qm1633型门机plc电气控制系统分析港口电气专业.doc
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1、专科毕业设计(论文) 设计题目: MQ1633型门机电气控制系统分析 系 部: 电气工程系 专 业: 电气自动化技术(港口方向) 班 级: 港口电气101302 姓 名: 张超 学 号: 103915130231 指导教师: 胡春玉 职 称 : 讲师 2013年5月 南京摘 要 门座式起重机(门机)是现代港口码头使用最为普遍的,工作性能较好和最为典型的电动装卸机械,结构复杂,机构最多,被广泛的应用于港口装卸作业。门机要求在不同的场合有不同的速度进行工作,其目的在于确保生产安全和一定的工作效率,速度的控制必然离不开变频器和PLC,交流变频调速和其他调速方案相比,具有明显的优点,其速度可在整个调速
2、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%,可以长时间低速运行,节能效果显著,省去了电动机转子侧的大功率电阻,实现自动化切换交流接触器和电动机正反装接触器,再加上系统传动用的是鼠笼式异步电动机,成本相对较低,维修较少。关键词:电气控制系统 电气故障 AbstractElectronic gantry crane is one of the important production machineries in ship yard, but lifting accidents occur frequently, one part was caused by the
3、fault of the electrical system, and furthermore lifting equipment failure has also been one of the factors affect production. The electrical control system is the core. Comprehensive understanding of the electric system composition,working principle, routine maintenance for equipment has positive si
4、gnificance in keeping the equipment in good running and ensuring the production needs. This paper emphatically analyzes the principle of electric control system and the needle on the basis of original equipment for additional PLC control transformation, further improve equipment automation degree an
5、d security.Keywords: electrical control system electrical fault目录1 引言12 MQ1633门机的概述2 2.1 MQ1633门机的简介2 2.2 MQ1633主要技术参数2 2.3 MQ1633门机的控制与保护33 门机电气控制原理4 3.1 门机电源控制原理4 3.2 起升机构5 3.3 变幅机构5 3.4 旋转机构64 PLC和变频器在大车行走和主钩升降中的应用7 4.1PLC和变频器介绍7 4.2系统组成8 4.3程序设计9结 论14致 谢15参 考 文 献16191 引言门座起重机是港口码头数量和使用最多的、结构复杂、机
6、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,被广泛地用在港口杂货码头。作为一名港口机械电气维修工人,必须对门机的电气相关知识充分的理解,避免因为误操作而引起安全事故。门机除电气控制保护装置外,还装有起重量或起重力矩限制器、起重机夹轨器等安全本文没有做机械方面详细介绍,在实习六个月的这段时间里通过不断的理论与实践的磨合,能把理论知识付诸实践,然后再通过实践总结出理论,本文由总到分的介绍了门机的主要机构,在具体详细的分析了某一机构的具体工作过程以及工作中常见的几种故障现象。 本文重点对MQ1633型门座起重机的电气控制系统进行分析,在港口作业过程中门机担任了至关
7、重要的作用,门机的安装通常都是在码头,分为海侧和陆侧,通过沿码头铺设轨道实现门机的水平运行,在门机的大车大车运行机构中,大车行走通过8台7.5kw电机带动,通过夹轨器沿轨道做水平方向行走,运行停止通过安装在电机旁的8台制动器制动,门机工作时通过变幅,起升,旋转等机构的共同配合下,实现对货物的装卸。 它的工作机构具有较高的运转速度,起升速度可达60m/min,变幅速度可达50m/min,使用率高,每昼夜可达22h,台时效率也很高,一般可达100t/h以上;它的结构是立体的,不多占用码头的面积,具有高大的门架和较长距离的伸臂,因而具有较大的起升高度和工作幅度,能满足港口、码头、船舶和车辆的机械化装
8、卸、转载,充分使用港口、码头场地,适应船舶的空载、满载作业,以及地面车辆的通行要求;还具有高速灵活、安全可靠的装卸能力,对提高装卸生产率,减轻繁重的体力劳动都具有重大的意义。2 MQ1633型门机的概述2.1 MQ1633型门机的简介本起重机安装于惠龙港内港池码头 ,数量2台。以抓斗作业为主、兼顾吊钩,采用380V,50Hz电缆供电。设备的控制系统采用PLC控制,起升、旋转、变幅、行走系统均采用变频调速。本机采用先进技术制造,结构布局合理,自重轻、效率高、操作简便、运行平衡、对位准确、维修方面和安全可靠,能适应24小时抓斗连续作业。起重机结构形式为圆筒式主梁结构(板凳门架)。采用四连杆组合臂架
9、,齿条变幅,旋转采用滚柱回转大轴承。能作起升/开闭、变幅、360旋转及整机沿轨道行走。起升/开闭机构、变幅机构和旋转机构按工作机构设计,行走机构按非工作机构设计。起升/开闭、变幅、旋转机构三个工作机构既可单独动作也可进行联动动作,四大机构的操作均能在司机室内实施。2.2 MQ1633型主要技术参数额定起重量:1030m 25t变幅速度: 50(m/min) 工作幅度: 最大33m,最小9.5m行走速度: 27(m/min)起升高度:轨上 28m,轨下 15m 旋转速度: 1.5(r/min)起升速度: 60(m/min)尾部旋转半径: 8.5米 起重量: 16t起重量25t供电电源和方式:38
10、0V,三相,50Hz利用级别 U8 载荷情况 Q3工作级别 A8电源上机方式:单电缆卷筒上机机构名称利用级别载荷情况工作级别起升/开闭机构T8L3M8旋转机构T6L3M7变幅机构T6L3M7大车行走机构T4L2M4 起重机抗倾覆稳定性也要符合GB3811-83第级有关规定。保证起重机在工作状态(20m/s风速)和非工作状态(处于锚定状态,71m/s风速)下,具有足够的整机稳定性能。2.3 MQ1633型门机的控制与保护起升/开闭、大车、回转及变幅机构的调速系统起制动应平稳,反应灵敏,调速范围要广,低速时性能稳定,能够实现无级调速。起升/开闭、大车运行、回转及变幅机构均要选用足够功率的交流变频电
11、动机驱动,其中大车运行机构同支持机构共用一套调速装置,变幅、开闭机构各独用一套调速装置。该装置均为全数字式交流矢量变频调速系统,可对各参数进行数字设定,对整套装置的工作参数进行显示。起升/开闭机构根据负荷的变化进行恒功率和恒转距驱动,也可以根据负荷的变化实现速度和转距的均衡。起升/开闭、大车运行及变幅机构通过设置合格的加减速时间,使得操作无冲击效应,当司机手柄回零时,驱动器首先将机构的转速降至额定转速的10%,再进行机械制动。但在紧停或电源故障时,应立即制动。起升/开闭、大车运行及变幅机构的电动机要选择响应性能好、抗过载能力强、散热能力佳的专用变频电机。起重机各机构的运行联锁通过可编程序控制器
12、(PLC)来完成,I/O点配置留有10%余量,可编程序控制器要独立供电,具有多种通信接口,PLC的CPU速度和内存能够满足起重机控制和管理的要求。三 门机控制原理3.1 门机电源控制原理 主电源经35kv/10kv高压变压器后经高压母线设备分别输送到各用电柜,再由各用电柜进行2次变压转换为所需电源,经高压隔离开关输送到门机各地表电箱,电箱由一400A空气断路开关和两个220v空气开关组成,由400A空开经卷筒电缆输送到电缆卷筒上面的中心受电器,经中心受电器与集电器,输送到门机的各个机构,实现固定部分与旋转部分电源的连接,频率为50赫兹的电压,经电压表电流表,再经电抗器,整流回馈电路,将交流电整
13、流成直流电,然后经过各个机构的逆变器把直流电整流成连续可控的交流电输送到各机构电机,以对电机的控制,实现变频器,PLC,编码器,制动单元,限位开关,紧停开关,中间继电器,手柄等之间的连锁控制,在司机室内通过手柄操作,将信号经中间继电器(为避免信号干扰)传递到PLC模块输入端,通过PLC控制电机的运转,然后变频器再通过编码器的输出端实现对电机转速的控制,从而实现整个电气控制系统的自动化控制。 如图1所示电源接线图,U1,V1,W1经10kv/380变压器变为380v电压后经过消谐装置,急停开关后,直接引出的;U2,V2,W2经变压器T1后反馈到其相应的三相接线端。 P3C13,P3C14经过两相
14、变压器后变为220V,通过整流单元整流成直流24v,10A的电源上和柜内电器柜的各电源处。17,19端头接到联动台PLC输入的电源/PLC柜的接头上。18,20分别是两个输出检测接头,他们通过C3C7,C3C8接到PLC柜内的两个模块输入口上。在整流单元正常运行时,C3C7把闭合信号传递给PLC,经过内部处理后,模块输出端控制的接触器得电吸合,整流单元照常运行。当整流单元发生故障时C3C8断开,把断开信号传到PLC,PLC经过处理信号控制输出模块的接触器使其常开触点闭合,整流单元停止,并通过变频器显示故障。电流经过整流后,通过L+,L- 输出的直流电源电对旋转机构,大车行走,起升机构,变幅机构
15、的逆变器L+,L-端口供电。图1.电源接线分布图3.2 起升机构 起升机构主要用于对货物的的提升和下降,该机构主要有两个电机,一个为支持机,另一个电机为开闭机,两个电机可以单独工作也可以同时工作,当联动台上面的抓斗/吊钩选择开关SA打到抓斗位置时,同时单机/双机打到双机位置时,两个电机同时工作即双机工作,反之则单机工作,当手柄打到上升档位时,上升方向的信号通过通讯卡控制变频器运行,制动器中继得电吸合后,制动器得电松开,电机正常运转,当手柄打回零位档时,上升方向运行信号断开,变频器控制电机减速停车,当电机运转停止且转速接近零时,制动器失电,抱闸制动,制动电阻消耗掉电机感生回路电能制动,自动的控制
16、起升电机平稳停下来。 无论是什么形式的起重机,起升机构硬件组成基本一致:吊钩、抓斗、限位、制动器、钢丝绳、电动机、减速器、钢丝绳卷筒。三相异步电动机通过供电的变化来控制电机的正反转、高低速转、大小转矩转动,电动机的高速轴一般会连接至三级减速箱,通过减速箱改变速度和输出做功。高速轴一般还会有高速制动器,在停车时制动器闸,防止吊在半空中的物件下滑造成安全事故。减速箱的输出轴与钢丝绳卷筒通过齿轮连接,钢丝绳缠绕在钢丝绳卷筒上的,外引钢丝绳穿在吊钩上。减速限位,停止限位为了防止吊钩冲顶,吊钩上升到一定高度就会先减速然后停止。 这样电机转动时就会通过三级减速箱后带动输出轴转动从而带动钢丝绳卷筒转动,卷筒
17、的转动控制吊钩的起升,停车时通过高速制动和低速制动实现平稳停车。3.3 变幅机构 变幅机构是由一台电动机来驱动;根据增减幅操作要求,电动机能够正反两方向运行,分四级起动,且有调速要求。变幅机构部分带有位能负载特征,而且属于变负载机构,当增幅时负载转矩可能超载,需要加超负荷限制器幅度保护,此外变幅机构运行过程中的振动与冲击较大,特别是在增幅极限和增幅终点时更是如此,因此对于其调速要求较高。为了保证制动过程的平稳,采用了双制动器来实现软制动。逐级切除启动电阻法原理:如图2所示,刚开始启动时,主触点1KM,2KM,3KM均断开,启动电阻全部接入,KM闭合电动机得电。电动机的机械特性曲线可以看出,当T
18、st=TA时,负载转矩为TL,加速转矩Ta1=TA-TL,转速沿直线上升;当轴上输出转矩下降到 TB时,为使系统保持较大的加速度,KM3闭合使各相电阻中的Rst3被短接,启动电阻由R3减为R2,只要R2的大小选择合适,并把握好电阻的切除时间,就能使电阻在刚被切除的瞬间让电动机轴上输出转矩重新回升到TA,从而电动机重新获得最大的加速转矩,电动机的机械特性曲线由变为。各段电阻的切除过程与上述相似,直到电阻完全被切。 图2.转子串电阻调速3.4 旋转机构 旋转机构控制模式为带PG的矢量控制方式。旋转制动采用变频器内部电气制动和脚踏液压制动器两种方式,当旋转操作手柄回零后,变频器进行自动减速制动,制动
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