目录文摘第一章绪论1.1概述1.2门式起重机电气传动系统方案与原理1.2.1门式起重机负载特点1.2.2转子电路串电阻调速1.2.3晶闸管定子调压调速1.2.4直流调速系统1.2.5交流调速系统1.3门式起重机的控制系统方案1.3.1 PLC控制系统1.3.2起重机监控系统1.4本课题的工作和意义1.5本章小节第二章钢厂200吨龙门起重机电控系统简述2.1 200吨门式起重机的构造2.2电控系统简述2.2.1系统功能2.2.2起重机动作机械联锁保护2.2.3起重机变频电动机的选择2.2.4其他配置2.3本章小结第三章起重机变频调速传动系统3.1变频器的技术概要3.1.1变频调速的原理3.1.2变频器3.1.3异步机的标量控制3.1.4异步机的矢量控制3.2起重机的变频调速系统3.2.1起重机电机的选用原则3.2.2起重机变频器的选用原则3.3钢厂200吨龙门起重机传动系统方案3.3.1变频方案选择3.3.2系统组成及特点3.4西门子工程型变频器SIMOVERT MASTERDRIVES 3.4.1功率部分的计算3.4.2多电机传动3.4.3整流/回馈单元3.4.4 AFE整流/回馈单元3.4.5各种制动方案的比较3.4.6西门子工程型变频器技术特性3.4.7软件功能3.4.8通讯卡3.4.9系统元件3.5钢厂200吨门式起重机变频器选型3.6本章小结第四章起重机PLC网络控制系统4.1PLC及其网络概述4.1.1 PLC4.1.2 PLC网络4.2钢厂200吨门式起重机自控系统方案4.2.1自控系统方案原理图4.2.2系统说明4.3西门子PLC S7-300功能概述4.3.1 S7-300系统功能4.3.2钢厂200吨龙门起重机PLC模块4.3.3 STEP 7编程语言4.3.4全集成的解决方案4.4 PROFIBUS现场总线技术4.4.1 PROFIBUS现场总线简述4.4.2 PROFIBUS的组成4.4.3 PROFIBUS的存取介质4.4.4 PROFIBUS的介质存取控制4.4.5 PROFIBUS的介质存取协议4.5 SCADA/HMI系统4.6本章小结第五章起重机系统功能的实现5.1起升机构的抱闸控制5.1.1工艺要求5.1.2控制功能的实现5.2大车行走纠偏控制5.2.1工艺要求5.2.2控制功能的实现5.3起升机构自动同步5.3.1工艺要求5.3.2控制功能的实现5.4起重机管理系统5.5本章小结结论参考文献第一章绪论1.1概述近年来，随着我国工业生产、物流事业的发展，许多工厂、码头、货场需要大吨位的门式起重机进行安装作业。
这种门式起重机要求作业时平稳、可靠，有良好的低速就位性能。
调速精度要求比较高。
200吨门式起重机是钢厂大型起重的关键设备，这台设备的建造是为了提高钢产品效率。
由于这台设备的重要性，因此要求配备技术先进、性能可靠的电控系统。
传统起重机的电力拖动系统多采用交流绕线转子异步电动机转子串电阻的方法进行起动和调速，继电一接触器控制，这种控制系统的主要缺点是:1.起重机工作环境恶劣，工作任务中，电动机及所串电阻烧损及断裂故障时有发生。
2.继电一接触器控制可靠性差，操作复杂，故障率高。
3.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。
随着变频调速技术的发展，起重机开始应用变频器来控制交流电机驱动起升、行走机构并获得了理想的效果。
对于控制点较多的门式起重机，PLC、现场总线技术开始替代传统的继电器控制。
通过HMI(人机界面软件)使得操作界面更友好，下层控制器的历史数据和报等信号等能够直接读取，便于控制及进行故障诊断。
钢厂的200吨门式起重机的电气设计立足于安全，可靠，技术先进，性能价格比合理，维修方便。
因此采用PLC控制的变频调速技术。
经过详细的方案论证，最终驱动系统选择了西门子公司的整流/回馈直流母线方案，控制系统采用现场总线技术。
本文就门式起重机电控系统的选型调试提出了一种行之有效的方案，并对起重机起升机构同步控制，抱闸控制，行走机构纠偏控制，现场总线技术的应用提出了一种解决方案。
另外，对调试过程中遇到的一些实际问题也作了简单的阐述。
1.2 门式起重机电气传动系统方案与原理1.2.1门式起重机负载特点为了提高生产率以及适应各种工作的要求，起重机的工作速度应该是可控制的尤其是起重机起升机构，当轻载和空钩下降时，在大起升高度升降重物时，为节省时间，需较高的工作速度，当吊运危险物品、重载以及进行安装工作时，为了安全可靠和准确定位，则要求较低的工作速度甚至微速。
因此，起重机一般设有速度调节装置，且要求其工作平稳可靠、结构简单、操作方便、调速范围大等.对于门式起重机，其核心机构是起升机构，在起升机构上电气控制调速必须解决的关键技术为:1)低频时能保证恒转矩输出，以避免低频时满负载工况下发生带不动负载的现象;2)满负载时在空中制动停车或再提升时，不产生溜钩现象;3)电动机减速或重载下放时，再生制动能量必须迅速释放。
对于门式起重机的行走机构，为了保证停车位置的准确，也必须将负载按照四象限运行来考虑。
下面列举几种起重机常用的调速方案并进行比较。
1.2.2 转子电路串电阻调速传统的门式起重机多采用绕线式交流异步电动机转子电路串电阻调速。
绕线式交流异步电动机转子电路串接不同电阻时的机械特性如图1-1所示。
其中，电阻R2>R l>R，当电动机负载转矩M相同时，转速随电阻增大而降低.即串接电阻后电动机同步转速n o和最大转矩M max不变，转差率S增大，转速降低.利用此方法可改善电动机的起动特性和控制工作速度.图1-1 转子串电阻机械特性Figl-1Mechanical characteristic rotor with resistance in series这种方法调速简单可靠，成本低，方便维修，缺点是有级调速，冲击大，在外接电阻器上功率损耗大，低速时机械特性软，不易获得稳定的轻载低速，下降工况时调速困难，故一般与制动器配合使用。
1.2.3晶闸管定子调压调速电动机的晶闸管定子调压调速是一种较先进的调速方式，它具有调速比大，工作可靠，响应速度快等特点，已被国内外生产厂家广泛地用作起重机的主要调速方式之一。
起重机定子调压调速系统，是指向绕线式转子异步电动机的定子提供一种电压可变的电源，转子外串相应段数的电阻以调节其转差率Si，使电动机在稳定的工作区内降速运行的一种调速系统。
在绕线式异步电动机转子串联电阻不变的情况下，改变电机的供电电压，其输出转矩与电压的平方成正比。
其特性曲线如图1-2所示，图中虚线是2.1倍电动机额定电流时的等电流曲线。
由图1-2 可知，临界转差率不变。
电机的临界转差率SK是由电机的阻抗参数决定的，若在转子回路串接外部电阻，则可以增加S、值。
在绕线式异步电动机的转子中串以多级电阻(如图1-3所示)，即可得到一簇曲线，见图1-4，在电动机定子电压不变的情况下，其临界转矩MK保持不变。
为了获得较好的输出特性，起重机调压调速系统中几乎都采用闭环调速方式，大多采用转速反馈。
其中最常用的测速反馈元件是测速发电机，也有使用脉冲编码器的。
总体来说，晶闸管定子调压调速方案能平滑调节速度.且低速时特性较硬.调速范围可达1:10，上升、下降均可调速.但系统较复杂.尤其是串电阻消耗功率，发热量大，维护不方便。
1.2.4直流调速系统直流电动机的转速特性可用下式表示: Φ-=e a K R I U n ）（式中，n 一电动机转速;U 一电枢供电电压; R 一电枢回路总电阻;Ke 一有电机结构决定的电势常数式中Ke 为常数，Ia 的大小取决于负载转矩，因此直流电动机的调速方法有三种: (1)调节电枢供电电压U 。
改变电枢电压主要从额定电压向下调，电动机额定转速向 下变速，属恒转矩调速。
(2)改变电动机主磁通0Φ只能减弱磁通，从电动机额定转速向上调，属恒功率调速方法 。
(3 )改变电枢回路电阻Ra改变电阻调速缺点很多，目前很少采用。
自动控制的直流调速系统往往一调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合使用。
在门式起重机的应用中，满载时采用调压调速，轻载时采用弱磁调速。
直流调速调整性能好，可无级调速，操作轻便，但设备较复杂，成本高、体积大、噪音大，可靠性差，维护也不方便。
1.2.5交流调速系统由异步电动机的转速公式n= 60f 1(1-s)/p ( 1-2 ) (式中，n 为转速,f 1为电源频率，p 为极对数，s 为转差率) 可知 ，异步电动机的转速n 近似与供电电源频率f 1成正比。
而异步电动机的感应电动势E 1为:Φ=111144.4k f E ω ( 1-3 ) 式中，f 1同上式，1ω为绕组的匝数,k 1为绕组系数Φ为磁通，加果忽略电动机定子阻抗压降，则端电压U 1为Φ=≈1111144.4k f E U ω (1- 4) 在改变电源频率f 1实现调速的过程中，应使电源电压U 1同时增减并使U 1/f 1为常数，这样才能保证电机的磁通Φ不会有大幅度波动，从而保证电机出力的恒定。
因此，根据U l 和f 1之间的关系，可以得出以下三种工作方式:(1) U 1/f 1为常数此时电源电压和频率均在低于额定值的范围内变化。
但随着电源电压下降，定子阻抗压降作用逐渐明显，将破坏E 1/f 1为常数的关系，使磁通中减少，因而这种工作方式的调速范围较小。
(2) 保持电动机最大转矩M m 恒定若让电源电压U 1和频率f 1按一定函数关系变化，自动补偿电动机定子阻抗压降的影响，保持E 1/f 1为常数，就可以使电动机在低频时的驱动能力增强。
这种工作方式用在额定转速的范围内调速，适合于驱动需要较大调速范围的恒转矩负载。
(3) 恒功率和恒转矩调速由于不允许电压U 、超过电动机额定电压，在实现额定转速以上的调速时，应保持电源电压不变并为额定值，仅使频率增加。
此时电动机磁通中减少，输出转矩也随之下降，但输出功率近似恒定.这种工作方式用在额定转速以上范围调速，适合驱动恒功率负载。
在额定转速以下调速仍保持E 1/ f 1为常数，适合驱动恒转矩负载。
由于起重机起升机构负载为恒转矩负载，因此采用恒功率和恒转矩调速的工作方式完全满足起重机起升机构的需要。
变频调速是起重机调速最理想的方案，调速比可达1:10以上，可实现无级调速，各挡速度机械特性很硬，重载低速起动和运行稳定可靠，加减速时间的设定使各挡起制动速度相当平稳。
适合起重机起动转矩大、低速大扭矩及负载变化大的工况。
具有较高的控制精度，设计有故障显示、分析及参数监控功能，便于使用和维护，并且易于实现自动控制及远程控制。
所以说，变频调速在起重机上的应用具有广阔的前景。
1.3 门式起重机的控制系统方案1.3.1 PLC控制系统门式起重机的执行机构工作时需频繁启动、制动和正反转，因此要求其电控系统有较高的安全性和可靠性。