20/5t桥式起重机电气系统改造
（浙江工业大学成教学院 08电气（2）直
摘要
本文分析了桥式起重机的电气控制要求及继电接触器电气控制系统的工作原理，总结了继电接触器电气控制系统的不足，并利用PLC和变频器技术，对桥式起重机的电气控制系统进行了改造，以程序控制取代继电器——接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，从而实现了起重机的半自动化控制。文中还详细介绍了变频器与相关配套元器件的选用方法，PLC多段速控制程序及PLC与变频器控制系统的接线方法，桥式起重机PLC与变频器控制系统的工作过程。
关键词
可编程控制器 变频器 起重机电气控制系统 机床改造
一 概述............................................................................................................................................. 3 （一）设计任务分析 ....................................................................................................................... 4 （二 ）系统改造方案 ..................................................................................................................... 4 二、桥式起重机继电接触器电气控制系统 ................................................................................... 5
（一）桥式起重机的主要结构及运动形式 ........................................................................... 5 （二）桥式起重机的电气控制特点 ............................................................................................... 6
（三）、桥式起重机的对电力拖动的要求 ........................................................................... 7 （四）20/5t桥式起重机的电路工作原理 ...................................................................................... 9 三、PLC、变频器控制系统的软硬件设计 ................................................................................... 12 （一 ）PLC简介及特点 .............................................................................................................. 12 (二) 变频器简介及特点 ................................................................................................................ 14 (三)PLC的机型选择及变频器的机型选择 .................................................................................. 19
（四）主钩电气控制线路 ..................................................................................................... 20 八 副钩电气控制线路 ................................................................................................................... 23 （一）副钩电气控制线路 ............................................................................................................. 23 （二）副钩I/O分配表 ................................................................................................................. 23
（三）副钩梯形图 ................................................................................................................. 24 九 小车电气控制线路 ................................................................................................................... 25 （一）小车控制线路 ..................................................................................................................... 25 （二）小车控制程序I/O分配表： ............................................................................................. 25 （三）小车梯形图 ......................................................................................................................... 26
十 大车电气控制线路 ........................................................................................................... 27 （一）大车控制线路 ............................................................................................................. 27 （二）大车I/O分配表 ......................................................................................................... 28 （三）大车梯形图 ......................................................................................................................... 29 结束语 ............................................................................................................................................ 30 致谢词 ............................................................................................................................................ 31
概述
主钩最大起重20T,副钩最大起重5T，桥式起重机是桥架在高架轨道上运行
的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿
铺设在桥架上的轨道横行运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库，厂房，码头和露天料场等处。
随着工业自动化的发展，PLC、变频器工厂设备中的应用越来越广泛。由于PLC的工作可靠性高，因此用PLC来代替传统的交流控制器已成为一种必然趋势。
桥式起重机可分为普通桥式起重机，简易梁桥式起重机和治金专用桥式起重机三种。
普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构。起重小车又有起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接机构。
普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操作，也有远距离操作。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似、起重量、跨度和工作速度均小，桥架主梁是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨
道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。治金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。 主要有五种类型。1）铸造起重机 2）夹钳起重机 3）脱锭起重机 4）加料起重机 5）锻造起重机
（一）设计任务分析
1. 了解20/5t桥式起重机的结构、作用； 2. 了解工作原理； 3. 进行何种改造； 4.进行软件，硬件的设计；
（二 ）系统改造方案
桥式起重机的主要设备有:大车电机2台、小车电机1台、主钩电机1台、副钩电机1台，若仍采用绕线式电动机进行控制，则可以只选用PLC进行改造。若车间工 作环境比较恶劣，如腐蚀性粉尘，容易对电阻箱及电动机碳刷等设备部件腐蚀和过早老化，则可以采用鼠笼式电动机进行控制。此时可以采用PLC加变频器进行改造。桥式起重机有大车2台、小车电机1台、主钩电机1台、副钩电机1台，共五台电机，由于大车2台电机是同步，因此在改造过程中共用一对
号变频器进行控制，这样共需要4台变频器。结构图2所示。
第一种方案优点是改造过程简单，可以节约部分设备费用。缺点是: 电动机转子所串电阻易烧损和断裂;
转子串电阻调速，机械特性比较软，负载变化时转速也变化，调速效果不理想;
所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。
而第二种方案中鼠笼式电动机价格便宜、经久耐用，在生产中受到工程欢迎，并且由PLC加变频器进行控制，其调速效果更加稳定，电能可以充分利用。
根据以上两种性价比选择，该选用第二种方案，
二、桥式起重机继电接触器电气控制系统
（一）桥式起重机的主要结构及运动形式
桥式起重机由大车、小车、提升机构（主钩、副钩及传动变速机构）等部分组成。
桥式起重机的桥架称为大车，大车可以沿车间两侧立柱上的轨道做纵向移动；大车上设有小车专用轨道，供小车沿轨道做横向移动；主钩和副钩都装在小车上，副钩用来提升5吨以下较轻物件，主钩用来提升不大于20吨的重物；副钩在其额定负载范围内可协同主钩完成吊运工作，但不允许主、副钩同时提升两个物件；当两个吊钩同时使用时，起吊总重量大不能超过主钩额定质量。 桥式起重机的主要运动有大车的纵向运动、小车的横向运动及主钩、副钩的升降运动。
（二）桥式起重机的电气控制特点
（1） 三相电源是从沿着平行于大车轨道方向敷设在车间厂房一侧的三根主滑
触线上，通过滑动集电刷引入；小车上电气设备的供电以及电气设备之间的连接是通过在桥架的一侧装设的21根小车导电滑线并经滑动集电刷引入。
（2） 桥式起重机选用绕线转子异步电动机，以适应在重载下频繁启动、制动、
反转、变速等操作，绕线转子异步电动机转子回路串电阻可得到较大的启动转矩，减小启动电流，并具有一定的调速范围。
（3） 主钩与副钩要有合理的升降速度，空载、轻载要求速度快，以减小辅助工
时；重载要求速度慢，转速可降低为额定转速的50%-60%；提升开始或重物下降至预定位置附近时采用低速，在30%额定速度附近分成几档，方便灵活操作。
（4） 吊钩提升的第一级作为预备级，启动转矩不能太大，一般限制在额定转矩
的50%以内，这是为了消除传动间隙和张紧钢丝绳，以避免过大的机械冲击。
（5） 当下放负载时，负载力矩为位能性阻力矩，电动机可运转在电动状态、负
载倒拉反接状态或再生发电制动状态。 （6） 有完备的零位、短路、过载和终端保护。