安川g7变频器在桥式起重机控制的应用
摘 要桥式起重机是横架于货仓、料物和车间上空施行物料吊运的起重设备，因为架在高、陡的水泥柱或金属框架下的端部，以及类似的形状的桥。桥沿线铺设两侧的高架轨道纵向运动，从地面设备的阻碍，充分利用空间下面的桥梁运输材料。桥式起重机是使用规模最大、数目最多的一种机械。电力驱动是普通桥式起重机主要动力，司机一般是在室内操作，也有通过远距离操控的。大重量桥式起重机为方便调整和安装，万向联轴器是常被驱动配置应用的。变频器是利用微电子和变频技术，改变了电机工作的电源频率来控制交流电动机的电力控制装置。滤波、制动单元、整流、检测单元、逆变、驱动和微处理单元等构成了变频器。改变电源的电压由改变电源频率来实现，所需的电源电压是根据电机的实际需求而得来的，所以能够实现它的调速和节能，变频器如过载、过压、过流保护等很多的作用，能够实现保护电机。变频器在工业化和自动化的发展道路上得到了越来越多的使用。可编程逻辑控制器也被叫做PLC，是用来存储编好的程序的存储器，在它的内部可以发出保存程序，执行顺序控制、定时、逻辑运算、算术操作与计数等面向使用者的指示，在机械生产过程中通过数字或者模拟式输入/输出控制来实现控制的全程。在工业矿业企业中桥式起重机是一种使用非常普遍的起重机械传统的接触器一继电器控制系统和串级调速方法存在能耗高、安全性能不高、故障率高、调速功能差等问题，利用西门子公司的S7-300PLC联合日本安川G7变频器对15 /5吨桥式起重机进行了改造。本文比较并且分析了桥式起重机变频和传统调速方式的优点和缺点，简介了安川G7变频器在钢铁公司的桥式起重机上的应用，将通过PLC实现的变频调速系统使用到传统电力拖动系统的技术改良中，从而实现操作稳定，运行效率提升，保障安全使用电机，减少人为操作失误和系统耗能，避免在生产中发生安全事故等功能，具有重要现实意义。还介绍了改造的基本思路及系统构成、变频器的型号选择等问题。桥式起重机在改造后工作稳定，故障率降低，能耗浪费减少并且性能良好。摘 要 2
目 录
ABSTRACT 3
第一章 绪 论 1
1.1传统桥式起重机控制系统的问题 1
1.2桥式起重机调速系统的发展 1
1.3本课题的研究意义及主要内容 2
第二章 变频调速桥式起重机系统功能和硬件设
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
计 4
2.1桥式起重机系统简介及起重机基本数据 4
2.1.1桥式起重机的构造 4
2.1.2桥式起重机运行机构 4
2.2控制系统原理 5
2.3系统硬件构成 5
2.3.1变频器 5
2.3.2可编程控制器 6
第三章 系统的部件选用 8
3.1电机的选用 8
3.1.1变频调速对电机的要求 8
3.1.2电机效率 8
3.1.3电机运行的起动转矩以及功率因数 8
3. 2变频器的选用 9
3.2.1变频器选型 9
3.2.2变频器容量选择 9
3. 3常用辅件的介绍 10
3.3.1接触器 10
3.3.2断路器 10
3.3.3交流电抗器 11
3.3.4制动单元 11
3.3.5制动电阻器 11
第四章 安川G7变频器在桥式起重机控制的应用设计 13
4.1变频器的设计 13
4.1.1安川G7变频器的概述 13
4.1.2变频器的控制方式设定 13
4.1.3变频器主要参数设置 14
4.2桥式起重机拖动系统 15
4.2.1负荷特点 15
4.2.2控制要求 15
4.2.3系统配置 16
第五章 桥式起重机变频调速系统设计 17
5.1总体改造方案 17
5.2系统设计 18
5.2.1运行模块 18
5.2.2制动模块 20
5.2.3调速模块 20
5.3PLC和变频器的连接 21
5.3.1PLC程序I/O表 21
5.3.2旋转编码器 22
5.4改造后的效能 23
结束语 24
致 谢 25
第一章 绪 论
1.1传统桥式起重机控制系统的问题
桥是其中是在工业生产中是用来搬运东西的，伴随着生产效率的速提升，生产水平的不断发展，起重机的使用性能也被要求不断提升。但在实际应用中，桥式起重机的电气控制方式普遍通过传统的主序、继电器触点装置和凸轮控制器控制组成。存在可靠性差、故障率高、维护成本高、维护成本高，维护维修工人数量，谐波污染，对电网功率因数低，电机频繁烧毁在传统凸轮控制器和继电接触器控制的实际操控。因此，除了机械式交流变频调速技术在工业上被广泛使用，在工业上广泛采用交流变频调速技术，桥式起重机属于异步交流电机驱动，速度计的高质量和非常重要。传统桥式起重机控制系统采用转子回路电阻无级调速，会导致机械撞击、变频调速系统具有效率高、振动大、外围控制电路简单、维护工作量大、提高监测和保护性能和运行功能优于传统的交流调速系统。因此，通过无极平滑调速解决问题是非常有用的。
一般桥式起重机有好几种调速方法进行拖动，比如说串级调速;改动极对数变速;直流状态下调速;通过涡流制动器来变速;可控硅的串级变速等。过去的交流调速方法的不足之处有速度控制范围小，速度控制系统的综合性能指标不好，启动限流容易对电压造成很大的影响，往往在额定转速下的机械制动，严重的磨损和撕裂对起重机机构产生了更大的影响，功率因数低于0.20.4的时候是轻载和空载的，以至于在达到满负荷的时候都要低于3/4，而且线路被严重的损耗。虽然可控硅串级变速没有以上的问题，并且的而定转速下降低了制动效果和提高了功率因数，能用低价格实现无极调速，但是串级调速的发展技术还不够成型，他的控制系统还不能做到很好保护功能，监控功能，所以起重机还是要频繁的修理，因为电机电刷，集电环的故障非常多，而且大量的使用了继电器和接触器，造成了大量的维修量，使调速控制系统发生故障非常严重。
1.2桥式起重机调速系统的发展
随着国内外电子技术的迅速发展，使用的计算机和微处理器和生产的集成模块，使控制从模拟控制的单个元件，发展到今天的数字控制。
1.变频调速:变频调速:变频调速，通过改变电机的定子功率频率，实现转速不变。变频调速系统，其主要的变频调速系统，其结构可以分为直流和直流两种类型。变频器直接将变频器转换为频率控制的交流频率，没有中间直流环节，即所谓的间接变换器是通过整流后的第一个交流电源整流成直流，然后通过变频器将变频器控制的频率直接转换，也叫中间直流环节逆变器或交流逆变器。
传统的交流交流变频器采用晶闸管的自然流动，稳定可靠。但交交变频电力频率控制，一般调到1／31／2频率；在传统的大功率电机驱动系统应用广泛，常用于高功率（500kw以上或1000kW）和低速（600r /min）的场合，如轧钢机、球磨机、水泥砖窑。
交流逆变器已被频繁使用，由三部分组成，整流，滤波和逆变器。经过三期交流整流桥整流直流和脉冲直流电压平滑滤波器，微处理器控制，逆变器的直流电压和频率可调三相交流电源，输出到电机的速度要求。因为电原理是与速度和功率的频率成正比，通过变频器可以任意改变电源的输出频率，从而调整电机的转速，实现无级调速，是变频器中使用最广泛的变频器。
2.交流调速控制系统:交流传动仍然被多数用在起重机控制中，大部分带年纪转子都是被广泛应用在绕组电机中。在很早很早以前，外国就开始研究晶闸管定子调压以及调速技术。而且这项技术已经越来越成熟。好多国家的公司都在大力研究这项技术，微电子技术不断发展，电力电子技术的发展，让原来独立的模块发展成大规模的集成电路，自动控制向着智能，标准，精确的方向发展。并且可以控制数字化模拟量。
1.3本课题的研究意义及主要内容
传统桥式起重机控制系统分为继电器触点控制系统，工作环境恶劣，工作任务繁重，桥式起重机电机和串联电阻烧断和断裂失效；继电接触器控制系统可靠性高、操作复杂、故障率高。转子对速度控制电阻，机械性能和负载变化率的不理想，具有长期发热、低功耗、高效率等特性。
只有彻底改变传统的控制方法，才能从根本上解决这些问题。最近几年随着计算机和电力电子技术水平的不断上升，能够实现解决传统桥式起重机里面的问题，并且可靠性高、性能好、性能高、节能效果显著。在重型机械行业有着广阔的发展前景。
变频调速技术在桥式起重机发展中比较落后。不过无论是在新的系统还是老的系统中，变频调速技术都非常受欢迎。因为变频调速的装置是很先进的，技术也是一流的，就算在条件比较差的工作环境中也能使起重机调速效率变高，提高它的工作效率并且减少起重机损耗，这是非常有用的，提高了行车的安全性和可靠性。但是实现变频调速还是有难点的，比如说起重机的工作效率和稳定性能要求越来越高了，起重机运行速度和自动化程度也在不断提高，对起重机的运行和管理控制要求也越来越高。
目 录
ABSTRACT 3
第一章 绪 论 1
1.1传统桥式起重机控制系统的问题 1
1.2桥式起重机调速系统的发展 1
1.3本课题的研究意义及主要内容 2
第二章 变频调速桥式起重机系统功能和硬件设
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
计 4
2.1桥式起重机系统简介及起重机基本数据 4
2.1.1桥式起重机的构造 4
2.1.2桥式起重机运行机构 4
2.2控制系统原理 5
2.3系统硬件构成 5
2.3.1变频器 5
2.3.2可编程控制器 6
第三章 系统的部件选用 8
3.1电机的选用 8
3.1.1变频调速对电机的要求 8
3.1.2电机效率 8
3.1.3电机运行的起动转矩以及功率因数 8
3. 2变频器的选用 9
3.2.1变频器选型 9
3.2.2变频器容量选择 9
3. 3常用辅件的介绍 10
3.3.1接触器 10
3.3.2断路器 10
3.3.3交流电抗器 11
3.3.4制动单元 11
3.3.5制动电阻器 11
第四章 安川G7变频器在桥式起重机控制的应用设计 13
4.1变频器的设计 13
4.1.1安川G7变频器的概述 13
4.1.2变频器的控制方式设定 13
4.1.3变频器主要参数设置 14
4.2桥式起重机拖动系统 15
4.2.1负荷特点 15
4.2.2控制要求 15
4.2.3系统配置 16
第五章 桥式起重机变频调速系统设计 17
5.1总体改造方案 17
5.2系统设计 18
5.2.1运行模块 18
5.2.2制动模块 20
5.2.3调速模块 20
5.3PLC和变频器的连接 21
5.3.1PLC程序I/O表 21
5.3.2旋转编码器 22
5.4改造后的效能 23
结束语 24
致 谢 25
第一章 绪 论
1.1传统桥式起重机控制系统的问题
桥是其中是在工业生产中是用来搬运东西的，伴随着生产效率的速提升，生产水平的不断发展，起重机的使用性能也被要求不断提升。但在实际应用中，桥式起重机的电气控制方式普遍通过传统的主序、继电器触点装置和凸轮控制器控制组成。存在可靠性差、故障率高、维护成本高、维护成本高，维护维修工人数量，谐波污染，对电网功率因数低，电机频繁烧毁在传统凸轮控制器和继电接触器控制的实际操控。因此，除了机械式交流变频调速技术在工业上被广泛使用，在工业上广泛采用交流变频调速技术，桥式起重机属于异步交流电机驱动，速度计的高质量和非常重要。传统桥式起重机控制系统采用转子回路电阻无级调速，会导致机械撞击、变频调速系统具有效率高、振动大、外围控制电路简单、维护工作量大、提高监测和保护性能和运行功能优于传统的交流调速系统。因此，通过无极平滑调速解决问题是非常有用的。
一般桥式起重机有好几种调速方法进行拖动，比如说串级调速;改动极对数变速;直流状态下调速;通过涡流制动器来变速;可控硅的串级变速等。过去的交流调速方法的不足之处有速度控制范围小，速度控制系统的综合性能指标不好，启动限流容易对电压造成很大的影响，往往在额定转速下的机械制动，严重的磨损和撕裂对起重机机构产生了更大的影响，功率因数低于0.20.4的时候是轻载和空载的，以至于在达到满负荷的时候都要低于3/4，而且线路被严重的损耗。虽然可控硅串级变速没有以上的问题，并且的而定转速下降低了制动效果和提高了功率因数，能用低价格实现无极调速，但是串级调速的发展技术还不够成型，他的控制系统还不能做到很好保护功能，监控功能，所以起重机还是要频繁的修理，因为电机电刷，集电环的故障非常多，而且大量的使用了继电器和接触器，造成了大量的维修量，使调速控制系统发生故障非常严重。
1.2桥式起重机调速系统的发展
随着国内外电子技术的迅速发展，使用的计算机和微处理器和生产的集成模块，使控制从模拟控制的单个元件，发展到今天的数字控制。
1.变频调速:变频调速:变频调速，通过改变电机的定子功率频率，实现转速不变。变频调速系统，其主要的变频调速系统，其结构可以分为直流和直流两种类型。变频器直接将变频器转换为频率控制的交流频率，没有中间直流环节，即所谓的间接变换器是通过整流后的第一个交流电源整流成直流，然后通过变频器将变频器控制的频率直接转换，也叫中间直流环节逆变器或交流逆变器。
传统的交流交流变频器采用晶闸管的自然流动，稳定可靠。但交交变频电力频率控制，一般调到1／31／2频率；在传统的大功率电机驱动系统应用广泛，常用于高功率（500kw以上或1000kW）和低速（600r /min）的场合，如轧钢机、球磨机、水泥砖窑。
交流逆变器已被频繁使用，由三部分组成，整流，滤波和逆变器。经过三期交流整流桥整流直流和脉冲直流电压平滑滤波器，微处理器控制，逆变器的直流电压和频率可调三相交流电源，输出到电机的速度要求。因为电原理是与速度和功率的频率成正比，通过变频器可以任意改变电源的输出频率，从而调整电机的转速，实现无级调速，是变频器中使用最广泛的变频器。
2.交流调速控制系统:交流传动仍然被多数用在起重机控制中，大部分带年纪转子都是被广泛应用在绕组电机中。在很早很早以前，外国就开始研究晶闸管定子调压以及调速技术。而且这项技术已经越来越成熟。好多国家的公司都在大力研究这项技术，微电子技术不断发展，电力电子技术的发展，让原来独立的模块发展成大规模的集成电路，自动控制向着智能，标准，精确的方向发展。并且可以控制数字化模拟量。
1.3本课题的研究意义及主要内容
传统桥式起重机控制系统分为继电器触点控制系统，工作环境恶劣，工作任务繁重，桥式起重机电机和串联电阻烧断和断裂失效；继电接触器控制系统可靠性高、操作复杂、故障率高。转子对速度控制电阻，机械性能和负载变化率的不理想，具有长期发热、低功耗、高效率等特性。
只有彻底改变传统的控制方法，才能从根本上解决这些问题。最近几年随着计算机和电力电子技术水平的不断上升，能够实现解决传统桥式起重机里面的问题，并且可靠性高、性能好、性能高、节能效果显著。在重型机械行业有着广阔的发展前景。
变频调速技术在桥式起重机发展中比较落后。不过无论是在新的系统还是老的系统中，变频调速技术都非常受欢迎。因为变频调速的装置是很先进的，技术也是一流的，就算在条件比较差的工作环境中也能使起重机调速效率变高，提高它的工作效率并且减少起重机损耗，这是非常有用的，提高了行车的安全性和可靠性。但是实现变频调速还是有难点的，比如说起重机的工作效率和稳定性能要求越来越高了，起重机运行速度和自动化程度也在不断提高，对起重机的运行和管理控制要求也越来越高。
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