起重机电气系统的设计-开题报告

-0-开题报告1毕业设计的主要内容、重点和难点等研究内容起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化重要的工具和设备，对减轻繁重的体力劳动，改善工作环境，提高工作效率具有重要意义，是实现自动化生产中必不可少的生产工具。所以起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。起重机大致分为桥式类起重机、塔式起重机、小型起重，其具体的结构特点和功能如下：(1)桥式类起重机，顾名思义该类起重机的外形结构与桥梁相似，主要配备起升机构、俯仰机构和行走运行机构，起重机可在行走运行机构所能到达的区域进行作业。如：门式起重机、集装箱桥、梁式起重机等。(2)塔式起重机，该类起重机为塔式结构，主要配备起升机构、变幅机构、旋转机构和行走运行机构，利用这些机构之间的相互配合，起重机可在行走运行机构和旋转机构所能到达的区域及上空作业。如：门座式起重机、回转起重机、汽车起重机等。(3)小型起重设备，该类起重机通常配备一个起升机构，可以实现一个方向上的往复运行，或在一条直线上简单作业。例如：滑车、电动葫芦等。本课题主要研究塔式起重机，研究内容主要有以下几个方面：（1）研究塔式起重机电气控制系统的工作原理。（2）研究塔式起重机在工作中遇到的电路故障并对其设计保护电路(如：短路保护、过载保护、过电流保护等)。（3）研究电动机启动时产生的启动电流对电动机保护电路的影响。研究重点及难点重点：（1）设计起重机行走机构、吊塔旋转机构、吊臂伸缩机构及吊钩升降机等机构电气控制系统（包括主电路及其控制系统）；（2）设计短路保护、过流保护、过载保护；（3）通过详细的计算，分析并选择电动机、断路器、交流接触器、继电器、互感器、电缆线等主要电器的功率、型号、等级等相关参数；（4）设计吊钩升降机构有升降各2档工位，分别对应提升或下降时的低速和高速。难点：-1-（1）运行中当电机电流大于额定电流的1.1倍且持续时间达1分钟则产生过流跳闸，同时产生声光报警信号。（2）电动机启动时的启动电流对电动机保护电路的影响。2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）研究概况及发展趋势（1）可编程程序控制器概况可编程程序控制器简称PLC，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微机处理器为核心用作数字控制的专用计算机。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很简单。PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能等优异性能，日益取代由大量中间继电器组成的传统继电接触器控制系统在机械、化工、冶金等行业中的重要作用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。微电子技术与计算机技术的结合，使PLC的功能变得更加强大，通过可编程控制的实现，为PLC增添了使用上的灵活性。（2）可编程程序控制器发展趋势PLC作为工控机的一员,在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计,当今世界PLC生产厂家约150家,生产300多个品种。预计到2000年,销售额约为86亿美元,占工控机市场份额的50%,PLC将在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升的头。PLC在60年代末引入我国时,只用作离散量的控制,其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等,最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的PLC具有PID调节功能,它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域,广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战,各厂家正采取措施不断改进产品,主要表现为以下几个方面:1.微型、小型PLC功能明显增强很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。三菱的FXOS14点（8个24VDC输入,6个继电器输出）,其尺寸仅为58mm89mm,仅大-2-于信用卡几个毫米,而功能却有所增强,使PLC的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业,如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。2.集成化发展趋势增强由于控制内容的复杂化和高难度化,使PLC向集成化方向发展,PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成,即将计算机、PLC及操作人员的人机接口结合在一起,使PLC能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益,开放的体系结构提供灵活性,最终降低成本和提高生产率。3.向开放性转变PLC存在严重的缺点,主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的,绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议,编程虽多为梯形图,但各公司的组态、寻址、语文结构不一致,使各种PLC互不兼容。国际电工协会（IEC）在1992年颁布了IEC1131-3可编程序控制器的编程软件标准,为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下,符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。(3)我国可编程程序控制器的发展现状我国的PLC生产目前也有一定的发展,小型PLC已批量生产;中型PLC已有产品;大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家,国内产品市场占有率不超过10%,主要生产单位有:苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。随着微处理器、网络通信、人机界面技术的迅速发展,工业自动化技术日新月异,各种产品竞争激烈,新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据,加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合,使之不再是一种简单的控制设备,而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。主要参考文献1黄明铸.变频器和PLC在起重机的应用J.机电技术.2009(03)2张大伟,郭耀松,张新忠.电液比例控制系统在汽车起重机中的应用J.农业装备与车辆工程.2009(07)3陈忆文.新一代西门子起重机电气控制系统J.自动化博览.2009(06)4王荣芝.1200t门式起重机设计及应用J.建筑机械化.2009(05)5肖海江.造船门式起重机纠偏技术的研究J.机械工程师.2009(05)6王小明,卢志强.国内外大型起重机的研究现状及发展趋势J.机电产品开发与-3-创新.2009(02)7史国生电气控制与可编程控制器技术M北京：化学工业出版社，2004：15668任振辉等电气控制技术M北京：中国水利水电出版社，2003：23359谭维瑜电机与电气控制M北京：机械工业出版社，2003：10218810黄晓红工厂电气控制与可编程控制器M北京：中国科学技术出版社，2004：113411陈伯时电力拖动自动控制系统M北京：机械工业出版社，2000：488912顾硕,王梅生,王吉明.起重机械行业愈发展愈自动J.自动化博览.2010(05)13白宏伟,张敏,张永停.一种基于PLC控制的桥式起重机系统的设计J.河南机电高等专科学校学报.2010(03)14李胜永,季本山.基于PLC和变频器的港口桥式起重机控制系统研究J.机电产品开发与创新.2010(01)15王卫辉,何润生,戴民强.基于PLC控制的桥式起重机电路设计J.起重运输机械.2009(10)16JunHua,JamesL.Moseley.AtwodimensionalHammersteinproblem:ThelinearcaseJ.ElectronicJournalofDifferentialEquations,2001,Conference(07).17KennethJ.Brown,Tsung-FangWu.AfiberingmapapproachtoasemilinearellipticboundaryvalueproblemJ.ElectronicJournalofDifferentialEquations,2007,2007(69).现有设备和实验条件1计算机一台；2电流表、电压表等计量仪表；3电烙铁、胶钳、剥线钳、螺丝刀、扳手等常用安装工具；4兆欧表、箝型表、万用表等检测工具；5FX2-64MR可编程控制器及A/D、D/A模块一套；6三相交流电动机2台；7低压断路器、交流接触器等常用电器；3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料-4-实施方案本课题的电气控制系统主要由两个部分组成主电路和控制系统，要设计起重机的行走机构、吊塔旋转机构、吊臂伸缩机构及吊钩升降机等机构电气控制系统。要求设计电气控制系统的短路保护、过载保护和过流保护并计算选择电动机、接触器、继电器、电缆线等主要设备的功率、型号等相关参数要与现在的实际相符合。其电气控制系统的整体设计可以通过查阅相关资料和借鉴工业成品来解决；其设计的电路保护可以通过所学知识和查阅相关资料吸取总结已有经验，提高电路的安全性和可靠性；PLC软件程序的设计和实物的制作与调试可以根据所学知识进行，对于该过程中所遇到的问题可以通过查阅相关资料，和同学讨论，询问指导老师，到实验室进行试验等手段解决。具体设计如下：（1）硬件设计本系统主要由FX2N-64MR-001三菱可编程控制器控制主电路的运转。三菱PLC-FX2N系列简介如下：控制规模：16256点；内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K；CPU运算处理速度0.08S/基本指令；在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块；基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能(晶体管输出型）；快速断开端子块，其采用优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元；时钟功能和小时表功能，所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准；持续扫描功能，为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期；输入滤波器调节功能，可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）；注解记录功能，元件注解可以记录在程序寄存器中；在线程序编辑，在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转；RUN/STOP开关，面板上运行/停止开关易于操作；-5-远程维护，远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护，使用一个八位数字密码保护您的程序。FX2N-64MR-001有32个输入点32个继电器输出。系统组成图如图1所示：图1系统组成（2）软件设计可编程控制器的软件包含系统软件和应用软件两大部分。系统软件包含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序等，系统软件在用户使用可编程控制器之前就已经入机内。应用软件是用户为达到某用控制的目的。其一般常见的编程语言的表达方式：梯形图、指令表、顺序功能图、结构文本。首先系统环境初始化，执行用户操作。控制电路下达任务主电路执行。主电路执行中发生短路、过载、过电流，立即反馈给控制电路，停止运行并产生相应的声光报警。PLC电气系统控制框图如图2所示，程序框图如图3所示。图2PLC电气系统控制框图图3程序框图进度实施计划第一阶段（2016-03-01至2016-03-06）：分析毕业设计题目，阅读理解任务书内容，确定实施计划方案；第二阶段（2016-03-07至2016-03-10）：通过查阅书籍，了解相关原理；第三阶段（2016-03-11至2016-03-16）：完成四万字符的指定英文资料翻译；第四阶段（2016-03-17至2016-03-30）；制定方案论证。第五阶段（2016-03-31至2016-04-13）；设计起重机过程的电气控制系统，设计-6-主电机过流保护系统，对主要电气设备进行计算并作选择，编制起重机电气控制系统程序清单，用计算机绘制相应图纸。第六阶段（2016-04-14至2016-