抓斗起重机plc控制系统设计-毕业论文

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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 抓斗起重机PLC控制系统设计 学院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 年 月 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述0 引言起重机(Crane)属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环1。 传统的抓斗起重机存在以下主要缺点： 1、抓斗工作的协调主要靠司机的熟练程度

2、、技术水平。司机在操作抓斗时要考虑支持、开闭机构的协调，劳动强度大，容易疲劳，易产生误操作，甚至造成钢丝绳断裂、抓斗砸坏。 2、在抓斗起升时，刚起升的瞬间，起升开闭电动机受力不均匀，开闭电动机单独受力，易过载，造成电机损坏及钢丝绳断裂。 3、抓斗上升、下降报警到极限位置不易控制，所用限位开关很难长期使用。 4、为实现合适的抓斗工况，司机要经常点动操作或打倒车，电气元件和电动机经常处于大电流工作状态，降低了元件的使用寿命。 5、抓斗起重机每天需进行上千次的操作，由于绕线式电机调速是通过系统中的主要控制元件一一交流接触器来接入和切除电动机转子上串接的电阻，切换十分频繁，在大电流下，非常容易烧坏触头

3、。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的电阻因灰尘、设备振动等原因经常烧坏、断裂，因而设备故障率高，维修量大，小车、大车的运转也存在上述问题2.3.4。 随着起重机械的不断发展，传统的控制技术己不能满足某些行业对起重设备效率高、节能环保、故障率低等性能的要求。因此，利用现代控制技术来改造传统控制方式，已逐渐成为现今行业内生产厂家及各相关企业普遍关注的问题。针对上述传统电气控制方式存在的不足，运用先进的可编程控制技术、变频器和位置传感器技术，以程序控制取代继电器，使用变频器，利用鼠笼式异步电机代替转子绕线式异步电机，减少接触器数量，用位置传感器检测起升、开闭钢丝绳的位置，实现自动开闭斗功能，可以解决

4、上述问题5。1 抓斗起重机 1.1抓斗起重机简介 抓斗起重机是一种用来起重、放下和搬运重物、散料，并使重物、散料在短距离内水平移动的起重、搬运设备，常用来装卸煤、水泥、灰、矿砂等物，是工矿企业、货运港口、装卸码头生产过程中不可缺少的一种起重、搬运设备。 抓斗起重机一般由桥架、大车运行机构、小车运行机构、起升开闭机构等构成。 1.1.1桥架 桥架是桥式起重机的基本构件，它由下列部件构成： (1)主梁。用于铺设供小车运行的钢轨。 (2)端梁。在主梁的两侧，用于和主梁连接并承受全部载荷。 (3)走台。在主梁外侧，为安装和检修大、小车运行机构而设。 1.1.2大车运行机构 用于拖动整台起重机顺着作“横

5、向”远动(以驾驶者的坐向为准)。由电动机、制动器、减速装置和车轮等组成。1.1.3小车运行机构用于托运抓斗及重物顺着桥架作“纵向”运动。也由电动机、制动器、减速装置和车轮等组成。 1.1.4起升开闭机构 用于拖动重物作上升或下降的起升运行。由电动机、减速装置、卷筒和制动器、抓斗等组成。抓斗起重机的控制中以起升开闭机构的控制最为复杂，它不仅要考虑相对较多的控制任务，而且还要注意安全性。 抓斗是起重机的重要部件，主要是由两个A板1、一个下横梁2、两个支撑杆3和一个上横梁4组成，如图1. 1所示。抓斗的装、卸载过程由两组钢丝绳S1和S2来控制，S1为开闭绳组，S2为起升绳组。这两组钢丝绳分别由两个独

6、立的卷筒驱动，这样的抓斗就称作为四绳抓斗。抓斗的操作过程可分为四个步骤：降斗，张开的抓斗下降到物料堆上。这时抓斗的开闭绳组S1和起升绳组S2以相同的速度放出，但在抓斗下降过程中，抓斗自重主要由起升绳组S2来承受，以免抓斗在下降过程中自动关闭；闭斗，这时抓斗已插入物料堆，起升绳组S2保持不动，而开闭绳组开始卷上，迫使颖板闭合，并抓取物料；升斗，抓斗抓满物料后，起升绳组S2和开闭绳组S1以同样的速度卷上，直到抓斗提升到预定高度为止；开斗，抓斗运行到卸载地点的上空，开闭绳组S1放松，起升绳组S2保持不动，并承受整个抓斗的重量，这时领板在自重、下横梁以及斗中物料重量的共同作用下张开，即卸出物料。然后抓

7、斗又保持张开状态进入第二个工作循环6.7.8。图1. 1 抓斗示意图1.2抓斗起重机分类抓斗起重机根据起重机的分类分为桥式抓斗起重机，他门式抓斗起重机，又可以分为单梁抓斗起重机和双梁抓斗起重机。这种起重机将煤、矿石和磷酸盐之类的散货从货舱里卸到漏斗里，然后经传送带卸至堆货场或装车货台。起重设备抓斗桥式起重机为散料和颗粒状物料专用。抓斗桥式起重机常规配置：采用司机室控制，司机室分开式和闭式两种。各机构采用绕线式起重电机，电阻调速。起重设备抓斗桥式起重机工作级别：A6、A7，工作环境20至40本机型不推荐用于有防爆、绝缘要求的工作环境9。 2 可编程控制器 2.1可编程控制器概述 可编程控制器是近

8、年来迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置，国际电工委员会(IEC)在1985年颁布的标准中对可编程控制器的定义为：可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用可编程序的存储点，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)10.11。可编程控制器的主要功能有:控制功能;数据采集、存储与处理功能;输入/输出接口处理功能;通信、联网功能;

9、人机界面功能;编程、调试功能。 可编程控制器具有如下主要特点：1、可靠性高2、模块化组合灵活3、功能强4、编程简单易5、适应工业环境6、安装、维修简单7、运行速度快8、总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低12.13。2.2抓斗起重机智能化控制系统PLC的选型 抓斗起重机传统的电气控制回路是利用时间继电器、中间继电器实现其控制功能的，我们可以利用PLC具有的逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制等功能对起升机构、开闭机构、大车机构、小车机构进

10、行智能化控制。新系统控制性能优越，动作安全可靠。现在新制造的起重机电气控制都用PLC来实现，已投入使用的起重机也逐渐改造成PLC来控制。 针对抓斗起重机的起升、开闭电机在运行中不能协调的问题，陈蕴基教授提出采取变频调速、PLC和上位机相结合的最优控制方案。双电机达到自动同步，基本上能解决同步问题。戴高祥高工针对四绳抓斗起重机操作难、效率低下、能耗高、故障多等问题提出改变传统的双操作杆控制和较先进的时续控制方式，通过微机对抓斗升降、开闭钢丝绳长度比率自动跟踪检测，开发出四绳抓斗自动控制系统。该自动控制系统具有操作简单可靠、效率高、能耗低、噪声小等一系列优越性能。一般的抓斗控制系统，控制开闭斗的时

11、机完全靠司机的估计和熟练程度，开闭电机易造成过载，抓斗开闭易过头，增大了设备故障率和机械损伤。黄晨君、徐长生教授提出用PLC控制方式、脉冲编码器、变频器相结合的自动开闭斗设计方案，提高了生产效率。同时提出的自动开闭斗控制结合整机的自动操作也将成为今后带抓斗装卸设备的发展方向。 综上所述，抓斗起重机采用PLC、变频器和编码器应用技术来实现智能化控制，是今后的发展方向。起升、开闭通过单手柄控制四绳抓斗的控制方式，实现满斗抓煤和起升功能，在起升时起升和开闭协调性好，四绳受力都能平衡(减小了机械的冲击也保护了钢丝绳);起升、开闭电机分别由两台变频器控制，电机采用变频器电机;安装在支持机构和开闭机构卷筒

12、上的编码器，通过软件编程可实现自动开闭斗，实现沉抓功能，并保持起升、开闭钢丝绳四绳平衡。上升限位由编码器代替，安全可靠，调整方便。 大、小车机构也采用变频调速，小车机构由一台变频器驱动，大车采用一台变频器拖动2台电机的控制方式，在变频器和电机之间设置热动型的热敏继电控器，热敏继电器的接点断开主回路输入侧的接触器。对于技术改造的老设备原大小车电机可保留，只把转子回路短接，可节省费用，新安装的起重机则选用变频电机。采用变频器后不仅能满足大、小车机构的制动和长期运行的要求，同时也能留有合理的余量14.15。3.总结抓斗起重机传统电路控制方式存在抓斗操作难、效率低下、能耗高、故障多等问题，改变传统的依

13、靠行车工的熟练程度、技术水平和较多的点动操作的控制方式。应用PLC、变频器、绝对值编码器达到用鼠笼式电机取代绕线式电机，简化控制回路，减少接触器数量，取消计时继电器，实现自动跟踪检测抓斗、开闭钢丝绳的长度差值，开发设计出抓斗起重机的智能化控制系统16。 抓斗起重机采用PLC、变频器和编码器应用技术来实现智能化控制，是今后的发展方向。起升、开闭通过单手柄控制四绳抓斗的控制方式，实现满斗抓煤和起升功能，在起升时起升和开闭协调性好，四绳受力都能平衡(减小了机械的冲击也保护了钢丝绳);起升、开闭电机分别由两台变频器控制，电机采用变频器电机;安装在支持机构和开闭机构卷筒上的编码器，通过软件编程可实现自动

14、开闭斗，实现沉抓功能，并保持起升、开闭钢丝绳四绳平衡。上升限位由编码器代替，安全可靠，调整方便。大、小车机构也采用变频调速，小车机构由一台变频器驱动，大车采用一台变频器拖动2台电机的控制方式，在变频器和电机之间设置热动型的热敏继电控器，热敏继电器的接点断开主回路输入侧的接触器。对于技术改造的老设备原大小车电机可保留，只把转子回路短接，可节省费用，新安装的起重机则选用变频电机。采用变频器后不仅能满足大、小车机构的制动和长期运行的要求，同时也能留有合理的余量。随着科学技术的不断发展，各种新工艺、新材料、新技术、新产品在起重机械的应用推广，起重机智能化控制程度进一步提高，能够进一步设计出具有自动取料

15、、自动升降、快速下降、自动卸料、三维定位、单位时间内累计取料重量运算，打印输出，以及起重机故障能够自动判别，更加智能化的起重机控制系统17。参考文献1 胡冬星.抓斗起重机控制系统研究.北京：中国科技信息2005.20 67-682 黄晨君,徐长生.抓斗门式起重机自动开闭斗的研究起重运输机械2007 (4) 34 一363 范永胜，王眠编 电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社20044 周鹦主编 电机学.北京：中国电力出版社1995.55 杜金城 主编电气变频调速设计技术.北京：中国电力出版社2001.46 赵瑾 可编程控制器(PLC)在起重机控制系统改造中的应用 南京师大学报2001.4

16、 65一697 张燕宾编著 电动机变频调速图解.北京：中国电力出版社20038 刘小庆 基于PLC控制的变频调速在桥式起重机的应用机械2004.8 (31) 15一169 金苏 起重机电气限位装置的选型起重运输机械2005.1 61-6210 Bernard J. Use of rule-base system for process control.IEEEControl SystemMagazine, 199811 孙桂林等 编龙门起重机检修.北京：人民铁道出版社1980.212 段苏振 交流变频调速技术在门式起重机中的应用电气传动2005.1 57-6413 戴修祥 四绳抓斗自动控制系统

17、起重运输机械2006 (1), 41-4314 范永胜，王眠编 电气控制与PLC应用。北京：中国电力出版社200415 周鹦主编 电机学。北京：中国电力出版社1995.516 曹树谦等.振动结构模态分析M.天津：天津大学出版社，2002，6.17 刘晓星等 采用变频与PLC技术设计装卸桥起重运输机械2003.9 16-18 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、 课题的目的与意义本课题主要从解决抓斗起重机传统电路控制方式存在抓斗操作难、效率低下、能耗高、故障多等问题出

18、发，改变传统的依靠行车工的熟练程度、技术水平和较多的点动操作的控制方式。应用PLC、变频器、位置传感器技术达到用鼠笼式电机取代绕线式电机，简化控制回路，减少接触器数量，取消计时继电器，实现自动跟踪检测抓斗、开闭钢丝绳的长度差值，开发设计出抓斗起重机的智能化控制系统。 利用绝对值编码器自动跟踪检测抓斗起升、开闭钢丝绳的长度差值，实现自动开闭、沉抓的功能。抓斗开闭能够一次到位，避免行车工通过多次点动才能达到抓斗开闭所要求的位置，节省了时间，减少了行车工的疲劳程度，提高了抓斗起重机的利用率，节约了电能，并根据抓斗起重机实际运用中经常出现的故障，开发出故障显示功能。随着科学技术的不断发展，各种新工艺、

19、新材料、新技术、新产品在起重机械的应用推广，起重机智能化控制程度进一步提高，能够进一步设计出具有自动取料、自动升降、快速下降、自动卸料、三维定位、单位时间内累计取料重量运算，打印输出，以及起重机故障能够自动判别，更加智能化的起重机控制系统。二、 课题发展现状和前景展望抓斗起重机在工业生产中应用十分广泛，目前大多数的起重机系统，仍然采用传统的继电控制，实现绕线式三相交流异步电动机启动和调速。这样的系统存在设备故障率高，并且控制线路复杂，热功率消耗大等缺点。PLC技术普及推广大概在20世纪70年代左右，这不包括在实验室使用。在我国，PLC现在已经走向大众化。作为普通控制，PLC代替传统的模拟和数子

20、电路甚至是简单的单片机技术是很有优势的。PLC本就是单片机为核心的标准体，它的优越不可能超过支持它运行的核心部件。PLC优点是符号市场要求，使用简易的电工图纸方式进行标准化编程，推广应用的前景广阔。三、课题基本任务和要求随着起重机械的不断发展，传统的控制技术已不能满足某些行业对起重设备效率高、节能环保、故障率低等性能的要求。针对传统电气控制方式存在的不足，采用可编程控制技术、变频器和位置传感器技术，以程序控制取代继电器，使用变频器，减少接触器数量，用位置传感器检测起升、开闭钢丝绳的位置，实现自动开闭斗功能。将提高抓斗起重机的工作效率、减少抓斗起重机的故障率，实现半自动化操作，减少人为的操作事故

21、，运行可靠、节能等，具有显著的使用意义。主要完成： 1、确定系统总体设计方案 2、设计硬件系统的电路原理图，包括检测模块、控制系统主电路以及控制电路设计。以PLC和变频器为控制器，实现对抓斗起重机的控制。 3、设计控制系统的PLCI/O接线图、PLC程序的总体结构图、顺序功能图和梯形图（包括公用程序、手动程序、自动程序、信号显示和故障报警程序等程序的梯形图）；选择电器元件和设计控制算法；编写指令程序清单；调试通过系统程序。 4、根据要求和设计过程，编写设计说明书和打印图纸。四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料，翻译英文资料查找设计所需的资料，资料的内容要有深度，要具有参考意义。2、熟练掌握设计

22、所需的内容复习以前所学关于液压方面的专业知识，并能熟练的运用到液压系统设计中去。借阅关于塑料成型方面的书籍，还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识，如：机械设计、材料力学、电气可控制原理与应用、现代电气控制及PLC应用技术、机械原理等。3、设计内容（1）PLC系统的总体设计方案。（2）设计硬件系统的电路原理图，包括检测模块、控制系统主电路以及控制电路设计。以PLC和变频器为控制器，实现对抓斗起重机的控制。（3）设计控制系统的PLCI/O接线图、PLC程序的总体结构图、顺序功能图和梯形图（包括公用程序、手动程序、自动程序、信号显示和故障报警程序等程序的梯形图）；选择电器元件和设计控制算法；编写

23、指令程序清单；调试通过系统程序。4、具体设计步骤（1） 认真仔细阅读指导老师下达的毕业设计任务书；（2） 结合任务书上的设计要求了解抓斗起重机的运行流程；（3） 利用CAXA等绘图软件，绘制抓斗起重机的工作示意图；（4） 根据控制要求，计算并选择电机；（5） 选择PLC及电器元件，选择PLC及I/O口，绘制硬件连线图；（6） 设计PLC梯形图并调试程序；（7） 记录程序清单及其调试结果，根据仿真结果提出合理改进意见，（8） 改进后重新建模并进行分析；（9） 整理仿真分析所得数据，得出结论，为优化提供参考。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导老师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日