论文总字数：16671字

摘 要

随着现代工业，科学技术及工艺水平的发展与进步，港口装卸的效率和作业安全性成为更加重要的问题，港口起重机是目前港口码头的主要装卸装备，其技术的发展和创新愈发的迫切。起重机的荷载量和工作量都不断增大，也就使得起重机的大型化和高速化发展愈发的迫切。同时又要保证起重机的能耗低，可靠性高，可维护性好，安全性高，故障率低等特点。因此对传统起重机的改良以及技术的创新愈发受到人们重视。以往起重机的变幅机构电气控制和调速方式采用的接触器加继电器控制和转子串电阻调速，这类方式存在着许多问题。现在已经逐步采用以PLC为核心的控制方式和变频调速。本设计就是在此基础上进行，以PLC为核心的控制系统，以变频调速为控制调速策略开展设计。PLC可靠性，准确性，稳定性等方面比之以往都大幅提升，并且在消除和抑制各种内部及外部干扰等方面能力也十分优秀。同时它也有着严格制造工艺，具备自诊断功能等优点。而变频调速也有着效率高，能够做到高效调速，调节范围宽等优点。本设计从这两方面进行研究设计，充分讨论设计过程，并比较其与以往设计方案的区别。

关键词：变幅机构；可编程逻辑控制器PLC；变频调速

abstract

With the development and progress of modern industry, science and technology, the efficiency and safety of port loading and unloading have become more and more important issues. Port crane is the main loading and unloading equipment of port terminal at present, and the development and innovation of its technology are more and more urgent. The load and workload of cranes are increasing, which makes the development of large-scale and high-speed cranes more and more urgent. At the same time, it should ensure that the crane features low energy consumption, high reliability, good maintainability, high safety and low failure rate. So people pay more and more attention to the improvement of traditional crane and the innovation of technology. In the past, the electric control and speed regulation of luffing mechanism of crane adopt contactor plus relay control and rotor series resistance speed regulation, which have many problems. Now it has gradually adopted PLC as the core control mode and frequency control. This design is based on this, PLC as the core of the control system, frequency control as the control strategy to carry out the design. PLC reliability, accuracy, stability and other aspects are greatly improved than before, and in the elimination and suppression of various internal and external interference ability is also very good. At the same time, it also has the advantages of strict manufacturing process and self diagnosis function. And frequency conversion speed regulation also has the advantages of high efficiency, high efficiency speed regulation and wide adjustment range. This design carries on the research design from these two aspects, fully discusses the design process, and compares it with the previous design scheme difference.

Key words: luffing mechanism； PLC； frequency control

目录

1.绪论 1

1.1研究港口10吨起重机变幅机构电气控制系统的意义 1

1.1.1 PLC控制系统的优势 1

1.1.2电机变频调速的优势 2

1.2起重机控制系统的发展，现状及趋势 2

1.3港口起重机变幅机构 3

1.4主要工作及安排 4

2.变幅机构电气控制系统设计 4

2.1起重机重要参数介绍 4

2.2起重机变幅机构 6

2.3 PLC控制系统设计 7

2.3.1可编程逻辑控制器PLC的选型 7

2.3.2变幅机构PLC控制线路设计 7

2.4起重机电机调速方案设计 10

2.4.1电机速度控制方案设计 10

2.4.2调速方式选择 11

2.4.3变频器选择 12

2.5注意事项 13

3.基于MATLAB的电机变频调速仿真 14

3.1变频调速概述 14

3.2变频器原理仿真设计 15

3.3异步电机变频调速仿真 18

3.4结果分析 19

4.总结 20

参考文献 21

致谢 22

1.绪论

1.1研究港口10吨起重机变幅机构电气控制系统的意义

港口起重机随着现代工业的需求增大愈发的成为港口的主要搬运装卸工具，这是人力及其他装置难以替代的。而随着国家与国家，地区与地区间物流贸易往来的增加，以及海运技术的发展，使得港口起重机也逐渐有了新的工作需求并且获得了许多的发展，起重机也逐渐的朝着大型化，自动化等方向发展并具备新的特点。以往的港口起重机的电气控制系统多采用继电器＋控制器联合控制方式，对驱动电机控制也仅仅只是采用转子串电阻这种简单的调速方式。这类方案虽然能够满足传统起重机功能要求，但对于现代化的港口起重机系统，其控制精度低，耗能高，结构复杂等缺点非常明显，并且该方案会给起重机系统造成较大振动，降低了机械的寿命。因此，对起重机变幅机构电气控制系统的研究尤为必要。鉴于现在港口起重机机械结构大都还能满足货物装卸的要求，但仍有变幅机构电气控制相对落后的情况，通过分析其运行过程中出现的各种问题，提出针对这些问题的以PLC控制系统。以及针对电机调速过程中，只能分级调速而不能平滑调速，控制不够精确，以及附加耗能较严重等问题，提出了变频调速的方法。应用以可编程控制器为核心的控制系统以及对起重机电机采用变频调速方案将极大改善起重机控制系统的性能，使港口起重机的工作性能和可靠性等大大提高。

1.1.1 PLC控制系统的优势

与传统继电器加接触器控制方式不同，PLC控制能够通过存储逻辑来代替以往的接线逻辑，因此也就使得它接线量变少，节约了成本，简化了结构同时也降低了由于接线带来的故障风险等。可编程逻辑控制器PLC由于有着优秀的性能，自出现起就受到人们的重视并且为之投入了大量资源和做了大量的研究。现在的PLC已经属于十分成熟的产品并且系列化了，这使得我们可以更方便的找到符合需求的类型产品，同时这些产品由于具备标准化，小型化，集成化等特点，也使得它更容易与实际的控制机构结合。以PLC为核心的控制方案不仅具备更好的性能，例如可编程性好，可维护性好，结构可靠等，它还具备自诊断能力并且也能为外部附加相关设备进行自诊断保护，在消除和降低故障方面非常优秀。总而言之，以可编程逻辑控制器PLC为核心的控制系统能够克服传统接触器和继电器联合控制存在的生产效率低，能耗高，故障多等问题，因此更适合作为港口起重机控制方案。

1.1.2电机变频调速的优势

电动机由于实际工作的需要，其转速会频繁的根据实际情况变化。而这就需要好的调速方案来保证其调速过程的稳定，准确，快速等方面性能。港口起重机驱动电机传统的转子串电阻调速由于属分级调速，并且存在附加损耗等问题，已经难以适用于现在港口起重机工作和发展的需要，因此需要采用变频调速方案。变频调速由于是通过变频器改变电源频率，进而实现调速。而变频器主要通过电力电子器件组成整流和逆变电路来实现变频功能，因此没有电阻上的热能消耗等附加损耗。同时变频调速属于无级调速，这以为这它可以做到调速平滑，这使得调速的精确度，稳定度等都大大提高了，也使得司机的驾驶操作更加安全稳定方便。除此之外，变频调速的调速范围相较其他方案也更宽，在配合自动控制和程序控制等方面的能力也更好。总而言之，变频调速方案能满足现在港口起重机电机调速的需要，并且具备多项优势和良好的性能。

1.2起重机控制系统的发展，现状及趋势

起重机作为重要工业用设备，能够通过机械装置代替人完成繁重的搬运，装卸等工作。但同时，由于其主要依靠电机驱动，并且对其工作的稳定性，快速性，准确性等方面要求严格，因此对起重机的控制一直是人们关注和研究的重点。起重机诞生初期，由于功能单一，驱动甚至也只是通过人力和畜力，因此对其控制要求不高。但随着起重机发挥的作用越来越大，驱动力也逐渐由水力，蒸汽动力，电力等取代，对其控制难度和要求也慢慢变大。同时起重机也应用于各种环境场合，除了一般的工地用，还有例如汽车起重，港口使用，甚至安装在船上的水上浮游类起重等等。这些场景对起重机的控制要求和内容都不尽相同。本文主要讨论港口起重机，因此这里主要介绍港口起重机控制的发展及趋势。

港口起重机主要是门座式起重机，它能够满足港口工作所需的空间立体工作，灵活机动，并且能够针对不同的工作要求更换不同索具等等要求。同时港口工作的起重机由于一般是露天工作，容易受气候环境，灰尘等影响，因此设计其控制系统时通常也必须考虑这些因素，例如附加相应的抗干扰装置等。港口工作与其他地方工作还存在很大不同的地方就是在贸易往来少，货物搬运工作量不大的时候，对起重机的荷载和工作能力要求不大。但工作量大时，港口起重机的负载能力和工作能力就会受到很大考验。这就要求好的控制系统能够在一般时期保证起重机工作各项性能稳定，同时在工作量增大但没有超出规定限度是也能正常工作而不发生故障等情况。

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