：锥形电动机、笼型转子三相异步交流电动机、绕线转子三相交流异步电动机、变频电动机。
锥形电动机的最大特点是把电动机和制动器合为一体，因此安全性能相当好，并同时具有启动制动力矩小、体积小、使用方便等特点。与此同时，它的缺点也是相当明显的，在同样的条件下，锥形电机电流大，效率低，负载持续率低，不方便使用变频器对其进行控制。机构性能要求较高时，也不宜采用锥形电动机。因此，锥形电动机在起重行业尤其是电动葫芦等起重设备上得到广泛应用。
笼型转子三相异步电动机的最大优点是构造简单、运行可靠、价格便宜、可直接启动，其缺点是启动转矩小，启动电流大，启动性能很差，很难适应启动次数频繁且需启动转矩大的场合，故常用于小容量、使用不频繁、启动次数不多等情况的设备上。
绕线转子三相异步电动机拥有较大的启动转矩和较小的启动电流，并能实现频繁的满负荷快速启动。但是从全球观念看，绕线转子电动机是已经被淘汰的，不过在国内，很多新的起重机项目中仍然会使用到它。
变频电动机有两种，传统变频电动机能够在变频器 V/F 控制模式或者电压矢量控制模式下在低频运行时输出满力矩，并满足变频驱动对电动机的其他要求，但是其过载能力远低于其他类型的电动机，一般只有 1.5 倍。新型变频电动机即冶金起重专用型变频电动机则针对变频驱动的要求对其进行了改善，使之能够满足绝缘等级和长时间低速运行散热的需要，能够在需要的高转速下运行。而其过载能力也相比传统的变频电动机有了较大的提升。
根据对现在市场上的起重机的电动机的调查搜索，我发现目前使用最多的还是笼型转子电动机和绕线转子电动机。但是根据它们的性能和起重机的工作要求可得知： 笼型电动机并不适合起重机频繁启动的需要，更由于它的启动转矩不大使得它无法满足 50t 起重量的重任，因此，笼型起重机并不合适。而绕线式电动机虽然说能够满足起重机的需求，且其价钱远低于变频电动机，但是由于它的寿命以及性能并非最好的等等问题，它已经渐渐被市场和人们的观念所淘汰，因此，绕线电动机并不是最合适的。锥形电动机虽然说其有启动制动力矩小等问题，但由于其驱动制动合一的特点， 使得它的制动效果相当显著，安全性能相当好，体积小使用方便等，但有一点，就是锥形电动机的启动制动转矩相当小，那么当提升重物时，惯性转矩很大，并且锥形电动机若是和变频器一同使用会损坏到变频器的寿命，这种种问题让锥形电动机变得最好不要和变频器一起使用。而对于新型变频电动机或者说冶金起重专用变频电动机， 虽然说这种电动机的价格会较为昂贵，且其过载能力相对于其他电动机来说较低，但是它能够满足变频调速的种种需要，相比起其他电动机来说是优势尽显，而变频调速是现如今最理想的调速方式，因此我把变频电动机作为起升装置以及大小车运行装置使用的电动机。
（二）调速装置
调速装置是必不可少的。它的主要功能可以简单地用六个字概括：调速度、增转矩。调速装置中，减速器是必须的。选择功率再大的电机输出的转矩也不足以供给起重机的需要，这时候必须通过减速器的齿轮结构使得转矩增大，使得其产Th的转矩能够满足起重机工作的需要。并且当需要输出同样大的转矩的时候，电动机加上减速器的成本是比单独使用电动机的成本小的。而其他的调速装置如凸轮控制器、变频器等也是必要的。若不采用这些装置，仅仅能够增大转矩，却不能满足实际应用的需求。比如说满载时需要低速慢行，需要大的转矩，但是空车时就不需要这些了，时间也是一种成本，因此此时需要的是就尽可能快的回车，准备进行下一次操作。这样就至少需要两个速度。再加上负载不同，需要的速度自然也不一样，因此调速装置至少应当设置三到五个速度。
目录
引言 3
一、总体方案论证 4
（一）驱动装置 4
（二）调速装置 5
（三）制动装置 6
（四）控制装置 6
二、塔式起重机电气控制系统设计 7
（一）电气元件的选型计算 7
（二）变频器的选型与计算 8
（三）其他电器元件 9
（四）电气原理图设计 10
（五）控制电路设计 11
三、PLC 的软件设计 12
（一）程序编写 12
（二）程序调试 12
（三）接线图设计 14
总结 16
参考文献 17
致辞 18
附录 19
引言
塔式起重机是塔架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的塔架型起重机，俗称天车。多用于室内，由塔架、起升机构、小车运行机构、大车运行机构等部分组成。
传统的塔式起重机大车机构、小车机构和起升机构在各部分控制装置的选型是一样的，都是采用绕线转子电动机作为驱动装置，调速装置采用凸轮控制器通过转子电阻调速，制动装置采用电磁抱闸制动器中的制动电磁铁进行机械制动。但是这种控制方法存在着种种的缺陷，如转子串电阻调速机械特性软，负载变化时转速也跟着变，调速性能差；电阻长期发热，造成电能的浪费，耗费能量大，效率低等等。那么，为了简化结构，优化起重机的性能，方便人们对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
起重机的控制，要对塔式起重机作出符合现在的发展水平的新设计。
本次设计的给定参数为：1. 主/副钩额定起重重量 50/10 吨 2. 起升高度 12m
一、总体方案论证
（一）驱动装置
目前能够使用且较为频繁地在起重机上使用的电动机有以下几种：锥形电动机、笼型转子三相异步交流电动机、绕线转子三相交流异步电动机、变频电动机。
锥形电动机的最大特点是把电动机和制动器合为一体，因此安全性能相当好，并同时具有启动制动力矩小、体积小、使用方便等特点。与此同时，它的缺点也是相当明显的，在同样的条件下，锥形电机电流大，效率低，负载持续率低，不方便使用变频器对其进行控制。机构性能要求较高时，也不宜采用锥形电动机。因此，锥形电动机在起重行业尤其是电动葫芦等起重设备上得到广泛应用。
笼型转子三相异步电动机的最大优点是构造简单、运行可靠、价格便宜、可直接启动，其缺点是启动转矩小，启动电流大，启动性能很差，很难适应启动次数频繁且需启动转矩大的场合，故常用于小容量、使用不频繁、启动次数不多等情况的设备上。
绕线转子三相异步电动机拥有较大的启动转矩和较小的启动电流，并能实现频繁的满负荷快速启动。但是从全球观念看，绕线转子电动机是已经被淘汰的，不过在国内，很多新的起重机项目中仍然会使用到它。
变频电动机有两种，传统变频电动机能够在变频器 V/F 控制模式或者电压矢量控制模式下在低频运行时输出满力矩，并满足变频驱动对电动机的其他要求，但是其过载能力远低于其他类型的电动机，一般只有 1.5 倍。新型变频电动机即冶金起重专用型变频电动机则针对变频驱动的要求对其进行了改善，使之能够满足绝缘等级和长时间低速运行散热的需要，能够在需要的高转速下运行。而其过载能力也相比传统的变频电动机有了较大的提升。
根据对现在市场上的起重机的电动机的调查搜索，我发现目前使用最多的还是笼型转子电动机和绕线转子电动机。但是根据它们的性能和起重机的工作要求可得知： 笼型电动机并不适合起重机频繁启动的需要，更由于它的启动转矩不大使得它无法满足 50t 起重量的重任，因此，笼型起重机并不合适。而绕线式电动机虽然说能够满足起重机的需求，且其价钱远低于变频电动机，但是由于它的寿命以及性能并非最好的等等问题，它已经渐渐被市场和人们的观念所淘汰，因此，绕线电动机并不是最合适的。锥形电动机虽然说其有启动制动力矩小等问题，但由于其驱动制动合一的特点， 使得它的制动效果相当显著，安全性能相当好，体积小使用方便等，但有一点，就是锥形电动机的启动制动转矩相当小，那么当提升重物时，惯性转矩很大，并且锥形电动机若是和变频器一同使用会损坏到变频器的寿命，这种种问题让锥形电动机变得最好不要和变频器一起使用。而对于新型变频电动机或者说冶金起重专用变频电动机， 虽然说这种电动机的价格会较为昂贵，且其过载能力相对于其他电动机来说较低，但是它能够满足变频调速的种种需要，相比起其他电动机来说是优势尽显，而变频调速是现如今最理想的调速方式，因此我把变频电动机作为起升装置以及大小车运行装置使用的电动机。
（二）调速装置
调速装置是必不可少的。它的主要功能可以简单地用六个字概括：调速度、增转矩。调速装置中，减速器是必须的。选择功率再大的电机输出的转矩也不足以供给起重机的需要，这时候必须通过减速器的齿轮结构使得转矩增大，使得其产Th的转矩能够满足起重机工作的需要。并且当需要输出同样大的转矩的时候，电动机加上减速器的成本是比单独使用电动机的成本小的。而其他的调速装置如凸轮控制器、变频器等也是必要的。若不采用这些装置，仅仅能够增大转矩，却不能满足实际应用的需求。比如说满载时需要低速慢行，需要大的转矩，但是空车时就不需要这些了，时间也是一种成本，因此此时需要的是就尽可能快的回车，准备进行下一次操作。这样就至少需要两个速度。再加上负载不同，需要的速度自然也不一样，因此调速装置至少应当设置三到五个速度。
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