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简介
这是起重机毕设答辩ppt，包括了毕业设计任务书，轨道式集装箱门式起重机，说明书介绍了起重机的三大工作机构、常用电气设备和其电气控制部分的设计，主要内容是起重机的电气设备和电气控制系统的设计等内容，欢迎点击下载。
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各位老师大家好！
集装箱龙门起重机
----电气控制部分
指导老师：李斌老师
答 辩 人：李江华
毕业设计任务书:
题目：集装箱龙门起重机设计（电气控制部分）
题目内容：
要求设计一台港口用轨道式集装箱门式起重机，该起重机采用双主梁，跨距40.5t-40m，两端有效悬臂10m，可进行20'到40'国际标准集装箱的装卸、转运及堆放等作业。
课题任务要求：
进行集装箱门式起重机电气控制部分和小车机器房部分的设计，电气控制部分采用可编程控制器(PLC)控制，需画出电气原理图和电气布置，编写PLC梯形图程序，说明工作原理。设计起重机的机器房结构，编写设计说明书。
第一章：轨道式集装箱门式起重机
第二次世界大战以后，在运输业发生了一场技术革命——集装箱运输。六十年代中期集装箱运输受到世界各国的普遍重视，从而得到了迅速发展，以形成一个完整的体系。国际标准化组织为集装箱规定了统一的规格、重量。为发展集装箱运输，又出现了许多种类的装卸机械，集装箱龙门起重机就是其中的一种。
本次设计的起重机为重庆寸滩港的轨道式集装箱门式起重机，该起重机采用双主梁，跨距40.5t-40m，两端有效悬臂10m，可进行20'到40'国际标准集装箱的装卸、转运及堆放等作业，进行集装箱门式起重机电气控制部分
说明书介绍了起重机的三大工作机构、常用电气设备和其电气控制部分的设计，主要内容是起重机的电气设备和电气控制系统的设计
起重机械是一种对重物能同时完成垂直升降和水平移动的机械。在工业和民用建筑工程中，起重机械作为主要施工机械用于建筑构件和材料在运输过程的装卸，并将构件吊到设计位置进行安装等，不仅解决了人力无法胜任的作业，而且能保证工程质量，缩短工期，降低成本，成为极其重要的建筑施工机械。
起重机械的分类：起重机械的种类很多，按使用的动力设备可分为内燃机作动力和电动机作动力两种；按起重机载荷率可分为轻型、中型、重型、特重型四类；按起重结构可分为龙门式和臂架式两类；按回转台的角度可分为全回转式和非全回转式；按行走机构的构造可分为固定式和移动式两类。建筑施工中常用的为移动式起重机，包括：塔式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机，
起重机械的主要性能参数包括：起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度以及工作速度等。
轨道式集装箱门式起重机具有以下优点：
(1)场地利用率更高，跨中一般可堆放8一l5列集装箱加1个或多个车道，而标准的轮胎式集装箱门式起重机跨中只能堆放6列集装箱加1个车道。
(2)定位能力好，且可以提供最迅速和最有效的集装箱存储和检索系统，易于实现堆场自动化，如果和自动搬运车或移箱输送机等配合作业，可以达到很高的作业效率。
(3)各机构的运行速度更高，作业效率更高。
(4)以电力为动力，无废气排放，噪声低，环保性能好。
主要技术性能参数
轨道式集装箱门式起重机的主要技术参数有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作类型等。
一、 起重量
轨道式集装箱门式起重机的起重量有3个指标，即额定起重量、吊具下起重量、吊钩下起重量。目前吊具下最大起重量超过50 t，但大多为30.5～42 t。
二、 起升高度
起升高度有2种表述方法，即以“m”为单位的绝对起升高度和堆箱高度。起重机的起升高度大多在15 m上下，目前最大的已超过20 m。从堆箱高度上讲，大多为堆3过4、堆4过5和堆5过6，目前最大的达到堆8过9。
三、跨距和伸距
轨道式集装箱门式起重机的跨距目前最小为15 m，最大超过60m，大多在25～35 m之间；起重机的工作伸距一般不超过10 m。在国外，轨道式集装箱门式起重机广泛用于内河港口，兼做装卸和堆场。在莱茵河两岸的集装箱码头广泛采用这种机型，如曼海姆集装箱码头，装备有2台轨道式集装箱门式起重机，其中l台跨距为65 m，外伸距为13 m；另1台跨距为65．5 m，外伸距为14.5 m，起重量均为35 t。
四、工作速度
起重机的速度参数包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度。随着经济的不断发展和技术水平的不断提高，对起重机的速度要求也越来越高。起升速度：Kunz公司为汉堡港制造的6台轨道式集装箱门式起重机，起升速度达到80 m/min；ZPMC等生产的轨道式集装箱门式起重机起升速度满载为40 m/min，空载为80 m/min。小车运行速度：Noell、Kunz、ZPMC、交通部水运所等单位研制的起重机小车运行速度都达到了120m/min；国外目前最大已达到240 m/min。大车运行速度：Kunz生产的轨道式集装箱门式起重机大车运行速度为l80 m/min。
门吊的工作速度有三种，根据起重机用途和起重量的不同而不同。
(1)起升机构的起升速度V起，它与超重量和生产率有关，通常起重量大而起升速度低生产率高，速度可以大些；一般不超过20米/分；
(2)起重小车走行速度V小车，—般不超过50米/分；
(3)起重机大车走行速度V大车。—般不超过120米/分。
五、工作类型
起重机工作类型是表明起重机工作的载荷变化和忙闲程度的参数。载荷变化程度是起重机的实际超重量与额定起重量之间的变化关系。有的起重机额定起重量很大，如几十吨。但只是偶然起吊这样重的货物，经常起吊的货物重量仅是额定起重量的1/2或1/3。忙闲程度是指超重机工作时的长短。如有的一年内要工作7000小时，有的工作4000小时，还有2000小时、1000小时不等。根据载荷变化程度和忙闲程度把超重机的工作类型分为四种类型：(1)轻型(JC＝15％)；(2)中型(JC＝25％)；(3)重型(JC＝40％)；(4)特重型(JC＝60％)。
第2章 门式起重机的三大工作机构
门式起重机的三大工作机构（机械传动部分）由起升机构、起重小车走行机构、大车走行机构等构成，它们分别实现吊装货物的上下升降，左右(横向)搬移和前后(纵向)搬运三个动作，构成一个作业区域
起升机构
起升机构的主要形式：
1．吊钩门式起重机的起升机构2．抓斗门式起重机的起升机构3．电磁门式起重机的起升机构和三用门式起重机的起升机构 4．两用门式起重机的起升机构。
小车走行机构
大车走行机构
第3章 门式起重机的电气设备及选用 3.1 概述
起重机的电气部分是起重机必不可少的重要组成部分。电气设备工作的好坏将直接影响起重机的性能。也就是说：一台好的起重机必须要有好的电气设备。为此，要求设计、制造部门能精心设计、认真制造，才能造出好的电气设备、造出好的起重机。但是，仅仅这样还不够，更重要的还要求我们能够正确、合理地使用起重机和它的电气设备，注意日常的维护保养，执行计划预修制度，经常保持设备完好，才能保证正常运行，以满足日益发展的生产需要。
起重机负载的特点
轨道式集装箱龙门起重机的机构一般可分为运行和升降两种，这两种机构的负载性质是不同的。
运行机构的正、反两个方向均属阻力负载，对电动机来说在两个方向都是电动状态，需要发出驱动力矩来拖动机构运转。
升降机构两方向的负载性质不一样。上升时为阻力负载。下降时有两种情况：当负载很轻，其重量克服不了机构的摩擦阻力时，也是阻力负载；当负载较大时则为动力负载。对电动机来说，上升和轻负载下降时是电动状态，产生驱动力矩来拖动机构运转；重负载下降时，由重物拖动机构向下运转，电动机处于制动状态，产生制动力矩来平衡由负载产生的驱动力矩，使重物以稳定的速度下降。类似升降机构的负载称“位能负载”。上升时由电动机驱动，将动能变为位能；下降时由重物驱动，将位能变为动能。
在室外工作的起重机，由于风力的存在，当顺风运行时，有可能把运行机构的阻力负载变成动力负载，此时由风力驱动机构运行，电动机处于制动状态。
起重机常用的下降制动方法
为了使下降的重物能获得稳定的运行速度，需要使电动机在制动状态下运行。异步电动机常见的制动方法有再生发电制动、反接制动和单相制动三种。
再生发电制动
再生发电制动发生在由于外力的作用使异步电动机的转速超过其同步转速时，此时电动机的运行状态象一个与电网并联的异步发电机，将电能反馈给电网。这种制动方法常用于起升机构下降重物时，其特点是转速较快，且必须超过同步转速。绕线型异步电动机应用再生发电制动时，不能在转子电路中串接电阻器，因串接电阻后，转速将更快，过快的转速将引起机构的损坏。
反接制动
电动机被过重的负载倒拉，就会出现反接制动状态。此时，电动机的转子被迫逆着旋转磁场的方向旋转，转速是负值，转子中将产生比静止时更高的感应电动势。为了限制转子电流不致过大，需在转子电路中串接足够的电阻。反接制动时，电动机把下降负载的位能变换成电能，并于从电网吸取的电能一起变成热能，消耗在转子电阻里。这种制动方法常用于起升机构下降较重负载时，其特点是机械特性较软。
单相制动
把三相异步电动机的定子绕组接在单相电源上或把三相电源中的任何一相断开，并在转子电路中串接适当的电阻，如此时电动机由下降的重物带动旋转，则电动机便进入单相制动状态运行。
下面简要介绍电气部分 :
一、电制与供电
本机采用交流380V、50Hz三相四线制供电系统。动力回路380V，控制回路和照明回路为220V，安全电压为24V。整机供电采用磁滞式电缆卷筒供电（左右卷放有效长度为150m），小车供电采用悬挂电缆小车式。
二、电力拖动与控制
本设备起升机构、大、小车运行机构全部采用变频驱动装置；控制系统采用三菱公司的FX系列PLC；故障诊断及显示采用触摸屏。
三、操作：
先解除行走锚定装置，然后合上总隔离闸刀和总空气开关，此时主配电板(MBD)和联动台(TQK)上合闸指示灯亮，再检查三相电源情况，若正常可进行吊装作业。
1、大车运行机构：使用1SA进行运行机构的操作，左右各4个操作档位。可实现平滑地匀加速或匀减速运动。当该机构从运动状态到停止时，先断电，延时5～6秒后自动抱闸，以减少整机制动时的冲击和震动。
2、小车运行机构：该机构操作手柄为3SA，设置前进和后退各四个档位，可实现平滑地匀加速或匀减速运动。在两腿外侧悬臂端设置有慢速运行区域，当小车从悬臂端向内侧运行时，不受上述限制。
3、起升机构：该机构的操作手柄为2SA，起升和下降各四个操作档位，可实现平滑地匀加速或匀减速运动。
四、保护
按照《起重机设计规范》和《起重机安全规程》的规定，整机设置有总的过流、短路、失压、欠压保护，并且在联动台和主电源柜上、机器房以及在下横梁对角位置设有紧停按钮。
1、大车运行机构：该机构设置有零压、零位、过流短路，正反向联锁，极限位置限位，电缆卷筒极限限位等保护，另外还设置有锚定联锁以及防护器顶松轨联锁等。
2、小车运行机构：该机构设置有零位、零压、过流和短路保护，以及正反向联锁、悬臂端限速和极限位置保护等，另外还设置有驾驶室通道口联锁开关和小车锚定装置。
3、起升机构：该机构设置有零位、零压、过流短路保护，正反向联锁、上下预限位保护，极限位置保护和应急限位保护以及超载保护等。
4、本机在最高处设置有避雷装置。
五、信号、通讯和照明
1、超负荷限制器在起升机构吊重达到额定载荷的95％时，发出报警信号，在达到额定载荷的110％时，起升机构断电，只允许下降操作。
2、大车运行时有间断的声光报警信号以提醒现场人员避让。
3、各机构极限位置时产生报警信号。
4、风速超过额定值时产生报警信号，并停止整机工作。
5、设置二部对讲机以便起重机上下联系。
6、照明：本机在梁底部设置有8盏500W投光灯，在小车架底部设置有4盏500W投光灯作为工作照明，司机室、机器房、电气房、楼梯走道都设置有足够的照明设置和不同电压等级的插座。在机器房配置有2台轴流风机，在电气房配置有一台轴流风机以改善散热条件。在司机室和机器房内的电气房各设置1部双制式空调。另外还配备了2盏隔爆型手提检修灯（可充电式）和必要的消防设备。
3.2 电动机
起重机上使用的电动机可分为直流电动机和交流电动机。在门式起重机上一般采用交流异步电动机，其中有鼠笼式电动机和绕线式电动机。鼠笼式电动机只限于中小容量、起动次数不多，没有调速要求，对起动平滑性要求不高，操作简单的场合。而绕线式电动机则是起重机上使用范围最广泛的一种电动机。
门吊采用的电动机多为三相交流绕线式异步电动机(或称滑环电机)。
下面是电动机的简要计算过程：
1、运行阻力计算
2、初选电动机
3、起动时间与平均加速度验算
4、校核电动机的过载能力
5、电动机发热验算
参见《最新起重机械设计、制造、安装调试、维护新工艺、新技术与常用数据及质量检验标准实用手册》，根据计算所得的数据和综合考虑以上涉及的各种情况，成本，因此本设计选用三相交流绕线式异步电动机，型号为YZR315M2-10（两台），YZR160L-6（八台），YZR180L-8（四台）。
备注：大连伯顿电机厂，配强迫风冷风机、编码器和超速开关。
3.3 控制电器
起重机常见的控制电器有开关、接触器、凸轮控制器、主令控制器、继电器和电阻器等
3.4 变频器的选择
在电力拖动领域，解决好电动机的无级调速问题具有十分重要的意义。例如：
1、可以大大提高工农业生产设备的加工精度、工艺水平以及工作效率等，从而提高产品的质量和数量。
2、可以大大减少生产机械的体积和重量，从而减少金属的用量。
3、对于风机和泵类负载，如采用调速的方法改变其流量，节电率可达（20—60）%等等。
旧时的起重机拖动系统如图 :
电机的旋转速度为什么能够自由地改变？
n = 60f/p(1-s) n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机的转差率电机的转速 = 60(秒)＊频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率，电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm ，电机的旋转速度同频率成比例，同步电机的转差矩为0，同步电机的转速 = 60(秒)*频率(Hz)／电机的磁极对数 异步的转速比同步电机的转速低。 例如：4极三相步电机 60Hz时 低于 1，800 [r/min] 4极三相异步电机 50Hz时低于 1，500 [r/min]。本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
改变频率和电压是最优的电机控制方法：如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从400V改变到约200V。如果要正确的使用变频器， 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。
矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？
转矩提升：此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。 改善电机低速输出转矩不足的技术，使用"矢量控制"，可以使电机在低速，如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。 对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。
转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。“矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。“矢量控制”可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。
变频器制动的情况：
制动的概念：指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速。负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载，在下降时， 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧，进行制动。这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要“能量回馈单元”选件。
3.5 可编程序控制器（PLC）
国际电工委员会通过的定义为：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备都按照易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
传统门式起重机的电力拖动系统采用交流线绕转子异步电动机转子串接电阻的方法进行起动和调速，继电——接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：
门式起重机工作条件恶劣，工作任务中，电动机以及所串联电阻烧损和断裂故障时有发生。
继电——接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。
转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。
近年来，随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机拖动系统中应用提供了有利的条件。
PLC控制的门式起重机变频调速系统框图
变频器：为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的调速。
制动电阻：起重机放下重物时，由于重力加速度的原因电动机将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到变频器直流电路中，使直流电压不断上升，甚至达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路里的能量消耗掉，使直流电压保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。
控制小车电动机的变频器与PLC控制原理图
门式起重机小车电动机的工作过程：在驾驶室内及横梁栏杆门关好后，位置开关SQa、SQb，SQc闭合，紧急开关SB2等符合要求的情况下，速度选择开关置于零位，按下起动按钮SB1，接触器KM通电吸合，三相电源接通。当速度选择开关置于正转速度1时，将三相交流电和电动机接通，1档速度起动，速度选择开关置于正转速度2时，2档速度运行，一般桥式起重机正反向均有5档速度，其余与此类似。速度选择开关置于零位或由于停电，电动机停止运行。为防止因停电、变频器跳闸等使拖动负载快速下降出现危险，乃设置有机械制动装置。当发生紧急情况时，可立即拉开紧急开关SB2，一方面机械制动将所有电动机制动，另一方面将变频器紧急停机控制端EMS接通，变频器将使电动机迅速停机。当电动机过载时，可使热继电器的触点FR接通变频器的外接保护控制端，使变频器停止工作。位置开关SQ1和SQ2装在小车两头。当小车行走到终端时，两端各有挡块，撞上位置开关，切断小车电路，小车电动机停车并制动。变频器因发生故障而跳闸后，当故障已被排除，可以重新起动时，按下复位按钮SB，接通复位控制端RST，使变频器恢复到运行状态。
控制小车电动机的变频器输入控制端的安排：一般门式起重机有五档速度，所以3个外接开关K3，K4，K5来控制速度信号，达到调节速度的目的（实际可达八档速度），外接开关状态与速度的对应关系如下表所示。用户可自由设定与每档速度对应的频率大小。
小车电动机的梯形图程序
3.6 电器保护装置及选用
保护箱
电气设备保护电器
热继电器——它是一种防止电动机在实际工作中，电动机常会遇到短时间的过载，不超过允许温升时，这种过载没有什么妨害；当过载时间过长，可能超过允许温升，将会加快电动机绕组绝缘老化速度，缩短使用寿命。由于过载程度不同，电动机达到允许温升的时间也不同。为了充分发挥电动机的潜力，统允许短时间过载，又不致长时间过热，热继电器可满足随过载程度而改变动作时间的保护电器
行程限位开关和安全开关
3.7 导电装置以及电气电路
吊在工作过程中大车、小车需要随时移动，因此当由固定电源供电时，必须利用一套辅助电器或设备将电流从电力网中引入各工作机构，这些辅助电器或设备称为导电装置。
导电装置有两种类型：一种是活动触头，适用于平移机构，由未绝缘的固定导线(称为硬滑线)和活动触头构成，如用于回转机构时，采用环形集电器。另一种是软导线，即用电缆线供电。
硬滑线的材料多数为角钢滑线和圆钢滑线，其优点是节省有色金属，机械强度底；缺点是重量大，附件多，维护检修不方便，以及容易锈蚀引起导电不良。有时也可采用裸铜线。露天工作的起重机、冬天被冰雪覆盖易使电源断路，不能工作。当门吊的走行距离较长时，多数采用硬滑线。短距离时或小车的导电装置一船采用电缆供电，尤其是寒冷地宜采用电缆供电。它具有安全可靠和重量轻的优点。（电气电路见图纸）
3.8 起重机控制站
起重机控制站与主令控制器配合使用，控制电动机的运转。起重机的控制站分为：起重机交流控制站，控制绕线式电动机；起重机直流控制站，控制直流串激式电动机。起重机交流控制站有交流控制回路和直流控制回路两种，两者主回路相似，而直流控制回路的接触器、继电器、制动器、操作元件等均改用直流磁系统元件，提高了可靠性。
起重机控制站的技术规格见《实用起重机手册》和《最新起重机械设计、制造、安装调试、维护新工艺、新技术与常用数据及质量检验标准实用手册》，本设计选用PQK1—4Z。
3.9 电气设备的维护与检修
定期检修的目的是防止接地不良，磨损或碰伤而发生的意外错误动作，保证起重机运行的准确性和可靠性。有以下几种检修制度：
1、日检修
2、双周检修
3、月检修
4、年检修(或大修)
3.10 机房结构概述
本起重机电气房分两部分均采用彩钢夹层板拼接结构，一在小车机房内，另一部分置于刚腿上主梁侧部，主要放置大车电气柜、控制屏等，另外配有工具箱等。本设计采用常州市勋业机械设备有限公司生产的电气机器房。如下图所示：
结束！
谢谢！
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