变频器在卷扬机上的应用

包括程序,论文,图,字数:30224,页数:72  论文编号:ZD109  

摘要
矿井、建筑、楼房电梯、吊车等都用到卷扬机，卷扬机在现代生产生活和建设中发挥着越来越重要的作用。如何让卷扬机高效安全稳定运行一直是工程技术人员研究的重点方向。随着电子技术的进步，变频器和可编程控制器（PLC）的功能不断增强、性能不断提高，而价位不断降低。使得变频器和PLC在卷扬机中应用的越来越广泛，大大提高了卷扬机的性能。
本文设计的卷扬机用于工地建筑起升重物，使用安川的G7系列变频器控制三相异步电动机，PLC为西门子公司的S7-200系列。论文围绕三个部分设计：（1）电机、变频器的容量和类型的选择。（2）变频器参数的设置、保护系统的设计和系统电器控制接线图。（3）卷扬机PLC控制编程、PLC与变频器的线路连接。

关键词：变频器、PLC、恒转矩负载

Inverter in the winch on the hoist
Abstract
The hoist can be applied to any possible fields including the mine tunnels、 architectures、 elevator within building as well as the cranes. The hoist comes to its own during the process of modern production and construction. Anyway, it holds a more important position as time goes by. The technicians are contributing to the key direction that how to make it work efficiently and steadily. With the further progress of electric technology, the programmable controller whose functions are strengthened, whose performance is optimized, whose price is brought down. This accounts for a wider PLC’s application to the hoist and a dramatic improvement for the hoist’s performance.
This paper offers a design for the hoist which is responsible for lifting cumbersome objects in construction sites. Anchuan’s PLC of G7 series is used to control the Three-phase asynchronous motor. PLC serves as S7-200 series of Siemens company. This paper focus on three major designs: 1) The alternatives for motors’ or PLC’s capacity and type. 2)The installment for PLC’s parameter；the desig for protection system; the blueprint for systematic electric circuit. 3) The programme edition for the hoist’s PLC; the circuit connection for PLC and frequency conversion.

Key words: Inverter、PLC、constant torque load

目  录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 变频器应用与卷扬机的设计背景 1
1.2 卷扬机工作原理 2
1.3 卷扬机设计目标及技术要求 2
1.4 技术综述 3
1.4.1 变频器调速 3
1.4.2 PLC控制 3
1.5 本章小结 4
第二章 卷扬机负载及变频调速三相异步电动机分析 5
2.1 负载转矩分析 5
2.1.1 恒转矩负载特性 5
2.1.2 恒功率负载 7
2.1.3 风机类负载 8
2.2 卷扬机各类载荷的计算 9
2.2.1 起升载荷(起重量载荷) 9
2.2.2 自重载荷 9
2.3 卷扬机负载特点及效率 9
2.4 变频调速用电动机选择 10
2.4.1 电机类型的选择 10
2.4.2 电机容量的选择 10
2.5 本章小结 11
第三章 限位开关与重量限制器 12
3.1 限位开关 12
3.2 起重量限制器 13
3.2.1 起重量限制器原理 13
3.2.2 卷扬机起重量限制器接线图 14
3.3 本章小结 15
第四章 卷扬机用变频器的选择和电器控制接线路图 16
4.1 变频器概述 16
4.2 变频器的调速方式及其控制方式 16
4.2.1 变频器的调速方式 16
4.2.1.1基频以下的恒磁通变频调速 16
4.2.1.2基频以上的弱磁变频调速 17
4.3 变频器的控制方式 17
4.3.1 U/f控制 17
4.3.2 转差频率控制 18
4.3.3 矢量控制 19
4.3.4 直接转矩控制（DTC）方式 20
4.3.5 矩阵式交—交控制方式 20
4.4 变频器的选择 20
4.4.1 变频器类型的选择 20
4.4.2 变频器容量的计算 21
4.5 电器控制接线图 24
4.6 变频器参数设置 25
4.6.1 基本频率和最高频率、最低频率 25
4.6.2 多速段频率的设置 26
4.6.3 加速时间、减速时间 26
4.6.4 回避频率 27
4.6.5 控制模式的选择 28
4.6.6 多功能输出点M1、M2的设置及与电磁抱闸装置的连接 29
4.7 本章小结 29
第五章 外配器件的选择 30
5.1 输入侧交流接触器ＫＭ 30
5.1.1 接触器 30
5.1.2 接触器分类 30
5.1.3 交流接触器的选择 31
5.2 主电路线径的选择 31
5.3 制动电阻单元R 32
5.3.1 制动电阻阻值的选择 32
5.3.2 制动电阻容量的选择。 33
5.4 断路器 34
5.4.1 断路器概述 34
5.4.2 如何选择变频器用断路器 35
5.5 熔断器 35
5.5.1 熔断器工作原理 35
5.5.2 熔断器选用的原则 36
5.6 本章小结 36
第六章 PLC控制系统的设计 37
6.1 可编程控制器（PLC）概述 37
6.1.1 PLC的功能 37
6.1.2 PLC特点 38
6.2 可编程序控制器的组成及各部分的功能 40
6.2.1 可编器的组成及其各部程控制器的基本组成 40
6.2.2 可编程控制器（PLC）各部分的作用 42
6.2.3 PLC控制电路相对于电器控制电路的优点 45
6.3 西门子S7-200PLC 45
6.3.1 S7-200功能概述 45
6.3.2 S7-200的工作模式 46
6.3.3 S7系列PLC的网络层次结构 48
6.3.4 S7-200PLC网络的通信协议 50
6.4 控制系统的PLC程序设计 52
6.4.1 STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3 编程软 52
6.4.2 PLC控制卷扬机程序 52
6.5 本章小结 53
第七章 总结与展望 54
7.1 总结 54
7.2 展望 54
附录 56
附录A  PLC与变频器的连接图 56
附录B  PLC输入接口电路 57
附录C  PLC输出接口电路 58
附录D  PLC控制程序梯形图 59
致谢 62
参考文献 63