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0.2~70吨左右,它的提升的高度一般为
2.5~25米左右它由电动机、传动带和链轮机构或卷筒组成,一般可以分为钢丝绳的电动葫芦和环链的电动葫芦这两种环链的电动葫芦可以分为国产电动葫芦或进口电动葫芦;钢丝绳的电动葫芦一般有MD1型或CD1型;轻小型电动葫芦、升降机、钢丝绳的提升机设备电动葫芦的主要的结构有减速的装置,运行的机构,吊钩的装置,卷筒的装置,联轴设备,缆线电流的接入器,限位开关,电动机可以采用是锥形转子型的电动机,集制动力和动力两种功能电动葫芦的使用安装电动葫芦有门式起重机,单梁的起重机,桥式起重机,悬挂起重机要是进行系统的设计改造,还能作卷扬功能因此,它是提高了劳动的效率改善了劳动条件的必备电气设备随着近几年我国的发展经济速度越来越快,我国生产车间、企业工厂也是越来越多所以,对电动葫芦的研究深入设计,研制性能更加好的电动葫芦起重系统是非常重要的一个功能强大的电动葫芦起重系统可以大大的提高一个生产车间的生产效率,同时还能保证操作者控制和使用者的安全继电器可以用来当做电控制的装置,是当输入的量变化值达到了规定的要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器它达具有被控制系统和控制系统之间相互动作的关系一般都应用在自动化电气的控制电路中,它实际上就是用小的电流去改变大的电流运行的一种“自动开关”所以在电路中有着转换电路、安全保护、自我调节的作用用继电器组成的控制系统具有着组装方便,价格经济等优点而PLC是在传统的继电器控制基础上发展起来的,它具有功能完备、可靠性高、使用灵活方便的优点本论文主要介绍了此次设计的电动葫芦电气控制系统的设计过程、具体原理、调试过程和最终结果;还有实物硬件接线的具体过程、所遇到的的问题以及解决方法和最终结果等1绪论
1.1研究目的与意义电动葫芦是常见的起重设备,长期以来,电动葫芦的设计、制造、使用不重视能耗等因素,能源的浪费在所难免而随着科学技术的革新与经济不断的发展,生产工艺的不断进步和改进,尤其是计算机技术的应用,新型控制系统的出现,不断改变着电气控制技术的面貌,设计一个简单并且性能优良的控制系统,更能适应经常变动的生产性能要求,取得更好的经济效益是本设计的意义
1.2国内外现状电动葫芦是结合电动机,减速机和钢丝绳卷筒(或环链)为一体的一种小型起重设备,大多数还带有行走小车,配合单梁桥式或门式起重机,组成一个完整的起重机械电动葫芦的主体,是钢丝绳卷筒居中,一端是电动机,通过中间的转动轴,将动力传递到另一端的减速机,减速机带动卷筒(或环链)钢丝绳起重现在电动葫芦的电动机多采用锥形转子电动机,这种电动机能够在断电时自行制动以电动葫芦作为起升机构的起重机统称为葫芦式起重机这种起重机的核心是电动葫芦,并多为钢丝绳电动葫芦和环链式电动葫芦,以往电动葫芦除了作为单轨架空悬挂轨道起重运输设备用之外,多用来与电动单梁起重机和电动单梁悬挂起重机配套,用于车间,仓库等场所,随着电动葫芦性能参数的扩展,从80年代开始,这种葫芦式起重机已不再局限于作为轻小起重设备,大起重量的电动葫芦桥式起重机有代替起重量100t以下的轻,中工作级别的普通桥式起重机的趋势,因为这种起重机自重轻,建筑高度低随着电动葫芦结构形式的更新,特别是电动葫芦运行小车出现了多种形式的支撑和悬挂方式,大大促进了葫芦式起重机的品种类型的增多与应用范围的扩大,80年代在国外,特别是德国,芬兰,日本,英国,法国及保加利亚等国家的厂家,不禁相继研制生产出性能新进的电动单梁,悬挂和电动葫芦桥式起重机,还派生出先进适用的葫芦门式起重机,葫芦式抓斗起重机,葫芦吊钩抓斗两用起重机,葫芦吊钩抓斗电磁三用起重机,葫芦式旋臂起重机葫芦式壁行起重机,葫芦桥式堆垛起重机及立体仓库用葫芦式巷道堆垛起重机葫芦式起重机品种,类型,规格的不断扩展及在起重运输设备中所占比例的增加,将使各种类型的葫芦式起重机形成一种独立而重的起重运输设备体系电动葫芦作为一种轻小型的起重设备,广泛用于国名经济的各个领域,而国内电动葫芦近几年的发展却十分缓慢上世纪60年代到70年代初,我国从前苏联引进TV型钢丝绳电动葫芦,70年代初我国自行设计了CD1型钢丝绳电动葫芦取代TV型钢丝绳电动葫芦,至目前为止CD1型电动葫芦在国内生产制造,使用已达30多年历史,期间,曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术,但均未获得广泛的推广应用电动葫芦主要分为微型电动葫芦,HHXG型环链电动葫芦,HC型电动葫芦,DHP型环链电动葫芦,CD
1、MD1型钢丝绳电动葫芦等
1.3本文研究内容如图1-1所示,它是由两个结构上相互联系的升降机构和移动装置组成,分别由升降电动机和移动电动机拖动升降机构电动机通过减速箱拖动钢丝卷筒升降的钢丝卷筒1由电动机2经减速箱3拖动,住传动轴和电磁制动器4的锥形圆盘相连接电动葫芦是借导轮的作用在工字梁上来回移动,而导轮由另一台电动机5经圆柱形减速箱驱动电动的行走机构设有电磁制动器,并用机械撞块限制前后两个方向的移动行程电磁制动器对主传动轴制动,在升降吊钩的极限位置装有行程限位开关,移动机构电动机经减速箱拖动行走导轮,行走导轮可以在工字轨道上来回滚动当它超出行程时,行程限制开关进行限位保护为了安全,电动葫芦采用电动控制,当操作人员离开岗位时,为了安全,电动葫芦就自动停车,避免事故发生图1-1电动葫芦结构图2系统方案设计论证
2.1方案论证目前电气系统控制常用的方法有两种分别为基于PLC的控制系统和基于继电器的控制系统这两种控制方式的基本原理都是差不多的,都是用PLC和继电器作为系统的中枢达到自动运行以及手动控制的目的电动葫芦控制系统结构并不复杂,其基本原理是两台电动机的正反转
2.2设计目标本设计的目标是利用继电器控制系统和PLC控制系统设计出一套电动葫芦的控制系统,并且在保证使用者安全的前提下实现电动葫芦起重机的上升、下降、左移、右移和抱闸等功能
2.3系统流程如图2-1所示,按下启动按钮后,吊钩开始下降,下降到低位停止当操作者按下上升、下降、左移、右移任意一个按钮时,吊钩将会按照指定的方向移动吊钩碰到限位开关后停止等待操作者的下一个命令当系统中控制吊钩上升和下降的电动机处于停运状态,控制吊钩左移和右移的电机也处于停运状态时,抱闸系统就会抱闸图2-1电动葫芦电气控制系统流程图3硬件系统设计
3.1继电器
3.
1.1继电器的概述继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用继电器是具有隔离功能的自动开关元件,广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一继电器一般都有能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分);有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分);在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)
3.
1.2继电器的历史与前景继电器如图3-1所示,它起源于20世纪60年代中后期,是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的60年代中期,有人提出用小型计算机实现继电保护的设想,但是由于当时计算机的价格昂贵,同时也无法满足高速继电保护的技术要求,因此没有在保护方面取得实际应用,但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量研究,为后来的继电保护发展奠定了理论基础计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破,大规模集成电路技术的飞速发展,使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段价格的大幅度下降,可靠性、运算速度的大幅度提高,促使计算机继电保护的研究出现了垃圾在70年代后期,出现了比较完善的微机保护样机,并投入到电力系统中试运行80年代,微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟,并已在一些国家推广应用90年代,电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代,它是继电保护技术发展历史过程中的第四代我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期,尽管起步晚,但是由于我国继电保护工作者的努力,进展却很快经过10年左右的奋斗,到了80年代末,计算机继电保护,特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度我国对计算机继电保护的研究过程中,高等院校和科研院所起着先导的作用从70年代开始,华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定,并在系统中获得应用,揭开了我国继电保护发展史上的新一页,为微机保护的推广开辟了道路在主设备保护方面,东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机-变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定,投入运行南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护,西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色,为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置因此到了90年代,我国继电保护进入了微机时代随着微机保护装置的研究,在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果,并且应用于实际之中看到继电器的历史,感觉继电器好像离我们生活很远似的其实不然,我们平常生活中就接触了很多继电器,只是我们并不知道它是由于继电器的工作原理而产生工作的举个例子,我们生活中接触的最多的就是电磁继电器它主要应用在3个领域,分别是汽车领域、家用电器、工业控制继电器就拿家用电器来说,它主要应用于控制压缩机电动机、风扇电动机和冷却泵电动机,以执行相关的控制功能继电器无论在生活还是在工业生产中都发挥着巨大的作用,那么他的前景会如何呢?近年来,随着电子信息产业的飞速发展,作为基础元件的继电器被广泛应用在家电、通信、汽车、仪器仪表、机器设备、航空航天等自动化控制领域最近的统计数据显示,在电子元件产品中,继电器已经成为第一大产品图3-1继电器
3.2PLC
3.
2.1PLC的概述可编程逻辑控制器简称PLC,它是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的,然后逐渐发展成为了以微处理器为核心,把自动控制的技术、通信技术与计算机技术融为一体的新型工业自动控制的装置简单的来说PLC就是一台微型计算机,PLC能专为工业控制应用而设计制作的一种控制的装置它具有很多的输入输出的接口,并且有很高的驱动的能力而在实际的生产中PLC并不单一的对某种工业的应用,在实际的应用过程中,它要根据硬件的需要来选用配置,软件编程也根据控制要求进行设计
3.
2.2PLC的历史与前景1969年,美国数字设备公司研制了世界第一台可编程控制器,在美国的汽车生产线上首次应用成功,并实现了生产的自动控制从此,这项技术迅速在世界各国得到推广和使用,而我们国家在1974年也成功的研制出了第一台PLC,在1977年开始进行工业推广应用到了20世纪70年代初,出现微处理器,很快就被引入到可编程控制器中,是PLC增加了数据传输、运算和处理的功能,完成真正意义上有计算机特征的工业控制装置20世纪80年代初期,PLC在先进的国家中获得了广泛的应用很多国家生产PLC日益增多,这标志着PLC进入了成熟的阶段到了20世纪末期,PLC的发展更加的适用现代工业的需要这个时期,适用PLC的工业控制的配套更加简单,它的功能强大,所以成为了实现自动化生产、自动化管理的重要支柱如图3-1所示,为PLC的外部接口图图3-1PLC外部接口图
3.3其他元器件
(1)空气开关空气开关,又可以叫空气断路器,它是断路器其中的一种是一种电路中电流超过额定电流会自动断路的开关空气开关是低电压和电力拖动系统中很重要的一种电器设备,它能控制和执行多种保护功能除了完成接触和能分开断电路以外,还能对电路或电气设备发生短路、过载和欠电压时进行保护,当然也可以用在不频繁地控制系统电路中
(2)按钮开关按钮开关是能用作启动、停止、正转反转、变速和互锁等的基本控制的控制中一般每一个按钮开关都有两对触点每一对触点由一个常开接触点和一个常闭接触点组合而成当按下按钮开关时,这两对触点会同时执行动作,当常闭触点断开时,常开触点就闭合为了避免操作失误,会标明各个按钮开关的作用,将按钮开关帽制成不同的颜色,方便区分,一般的颜色有红、绿、黄等红色一般表示停止,绿色一般表示启动,如图3-2为按钮开关图3-2按钮开关
(3)指示灯指示灯的亮灭能表示系统控制的工作状态,在系统中加入指示灯,系统执行不同的输入或输出时,有了指示灯的显示功能,可以让我们知道系统的工作情况
(4)限位开关限位开关又能叫做行程开关,它能安装在相对静止的物体上或者可以安装运动的物体上当动物接近静物时,开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关
(5)电源开关电源开关是能将交流转为直流的电气设备,还具有开关变压器,当电气设备输入的电压高于用电设备的额定电压时,接入电源开关,可以降低输入电压,输出在电路中的用电设备所需要的工作电压,以达到用电设备的正常使用
3.4元件选型原则
3.
4.1断路器的选择a般低压断路器的选择
(1)低压断路器的额定电压不小于线路额定电压
(2)低压断路器的额定电流不小于线路的计算负载电流
(3)低压断路器的极限通断能力不小于线路中最大的短路电流
(4)线路末端单项地短路电流/低压断路器瞬时(或短延时)脱口整电流≥
1.
25.
(5)脱口电流的额定电流不小于线路的计算电流
(6)欠压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压b,配电用低压断路器的选择长延时动作电流整定值等于
0.8-1倍导线允许载流量
(2)3倍延时动作电流整定值的返回时间不小于线路中最大启动电流的电动机启动时间
(3)短延时的延时时间按被保护对象的热稳定校核
(4)无短延时时,瞬时电流整定值不小于
1.1倍级下级开关进线瑞计算短路电流值c,电动机保护用低电压断路器的选择长延时电流整定值等于电动机的额定电流6倍长延时电流整定值的可返回时间不小于电动机的实际启动时间按启动时负载的轻重,可选用可返回时间为
1、
3、
5、
8、15s中的某一档瞬时整定电流笼型电动机为(8~15)倍脱口器额定电流绕线转子电动机时为(3~6)倍脱扣器额定电流d,照明用低压断路器选择长延时整定值不大于线路计算负载电流瞬时动作整定值等于(6~20)倍线路计算负载电流4系统软件设计
4.1控制系统接线设计如图4-1所示,U、V、W三相交流电连接隔离开关QS为了保证系统安全运行,还需要在隔离开关QS后再接上三个熔断器FU图4-1中左半部分为电动葫芦电气控制系统的工作电路部分,M1和M2是两台三相鼠笼式异步电动机它们为吊钩的移动提供动力M1和M2分别经继电器KM1和KM
2、继电器KM3和KM4接入三相电U、V、W图4-1中的左半部分是电动葫芦电气控制系统的控制电路部分,由U、V两相提供220V交流电源,为了在故障时及时断电,因此首先在U、V两相上分别接了一个熔断器FU,接着由U相引出四条线,分别接按钮SB1的常开触点、按钮SB1的常闭触点、按钮SB3的常开触点、按钮SB3的常闭触点然后按钮SB1的常开触点接按钮SB2的常闭触点,按钮SB1的常闭触点接按钮SB2的常开触点,按钮SB1与按钮SB2形成了互锁接着按钮按钮SB3的常开触点接按钮SB4的常闭触点,按钮SB3的常闭触点接按钮SB4的常开触点,按钮SB3与按钮SB4形成了互锁然后四条线分别连接限位开关SQ、SQ
2、SQ
3、SQ4最后四个限位开关接至V相形成回路
4.2控制系统运行过程
4.
2.1工作电路运行过程如图4-1所示,图中的左半部分为工作电路当继电器KM1得电时,电流经常开触点KM1流入电动机M1,电动机M1带动吊钩上升当继电器KM2得电时,电流经常开触点KM2流入电动机M1,同时KM1会断开,电动机M1带动吊钩下降当继电器KM3得电时,电流经常开触点KM3流入电动机M2,电动机M2带动吊钩右移当继电器KM4得电时,电流经常开触点KM4流入电动机M2,同时KM3会断开,电动机M2带动吊钩左移当继电器KM1或KM2失电时,也就是说吊钩在上行或下行的过程中电动机停止了运行,此时抱闸线圈YB就会生效,防止吊钩下坠
4.
2.2控制电路运行过程如图4-1所示,图中的右半部分为控制电路按SB
1、SB
2、SB
3、SB4分别控制吊钩的上升、下降、左移、右移当操作者按下任意一个按钮后,相应的线圈(KM1~KM4)就会得电,从而控制对应的电机完成相应的功能并且按钮SB1与SB2互锁,KM1与KM2也互锁,也就是说电机M1一次只能完成一个功能(驱动吊钩上升或下降)按钮SB3与SB4互锁,KM3与KM4也互锁,同理电机M2一次也只能完成一个功能(驱动吊钩左移或右移)这样可以保证操作的安全性与正确性图4-1电气原理图
4.3基于PLC控制设计为了满足控制系统的需要,本次选用的PLC为三菱FX2N系列PLC,它有25路输入,25路输出,而本设计只需要10路输入,11路输出,完全满足了控制设计需要如表5-1为分配表,如图5-2为外部接线图,如图5-
3、图5-4为程序梯形图表5-1分配表输入输出X0启动Y0上升X1停止Y1下降X2上升Y2左移X3下降Y3右移X4左移Y4上升指示灯X5右移Y5下降指示灯X6上限位Y6左移指示灯X7下限位Y7右移指示灯X10左限位Y10启动指示灯X11右限位Y11停止指示灯Y12抱闸指示灯通过上表,能看出各个按钮开关,输入及输出分别的作用图5-2外部接线图根据控制原理设计出的外部接线图,并能实现控制要求有了接线图,在进行实物接线时,减少了失误率,避免各种故障的发生我们一般做实物,都会先设计其原理图,只要原理是正确的,并且根据原理做出的实物,才不会存在问题在做这次的毕业设计时,很多实物材料都是自己准备的,除了必要的元器件,其他的安装器材,都要自己设计图5-3程序梯形图图5-4程序梯形图这里画的程序梯形图用到了GXDeveloper软件,GXDeveloper软件它是三菱PLC的一种编程的软件,由于我们采用的是三菱的PLC控制,所以GXDeveloper软件能够很好的执行程序的设计、梯形图的编写以及调试而根据电动葫芦控制系统的原理,再通过GXDeveloper软件进行了程序的设计、编写,最终能够执行PLC控制5调试过程
5.1PLC实物接线与调试在进行实物接线的时候,这里接的是直流220V并通过接入一个DC24V的电源开关,再接上继电器当接上电源后,首先接的是空气开关,以保证系统的安全性根据原理图,并进行接线接线完全后,按下启动按钮X0,系统得电,Y10指示灯亮,按下停止按钮X1,Y11指示灯亮,按下上升按钮X2,Y4指示灯亮,当上升到限位开关X6的位置时,系统断路,按下下降按钮X3,Y5指示灯亮,下降到限位开关X7位置,系统断路;按下左移按钮X4,Y6指示灯亮,左移到限位开关X10位置,系统断路,按下右移按钮X5,Y7指示灯亮,右移到限位开关X11位置,系统断路
5.2出现的问题及解决方法刚开始接线的时候,没有注意接线的走位,而导致接线的错乱,按下启动按钮,系统没有启动,启动显示灯没有亮,仔细检查后,确认接线是正确的,输入输出都没有问题这时候想到有可能是程序写入的时候学错了,并开始重新的程序写入,重新检查接线在电脑上进行相关的程序梯形图的调试,通过调试,确定程序的正确,然后继续实物的接线完成接线,按下启动按钮,空气开关断开,这可能是某一个接触点短路,继续检查原因,发现接线板上的接线短路,并排除故障再次按下启动按钮,又出现了一些问题,没有按下降按钮时,电机自动下降,再次检查下降的按钮开关,发现按钮开关的常开触点和常闭触点接错了,接在了常闭的触点上,导致没有按下按钮,系统就直接得电,所以一直开路,达不到控制的要求,这里把常闭接回常开就可以了在进过仔细的接线、程序的调试、开关接触的检查,最终完成了实物的接线,并可以实现系统的控制,达到了控制的要求6结论通过本次的毕业设计,对四年年来所学的知识有了一个完整的、系统的认识,尤其是控制系统设计与接线方面,不仅巩固了以前知识,而且也掌握了设计的要领,设计步骤,学会了运用资料和工具的方法并熟知了PLC控制系统在各领域的应用在设计过程中,体会到了设计的艰辛和快乐,觉得只有不断的学习,把从课本中所学的知识联系到实际中,才能不断的提高自己的技术水平,只有自己把从课本中所学的知识运用到实际中,才能不断提高自己的实践能力经过两个多月的设计时间里,过程曲折可谓一语难尽在此期间也失落过,也曾一度热情高涨从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令人回味无长通过这次毕业设计使懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力趁着做毕业设计的同时也对课本知识有了巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识谢辞大学生活一晃而过,来不及有过多的留恋我们马上就要步入社会了回首过去的四年,心中倍感充实,当我马上就要写完这篇论文的时候,有一种如释重负的感觉,感慨良多首先诚挚的感谢我的论文指导老师,他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查,修改我的论文还有教过我的所有老师们,你们的严谨细致,一丝不苟的作风一直是我工作学习中的榜样;他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪感谢大学四年中陪伴在我身边的同学、朋友、辅导员,感谢他们为我提出的有益的建议和意见,有了他们的支持,鼓励和帮助,我才能充实的度过了这些年的学生生活参考文献
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