电动葫芦控制系统设计

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要I摘 要随着科技进步与经济发展，电能的应用越来越广泛，电气对电能的生产、运输、分配与应用起着控制、调节、检测与保护的作用。而 PLC 的引入使得电器控制变得简单方便，智能可靠。电动葫芦又叫电动提升机，是一种轻小型起重设备，广泛应用于重物的提升、下降、平移搬运，可以减轻劳动强度，提高生产效率，改善劳动条件的必备机械，如在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、水电站、仓库等生产部门中得到应用。它具有自重轻、构造紧凑、体积小、维修方便、经久耐用等特点。主要结构是减速器、起升电机、运行电机、断火器、电缆滑线、卷筒装置、吊钩装置、联轴器、软缆电流引入器等集动力与制动力于一体。它的执行机构主要由提升机构和水平移动装置组成，机构由锥型电动机、减速器、钢丝卷筒等组成。提升电动机通过减速箱拖动钢丝卷筒，电动机正转或者反转，拖动卷筒，可以使吊在钢丝绳上的吊钩上升或下降，实现提升和下放对象，水平移动装置由电动机，减速箱，导轮，“工”字梁等组成。平移电动葫芦可以在工字梁上来回移动，用机械撞块限制前后两个方向的移动行程。本文主要是关于电动葫芦控制的设计。通过对电动葫芦的控制设计以及 PLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解机器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用 PC 对 PLC 工作状况进行监控的方法。关键词 电动葫芦，提升，下降，平移，PLC攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTIIABSTRACTAlong with the science and technology progress and economic development. Electric power application is more and more widely . Electrical production, transportation, distribution and application of electricity plays a control role, adjust, test and protection.And the introduction of the PLC make electric control becomes easy and convenient, intelligent and reliable. Also called electric hoist, electric hoist is a small-sized lifting equipment, widely used in weight lifting, lowering, translational carrying, can reduce labor intensity, improve production efficiency, improve the working conditions necessary machinery,. Such as in factories, mines, railway stations, ports, construction, hydropower station, warehouse, etc applied in the production department. It has light weight, compact structure, small volume, convenient maintenance, durability, etc. Main structure is the reducer, lifting motor, motor operation and firearms, cable wire, roll device, hook device, couplings, flexible cable current introduction of device, etc. Integrating force and braking force. Its executive body is mainly composed of hoisting mechanism and horizontal moving device, institutions from cone type motor, speed reducer, the wire reel, etc. Hoist motor through a gearbox drag the wire reel, motor are turning or reverse, drag the reel, can make the hanging on the rope hook up or down, and realize the object of raising and lowering, level of mobile device consists of motor, reducer, the roller, the word “work“ beam, etc. Translation can move back and forth on the h beam of the electric hoist, with mechanical collision block limits move in two directions before and after the trip.This article is mainly about the design of the electric hoist control. Through control of the electric hoist design and work principle of PLC control system analysis, system design, programming, and debugging work practice, Know machine control systems general design idea, familiar with and master the peripheral circuit and software design method, and master the method of using PC to monitor PLC working conditions.Keywords Electric hoist，Lifting ，lowering ，translation，PLC攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTIII攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录IV目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 电动葫芦的系统设计研究的意义 .11.2 电动葫芦课题背景 .11.3 电动葫芦发展趋势 .42 电动葫芦的应用 .62.1 电动葫芦的工作原理 .62.2 电动葫芦的分类及特点 .62.3 电动葫芦的运行条件及使用领域 .82.4 电动葫芦的使用维护 .92.5 电动葫芦使用的注意事项 .93 零件的选取以及控制方案的选择 .113.1 零件的选取 .113.2 控制方案的选择 .113.2.1 继电器-接触器的控制 .113.2.2 PLC 的控制 .113.2.3 PLC 控制与继电器- 接触器控制相结合 .124 控制系统设计 .144.1 设计原则 .144.2 电气控制设计 .144.2.1 升降电机的设计 .144.2.2 平移电机的设计 .164.3 PLC 的设计 .184.3.1 PLC 的应用 .184.3.2 PLC 选型及 I/O 分配 .21结 论 .30参 考 文 献 .31致 谢 .32攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录V攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论11 绪论1.1 电动葫芦的系统设计研究的意义电动葫芦是集电动机，减速机和钢丝绳卷筒（或环链）为一体的小型起重设备，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。传统的电动葫芦控制系统都采用继电器接触器等元件组成的硬件逻辑控制电路，不但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性较差，所以要对其系统进行升级改造。电动葫芦近几年的发展十分缓慢。从上个世纪 60 到 70 年代初，我国从前苏联引入了 TV 型钢丝绳电动葫芦，在 70 年代初我国自行设计了 CDl 型钢丝绳电动葫芦，迄今为止 CDl 型在国内生产制造、使用已有 30 多年。在这之间，有一些厂家引入国外先进的生产制造技术，但均未获得广泛的推广应用。其中电动葫芦控制系统技术水平在国内发展迟缓，其原因是多方面的：（1）国内电动葫芦企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础较低；（2）近 20 年来，国内经济体制由计划经济转向市场经济，许多国营企业在转制初期不可能将大量的资金投入到产品开发上；（3）CDl 型钢丝绳电动葫芦目前仍有一定的市场占有率。近年来，国外的电动葫芦制造技术水平快速发展。随着我国加入 WTO，外资企业纷纷抢占中国市场，国外产品对国内的冲击将越来越严重。价格和档次低的国内产品，已不再有足够大的市场，用户越来越重视产品的性价比。因此，国内电动葫芦如不及时地调整国内、国际市场的要求进行产品更新换代，将很快被淘汰。1.2 电动葫芦课题背景在生产实践中，我们越来越依赖流水作业。对于轻工业，流水线发展非常迅速，一般的可以用传送带来完成。但对于重工业生产，大批量物资需要生产、搬运，利用传送带传送工件不太实用。为了提高劳动效率、改善劳动条件，轻型起重设备电动葫芦用途广泛。深受欢迎。它是将电动机、减速器、卷筒、制动器和运行小车等紧凑地合为一体的起重机械，具有轻巧、灵活、成本较低、并且安全可靠，加上零部件通用程度大，互换性强，起重能力高，维护方便等特点，它被攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论2广泛应用于工厂、矿山、港口、仓库、货场、商店等场所的搬移、起吊和装卸。电动葫芦是集电动机，减速机和钢丝绳卷筒（或环链）为一体的小型起重设备，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。传统的电动葫芦控制系统都采用继电器接触器等元件组成的硬件逻辑控制电路。上世纪 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，不仅相继研制生产出性能先进的电动单梁、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重的增加，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。世界工程起重机行业在最近的二十年发生了巨大的变化。RT(越野轮胎起重机)和 AT(全地面起重机)产品的快速发展 ,在经济发展的趋势和市场激烈的竞争下,导致世界市场的进一步整合。目前,世界工程起重机年度销售已达约 75 亿美元。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有 10 多家，世界市场主要集中在北美、日本/亚洲和欧洲。美国既是生产工程起重机的主要国家，又是最大的世界市场之一。由于起重机行业在日本、德国的崛起以及 RT 和AT 产品的迅速发展,美国制造商已经在 60 年代到 70 年代的世界市场占据了主导地位受到削弱,形成鼎足之势的美国、日本和德国。近年来,美国经济好转,市场活跃,外国公司参与竞争。美国制造商强度也增加，特雷克斯起重机公司的崛起就是一个例子。特雷克斯起重机公司前身是美国科林起重机厂,自 1995 年以来,通过一系列的合并和收购(并购) 活动 ,已经发展成为一个世界顶尖的公司,年销售额从 1992年的 1992 美元到 1998 年的 7.71 亿美元,预计将在 1999 年超过 10 亿美元。日本从 70 年代成为一个建筑起重机生产国家,产品质量和数量迅速增加,已出口到欧洲和美国市场,年度生产居世界第一。自 1992 年以来,由于日元升值,国内基础设施投资下降和亚洲金融危机,每年的产量在下降,年总产值从 1991 年约 5100亿日元下降到 1997 年的 3100 亿日元左右，1998 年又比 1997 年下降 1/3 以上。1998 年日本工程起重机总产量为 25560 台，其中，RT 产品 2087 台，汽车起重机820 台，履带起重机 692 台，随车起重机 15032 台，其他两类机种共 7029 台。RT 产品年总产值达 550 亿日元，为各机种之首，其次为履带起重机，约 400 亿攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论3日元。日本 5t 以上的轮式起重机市场总销售量达 6700 台，目前日本市场年需求量为 3000 台。欧洲市场是潜力很大的市场。欧洲各工业国既是工程起重机的出口国，也是重要的进口国。德国是欧洲最大的市场,其次是英国、法国、意大利和其他国家。在德国产品的市场份额,利勃海尔占 53%,格鲁夫(16%),德马泰克占 14%,多田野和特雷克斯分别占了 10%和 5%。国际联合工程起重机行业欲激荡,在联合风和起重机制造行业相似,在汽车工业、通用汽车、福特、雷诺、宝马、奔驰、大众和其他大公司的道路上联合,世界市场在这两个行业正在成为集成。想在成熟的世界市场取得增长和市场份额，快捷方式是收购竞争对手,其长期目标是争夺世界市场的主导地位。在起重机行业,进入世界市场意味着进入北美和日本/亚洲和欧洲市场。世界顶尖企业在世界市场拥有强大的影响力,但迄今还没有一个公司在三个市场处于主导地位。有四家公司已经建立了一个基地两大市场:格鲁夫和特雷克斯在北美和欧洲,许多领域在亚洲和欧洲;住友建机在亚洲和北美。国内电动葫芦起重机以模仿形式生产和发展开始于 1950 年代。1949 年 7 月,上海通用机械厂试制成功第一个复制德国德马格公司 K 型 1.5t 和 3t 一般使用钢丝绳电动葫芦，并开始小批量生产,但工厂切换到汽轮机是在 1954 年。1953 年天津起重设备厂( 原天津第七机械厂)复制前苏联在 40 年代的结核病式起重机试制 1t和 2t 一般使用钢丝绳电动葫芦,定型为 TV 型电动葫芦。 1954 年,发明了一种 3t 和5t 起重机,在 1957 年完成了 0.25 吨到 5t 修改设计和生产的一系列产品,而现在 TV已经作为中国第一代的葫芦。以葫芦为起升机构的电动单梁，国内以天津起重设备厂为最早仿造原苏联 40 年代 HK 型桁架式单梁起重机，1954 年开始试制，1956 年批量生产，1957 年由天津起重设备厂与北京起重机器厂联合对生产图纸进行了第一次修改，定型为 A571 型（1957 年第一次整顿） ，为我国第一代电动单梁起重机，一直生产到 1987 年才被淘汰而停产（1987 年 1 月起不准再生产） 。以葫芦为起升机构的电动单梁悬挂起重机，国内仍以天津起重设备厂为最早仿造原苏联 40 年代K 型桁架式单梁起重机，并进行了系列生产，为我国第一代电动单梁悬挂起重机，起重链条，也一直生产到 1987 年才被淘汰而停产（1987 年1 月起不准再生产） 。于 1963 年在天津的防爆电动葫芦起重设备厂开始生产设计,并先后出现了防爆电动单梁悬挂起重机系列产品。它于 1964 年由天津起重机起重设备厂设备厂、上海、重庆、定西起重机厂工厂,西安市起重机厂起重运输机械,起重机厂在沈阳和北京研究所联合设计、制备和开始生产 CD,MD 系列提升机,CD,MD 型绞车为中国第二代葫芦,手扳葫芦,是目前的主流产品。A571 型电动单聊起重机和K 型电动单梁悬挂起重机与 CD、MD 型葫芦配攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论4套使用，由于结构和性能等原因存在不少问题。1974 年由天津起重设备厂对A571 型电动单梁起重机和 K 电动单梁悬挂起重机进行了更新，自行设计生产了配用 CD、MD 型葫芦的 DL 型电动单梁起重机和 DX 型电动单梁悬挂起重机。1976 年在 DL 型和 DX 型产品基础上经天津起重设备厂、开源起重机厂、重庆起重机厂、长沙起重机厂、洛阳起重机厂和北京起重运输机械研究所联合设计试制与生产，1977 年定型为 LD 型电动单梁起重机和 LX 型电动单梁悬挂起重机，成为我国第二代电动单梁起重机和悬挂起重机产品，一直生产至今仍为国内主导产品。上世纪 70 年代我国又相继开发了 LB 型防爆电动单梁起重机、 LXB 型防爆电动单梁悬挂起重机以及 LH 型电动葫芦双梁起重机系列产品等。国产 CD1/MD1电动葫芦串联结构的改进是在 1975 年，主要配置有：锥形电机、直齿调质齿轮、铸铁卷筒、铸造外壳、锥形盘式制动器、上挂运行小车；国产 HC、QH、ZH 型串联结构的改进是在 1990 年，配置和 75 年的是一样的；国产 AS 型电动葫芦引进串联结构是在 1983 年，配置有：锥形电机、直齿调质齿轮、铸铁卷筒、焊接框架外壳、锥形盘式制动器、上挂或侧挂运行小车。LH 型电动葫芦双梁起重机则是在 70 年代以武汉起重机厂为代表，自行开发设计的 HC 性电动葫芦作为起升机构的我国第一代电动葫芦双梁起重机。从上世纪 70 年代末到 80 年代初，葫芦式起重机已进入到一个引进开发的新阶段。天津起重设备厂引进了德国 STAHL 公司的 AS 型全系列钢丝绳电动葫芦技术；南京厂、北京起重设备厂和山海关起重设备厂三家联合引进了德国 DEMAG 公司的环链葫芦技术；进入 80 年代中期，以南京起重机械长为主联合设计开发了 H 型钢丝绳电动葫芦，重庆起重机厂为主联合设计开发了葫芦门式起重机系列产品,河北奔腾起重。引进的 AS 型葫芦技术具有 80 年代世界先进水平，我国的第三代葫芦必将以 AS 型为代表。相比之下，鉴于电动葫芦控制系统的重要性，其国内控制系统技术研究方面无论从资金、人力、政策上投入的还远远不够。可能是由于国内相关研究起步较晚，学术研究论文数量与国外相比相差很远，专利申请更不乐观，产品性能与国外也有一定差距。为了改变这一局面，我们的高等院校和科研单位以及企业都应该自强不息，搞出自己的产品，彻底打破国外的垄断，为民族企业和走向国际化做出相应的贡献。1.3 电动葫芦发展趋势以葫芦为起升机构的电动单梁悬挂起重机，国内仍以天津起重设备厂为最早仿造原苏联 40 年代K 型桁架式单梁起重机，并进行了系列生产，为我国第一攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论5代电动单梁悬挂起重机,起重链条，也一直生产到 1987 年才被淘汰而停产（1987年 1 月起不准再生产） 。1963 年开始天津起重设备厂设计生产了防爆型电动葫芦，并相继出现了防爆电动单梁和悬挂起重机系列产品。1964 年又开始由天津起重设备厂、上海起重设备厂、重庆起重机厂、定西起重机厂、西安起重机厂、沈阳起重机厂和北京起重运输机械研究所联合设计、试制并开始生产 CD、 MD 型系列葫芦，CD 、MD 型葫芦为我国第二代葫芦,手扳葫芦，是目前的主流产品。A571 型电动单聊起重机和K 型电动单梁悬挂起重机与 CD、MD 型葫芦配套使用，由于结构和性能等原因