專利名稱：塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)調(diào)速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)調(diào)速控制,。二、 背景技術(shù)起升機(jī)構(gòu)是塔式起重機(jī)最重要的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其調(diào)速方式的優(yōu)劣直 接影響整機(jī)性能。目前傳統(tǒng)的調(diào)速方式不能實(shí)現(xiàn)重載低速、輕載高速， 而且調(diào)速范圍小。起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式選擇原則有三個(gè)首先要平穩(wěn)， 沖擊??；其次要經(jīng)濟(jì)可靠，符合國(guó)情；三是要便于維修。常用傳統(tǒng)的 塔式起重機(jī)調(diào)速方法有如下幾種 一是繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào) 速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速；二是電磁離合器換檔的減速器 加帶渦流制動(dòng)的單速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)；三是普通減速器加帶渦流制動(dòng)的 多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)；四是差動(dòng)星減速器加雙電機(jī)。它們共同的特點(diǎn)是 傳動(dòng)性能差，可靠性差，增加能耗，增加維修成本，而且都是采用單 制動(dòng)形式。單制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試、維修方便；其缺 點(diǎn)，也是最主要的致命點(diǎn)，就是當(dāng)制動(dòng)器失靈、電機(jī)軸或減速機(jī)軸損 壞、制動(dòng)器摩擦片磨損等制動(dòng)裝置失效后，沒(méi)有其他保護(hù)措施使提升 裝置制動(dòng)，由此原因?qū)е碌氖鹿室褜乙?jiàn)不鮮。三、 發(fā)明內(nèi)容為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型使用PLC變頻調(diào)速 技術(shù)，通過(guò)PLC對(duì)變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)靈活、可靠 地調(diào)速。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是由PLC通過(guò)變頻器控制塔式起 重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，將塔式起重機(jī)起升及下降的各檔開(kāi)關(guān)量輸入PLC, PLC輸出連接變頻器，變頻器輸出連接起升電機(jī)；PLC程序設(shè)計(jì)完成 起升變頻器給出定信號(hào)和外圍信號(hào)的邏輯運(yùn)算、制動(dòng)器的控制和各種 故障信號(hào)的邏輯判斷及報(bào)警?？刂茥U的開(kāi)關(guān)連接到PLC的輸入端子(X0 X5)，限位開(kāi)關(guān)連接到 PLC的輸入端子(X8 XC)，變頻器的控制信號(hào)連接到PLC的輸入端 子(XD XF)，復(fù)位按鈕開(kāi)關(guān)連接到PLC的輸入端子(X6)，主接觸器輔 助觸點(diǎn)接到PLC的輸入端子(X7 )上，制動(dòng)器確認(rèn)開(kāi)關(guān)與夾鉗壓力 開(kāi)關(guān)接到PLC的輸入端子(XIO、 Xll)上。PLC的輸出接到變頻器的輸入端子(S1 S8)上，PLC的輸出 端還接在制動(dòng)器接觸器的線圈(LFa)、蜂鳴器線圈(BZ)和夾鉗制 動(dòng)器的繼電器線圈(C X T 、 C X D )上；制動(dòng)器接觸器(LFa)接 到制動(dòng)器的電機(jī)(L F a M)上，夾鉗制動(dòng)器的繼電器(C X D )接 夾鉗制動(dòng)器電機(jī)(HYM)， ( C X T )接夾鉗制動(dòng)器的電磁閥(H E Vt)。電源通過(guò)主接觸器(KM)及電抗器(Reactl)連接到變頻器的電 源輸入端(R\S\T)，同時(shí)電源分別接到制動(dòng)器接觸器的主觸點(diǎn) (LFa-1. 3. 5)、風(fēng)機(jī)(LVeM)、夾鉗電機(jī)接觸器的主觸點(diǎn)(CXD-1. 3. 5)、 夾鉗壓力開(kāi)關(guān)的接觸器(CXT-11.21)上。變頻器輸出端子(U\V\W) 通過(guò)輸出電抗器(RT)接到電機(jī)(LM)上，變頻器的直流輸出端子通 過(guò)制動(dòng)單元(BU)接到制動(dòng)電阻(RL)上，變頻器編碼接入端子直接 接到電機(jī)尾端所配帶的編碼器(PG)上。通電后，首先X7、 X8、 X9、 XA、 XB、 XC等限位開(kāi)關(guān)閉合；液壓夾鉗正常的情況下，YA、 YB閉合，液壓夾鉗電機(jī)工作，液 壓夾鉗打開(kāi)，當(dāng)壓力達(dá)到14MPa時(shí)，X10閉合，然后YB斷電，液壓 夾處于保壓狀態(tài)。當(dāng)壓力低于13MPa時(shí)，X10斷開(kāi)，此時(shí)YB接通， 液壓夾鉗電機(jī)工作，繼續(xù)給夾鉗加壓。如此反復(fù)， 一直到停機(jī)或是出 現(xiàn)故障時(shí)，液壓夾鉗才斷電制動(dòng)。當(dāng)起落鉤由于意外而失去制動(dòng)作用時(shí)，電機(jī)在重物的作用下出現(xiàn) 溜鉤，而此時(shí)通過(guò)電機(jī)配帶的編碼器(PG)產(chǎn)生信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)變 頻器所配帶的編碼譯碼裝置(PG—X2卡)，反饋給變頻器，此時(shí)通過(guò) 變頻器內(nèi)部的計(jì)算，發(fā)出一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)信號(hào)給PLC的XF端子，PLC根 據(jù)此信號(hào)，再通過(guò)PLC內(nèi)部所編寫(xiě)的程序，由PLC發(fā)出一個(gè)停機(jī)信號(hào) 給夾鉗制動(dòng)器，夾鉗制動(dòng)器將巻筒制動(dòng)住，防止意外的發(fā)生。此時(shí)自 動(dòng)切斷起升與下降的動(dòng)作，需人員檢査方可繼續(xù)操作。如果人員不去 檢査，而是斷電重新啟動(dòng)變頻器，此時(shí)變頻器會(huì)繼續(xù)檢出信號(hào)，而再 一次將起升制動(dòng)住，如此反復(fù)，直到維修人員將有問(wèn)題的部件修復(fù)為 止，避免安全事故的發(fā)生。PLC首先向變頻器發(fā)出運(yùn)行控制信號(hào)(Y1正轉(zhuǎn)、Y2反轉(zhuǎn))，變頻 器接收到運(yùn)行信號(hào)后開(kāi)始啟動(dòng)，當(dāng)變頻器輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出 頻率三個(gè)量都達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器出開(kāi)閘信號(hào)Y8閉合，機(jī)械抱閘 接著打開(kāi)抱閘，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)要求，通過(guò)改變PLC控制器的速度變化信號(hào)輸出點(diǎn)(Y4、 Y5、Y6)和變頻器在各段的頻率設(shè)定值來(lái)改變上升或下降的運(yùn)行速度， 從而改變吊車(chē)的運(yùn)行周期，以適應(yīng)各種不同建筑的生產(chǎn)工藝要求。為確保在生產(chǎn)過(guò)程及調(diào)試檢修時(shí)的安全，在PLC中設(shè)置了 PLC故障、變頻器故障等報(bào)警信號(hào)(Y2、 Y7)。只有無(wú)故障時(shí)，才能開(kāi)始啟
動(dòng)系統(tǒng)，并正常工作。否則，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，提醒維修人 員解除故障。
本實(shí)用新型采用先進(jìn)的PLC變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)塔式起重機(jī)電力拖 動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，使起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，提高運(yùn)行效 率，改善超負(fù)荷作業(yè)，消除起制動(dòng)沖擊，減少電氣維護(hù)，降低電能消 耗，提高功率因數(shù)等均可取得良好實(shí)效。同時(shí)還具有過(guò)電流、過(guò)電壓、 欠電壓和輸入缺相保護(hù)，以及變頻器超溫、超載、超速、制動(dòng)單元過(guò) 熱、1/0故障保護(hù)、電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)等。
1) 調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)有精確控制定位要求的作業(yè)；
2) 軟啟動(dòng)、軟停止的功能降低了機(jī)械傳動(dòng)沖擊，可明顯改善鋼 結(jié)構(gòu)的承載性能，延長(zhǎng)了起重機(jī)的使用壽命；
3) 高集成度組件及高可靠性低壓電器，有效解決原電氣系統(tǒng)接 線復(fù)雜問(wèn)題，不僅降低了系統(tǒng)故障機(jī)率，而且易維護(hù)；
4) 電動(dòng)機(jī)在零速時(shí)，能全力矩輸出，即使制動(dòng)器松動(dòng)或失靈時(shí)， 也不會(huì)出現(xiàn)重物下滑，確保系統(tǒng)安全可靠；
5) 具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)溜鉤并真正實(shí)現(xiàn)"零速交叉" 功能；
6) 專用負(fù)荷重量測(cè)控儀并配以相應(yīng)軟件，起升速度可隨負(fù)荷重 量變化自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)"輕載快速，重載慢速"的作業(yè)要求；
7) 系統(tǒng)所用變頻器，具有自動(dòng)節(jié)能操作模式，能提高系統(tǒng)的功 率因數(shù)和整機(jī)工作效率，節(jié)能效果顯著，平均節(jié)電率可達(dá)20%以上；
8) 當(dāng)?shù)谝恢苿?dòng)器失去作用時(shí)，第二制動(dòng)器工作，直接使巻筒停止，兩套制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的雙重保護(hù)。
四

圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖2為本實(shí)用新型的塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2的左視圖4為圖2的俯視圖。
圖5為本實(shí)用新型PLC編程的梯形圖。
五具體實(shí)施方式
塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)具有雙制動(dòng)機(jī)構(gòu)(如圖2、圖3、圖4)， 起升機(jī)構(gòu)包括巻筒l、減速機(jī)2、聯(lián)軸器4、電機(jī)5以及底架7，在聯(lián) 軸器4處安裝有第一制動(dòng)器——液力推桿制動(dòng)器3，在底架7上對(duì)應(yīng) 巻筒1的外側(cè)安裝有第二制動(dòng)器——液壓鉗式制動(dòng)裝置8，在巻筒1 的軸頭安裝有限位器6。當(dāng)?shù)谝恢苿?dòng)器失去作用時(shí)，第二制動(dòng)器工作， 直接使巻筒停止，兩套制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的雙重保護(hù)。
塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速傳動(dòng)方案采用一臺(tái)變頻器帶一 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的"一拖一"方案，變頻器選用直接轉(zhuǎn)矩控制型提升機(jī)專用 變頻器，為了提高低速傳動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性和高轉(zhuǎn)矩輸出能力，電動(dòng)機(jī) 采用帶脈沖編碼器的速度閉環(huán)控制。起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)變頻器采用起重 機(jī)專用變頻器，變頻器的速度給定來(lái)自于PLC輸出觸點(diǎn)。PLC主要完 成起升機(jī)構(gòu)變頻器的給定指令和變頻調(diào)速系統(tǒng)的各種保護(hù)信號(hào)的邏 輯控制，I/O點(diǎn)數(shù)共需用25點(diǎn)。實(shí)施方式PLC選用日本松下FP1-C40。 此PLC為輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)的，完全適用于本實(shí)用新型的控制要 求。其特點(diǎn)是體積小、功能多、良好的性價(jià)比、可拆卸端子便于維護(hù)。確定PLC控制器的信號(hào)輸出點(diǎn)，圖1中的Y0到Y(jié)7點(diǎn)，即正轉(zhuǎn)、
反轉(zhuǎn)、故障復(fù)位、多速段一、多速段二、多速段三、外部故障等信號(hào) 輸出點(diǎn)。相應(yīng)的信號(hào)傳送給變頻器，變頻器根據(jù)這些信號(hào)改變頻率來(lái) 實(shí)現(xiàn)上升或下降過(guò)程中速度變化的過(guò)程。
PLC首先向變頻器發(fā)出運(yùn)行控制信號(hào)(圖1中的Yl正轉(zhuǎn)、Y2反 轉(zhuǎn))，變頻器接收到運(yùn)行信號(hào)后開(kāi)始啟動(dòng)，當(dāng)變頻器輸出電流、輸出 轉(zhuǎn)矩、輸出頻率三個(gè)量都達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器輸出開(kāi)閘信號(hào)Y8閉 合，機(jī)械抱閘接著打開(kāi)抱閘，電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。
根據(jù)生產(chǎn)要求，通過(guò)改變PLC控制器的速度變化信號(hào)輸出點(diǎn)和變 頻器在各段的頻率設(shè)定值來(lái)改變上升或下降的運(yùn)行速度，從而改變吊 車(chē)的運(yùn)行周期，以適應(yīng)各種不同建筑的生產(chǎn)工藝要求。
為確保在生產(chǎn)過(guò)程及調(diào)試檢修時(shí)的安全，在PLC中設(shè)置了 PLC故 障、變頻器故障等報(bào)警信號(hào)。只有無(wú)故障時(shí)，才能開(kāi)始啟動(dòng)系統(tǒng)，并 正常工作。否則，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，提醒維修人員解除故障。
PLC的程序設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在PLC程序設(shè)計(jì)中， 可采用梯形圖進(jìn)行編程。具有形象、直觀、易懂好記的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)梯 形圖時(shí)，可根據(jù)已知的繼電器控制電路直接改畫(huà)成梯形圖，或是根據(jù) 控制要求重新設(shè)計(jì)梯形圖。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，對(duì)被控制對(duì)象的工 作過(guò)程、功能和特性進(jìn)行深入分析，確定控制系統(tǒng)需要的輸入、輸出 點(diǎn)數(shù)量，確定內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等參數(shù)，編寫(xiě)繪制 PLC程序。
權(quán)利要求1、一種塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)調(diào)速控制系統(tǒng)，其特征是由PLC通過(guò)變頻器控制塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，將塔式起重機(jī)起升及下降的各檔開(kāi)關(guān)量輸入PLC，PLC輸出連接變頻器，變頻器輸出連接起升電機(jī)；PLC程序設(shè)計(jì)完成起升變頻器給定信號(hào)和外圍信號(hào)的邏輯運(yùn)算、制動(dòng)器的控制和各種故障信號(hào)的邏輯判斷及報(bào)警。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)調(diào)速控制系統(tǒng)， 其特征是所說(shuō)的起重機(jī)起升及下降的各檔開(kāi)關(guān)量包括控制桿的開(kāi) 關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、變頻器的控制信號(hào)和復(fù)位按鈕開(kāi)關(guān)，控制桿的開(kāi)關(guān)連 接到PLC的輸入端子(X0 X5)，限位開(kāi)關(guān)連接到PLC的輸入端子 (X8 XC)，變頻器的控制信號(hào)連接到PLC的輸入端子(XD XF)，復(fù)位 按鈕開(kāi)關(guān)連接到PLC的輸入端子(X6)，主接觸器輔助觸點(diǎn)接到PLC 的輸入端子(X7 )，制動(dòng)器確認(rèn)開(kāi)關(guān)與夾鉗壓力開(kāi)關(guān)接到PLC的輸 入端子(XIO、 Xll); PLC的輸出接到變頻器的輸入端子(S 1 ~S 8 )， PLC的輸出端還接在制動(dòng)器接觸器的線圈(LFa)、蜂鳴器線圈(B Z ) 和夾鉗制動(dòng)器的繼電器線圈(C X T 、 C X D );制動(dòng)器接觸器(LFa) 接到制動(dòng)器的電機(jī)(L F a M)，夾鉗制動(dòng)器的繼電器(C X D )接 夾鉗制動(dòng)器電機(jī)(HYM)， ( C X T )接夾鉗制動(dòng)器的電磁閥(H E Vt); 電源通過(guò)主接觸器(KM)及電抗器(Reactl)連接到變頻器的電源輸 入端(R\S\T)，同時(shí)電源分別接到制動(dòng)器接觸器的主觸點(diǎn)(LFa-1. 3. 5)、風(fēng)機(jī)(LVeM)、夾鉗電機(jī)接觸器的主觸點(diǎn)(CXD-1. 3. 5)、 夾鉗壓力開(kāi)關(guān)的接觸器(CXT-11.21);變頻器輸出端子(UWW》通過(guò)輸出電抗器(RT)接到電機(jī)(LM)，變頻器的直流輸出端子通過(guò)制 動(dòng)單元(BU)接到制動(dòng)電阻(RL)，變頻器編碼接入端子直接接到電 機(jī)尾端所配帶的編碼器(PG)。
3士目+曰士T7壬il更擊i SF;4士66+:S::^^P舌in豐P A卡n ^i"!固；審扮生il玄么右 3、'lR/J/0'l入化U女0、 1 〃1 ""Cnu:j+口 JAiAChi壬VliAtk乂 I "L'I"J K/4J還J丄lu!jzJ、Wli，其特征是塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)具有雙制動(dòng)機(jī)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)包括巻 筒(l)、減速機(jī)(2)、聯(lián)軸器(4)、電機(jī)(5)以及底架(7)，在聯(lián)軸器(4)處安裝 有液力推桿制動(dòng)器(3)，在底架(7)上對(duì)應(yīng)巻筒(1)的外側(cè)安裝有液壓鉗式 制動(dòng)裝置(8)，在巻筒(1)的軸頭安裝有限位器(6)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)調(diào)速控制系統(tǒng)，由PLC通過(guò)變頻器控制塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，將塔式起重機(jī)起升及下降的各檔開(kāi)關(guān)量輸入PLC，PLC輸出接變頻器，變頻器輸出接起升電機(jī)；PLC程序設(shè)計(jì)完成起升變頻器給定信號(hào)和外圍信號(hào)的邏輯運(yùn)算、制動(dòng)器的控制和各種故障信號(hào)的邏輯判斷及報(bào)警。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的PLC變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)塔式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，使起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，提高運(yùn)行效率，改善超負(fù)荷作業(yè)，消除起、制動(dòng)沖擊，減少電氣維護(hù)，降低電能消耗，提高功率因數(shù)。同時(shí)還具有過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓和輸入缺相保護(hù)，以及變頻器超溫、超載、超速、制動(dòng)單元過(guò)熱、I/O故障保護(hù)、電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)等。
文檔編號(hào)B66D1/02GK201347335SQ200920010229
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者龍 楊, 田承天, 許文峰 申請(qǐng)人:撫順永茂建筑機(jī)械有限公司