摘 要

门座式起重机是现代工业在实现机械化、自动化中必不可少的机械设备，作用是将搁置在船上的货物吊至岸上特定的地方或直接放置于运输交通工具上。具有优良性能的门机对于提高港口作业效率，改善物料搬运方式具有巨大推动作用。

在传统的门座式起重机的设计中，多采用继电器作为电气控制的主要元件，这种方式不仅不能保证操作的准确性和效率，而且不易更改线路。本文主要是基于PLC和安川变频器等元件实现MQ2533型门式起重机的行走机构和旋转机构的设计，解决传统门座起重机设计中的问题。而行走机构和旋转机构的电气原理设计的重要技术在于交流调速方案的设计，因此首先对比了三种不同的交流调速方案的优缺点，并针对MQ2533门座式起重机行走和旋转机构的结构特点和工作原理，选择不同的调速方案，最后进行了系统的硬件和软件设计。

利用PLC的灵活性以及与变频器和继电器的配合使用，使起重机的电气原理更加清晰明了，而且易于更改技术路线。有效解决了传统设计中的问题，同时，经此种方法设计出的门机工作准确性和效率都得到提高，自动化水平得到提高，具有更高的可靠性、稳定性和灵活性。

关键字：PLC；安川变频器；EPLAN软件；MQ2533；行走机构；旋转机构；

Abstract

Portal crane is indispensable in the realization of mechanization and automation machinery in modern industry, the portal is used to move the cargo put on the board to a specific place or directly on the transport vehicle. In fact, the machine with an excellent performance can improve efficiency of port operations, and it has enormous impetuses to improve the way of material handling.

In the traditional way of designing the portal crane, relay is the most used components of electric control, this way cannot guarantee the accuracy and efficiency of operation, and is not easy to change the line. This paper mainly through the PLC and Yaskawa inverter and other components to achieve the design of traveling mechanism and the rotating mechanism of MQ2533 type gantry crane , solving the problem in designing of traditional portal crane . First compared the advantages and disadvantages of three different kinds of ac speed regulation scheme, and aims at MQ2533 walking and portal crane structure characteristics and working principle of rotary mechanism, choose different control scheme, finally has carried on the system hardware and software design.

The flexibility of using PLC and frequency converter and relay, the electrical principle of crane is more clear, and easy to change the technical route. Effectively solve the problem in traditional design, at the same time, through this method the design of gantry crane becoming more accuracy and efficiency, the automation level is improved, the system has a higher reliability, stability and flexibility.

Key Words：PLC; Yaskawa frequency converter; EPLAN software; MQ2533 portal crane; walking agencies; Rotation mechanism;

目录

第1章绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 门座式起重机的发展现状 1

1.2.1国外发展现状 1

1.2.2国内发展现状 2

1.3 研究基本内容 2

第2章 MQ2533门座起重机简介 3

2.1 MQ2533起重机参数 3

2.2 MQ2533门座起重机行走和旋转机构工作原理 5

2.2.1行走机构的工作原理和结构 5

2.2.2旋转机构的工作原理和结构 5

2.3 门座起重机的安全装置 6

2.4 本章小结 7

第3章 MQ2533门座式起重机行走和旋转传动方案分析与设计 8

3.1交流异步电动机调速方案对比 8

3.2电气传动方案的设计与评价 10

3.3 本章小结 12

第4章MQ2533门座式起重机行走和旋转机构硬件设计 13

4.1 电气控制系统总体设计方案 13

4.1.1总电源配电 13

4.1.2 行走机构电气系统设计和变频调速 14

4.1.3 旋转机构电气系统设计 19

4.1.4 PLC的输入与输出 21

4.2 电气元件的选型 23

4.3 本章小结 24

第5章MQ2533起重机软件设计 25

5.1电源电路的设计 25

5.2行走机构的设计 26

5.2.1行走机构零位条件 26

5.2.2 行走方向控制 27

5.2.3 行走机构调速设计 27

5.3旋转机构的设计 28

5.3.1 旋转机构零位条件 28

5.3.2旋转机构的速度调节 28

5.4工作时间总计时 30

5.5本章小结 30

第6章总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 31

参考文献 33

致谢 34

附录Ⅰ 35

附录Ⅱ 38

附录Ⅲ 39

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

随着我国对基础设施建设的重视，同时对基础设施的投入也逐渐增加，又受到石油化工等行业的影响，我国的大吨位工程在逐渐增加^[1]。前瞻产业研究院《中国港口设备行业市场需求与投资规划分析报告前瞻》表示，全球贸易中90%的贸易量是通过海上运输来完成的，因此全球经济及贸易量的增长成为推动港口发展、货物吞吐量产能投建的最重要因素。门座式起重机是港口常用的机械设备之一，作用是将搁置在船上的货物吊至岸上特定的地方或直接放置于运输交通工具上。具有优良性能的门机对于提高港口作业效率，改善物料搬运方式具有巨大推动作用。

MQ2533门座式起重机主要由起升部分、变幅部分、旋转部分和行走四个部分组成。其中，行走和旋转部分是任何起重机必不可少的组成部分^[2]。两个机构对于起重机的工作范围的扩展具有十分重要的作用。在传统的门座式起重机的设计中，多采用继电器和接触器的方式，然而这种方法需要较多的继电器，使得控制系统庞大，一旦设计的过程中有一个小的失误不容易发现，而造成不能实现预期的功能。而且使用继电器的电气原理设计容易产生发热大、抗干扰差、能耗高、故障点多等的缺点，由于触头产生电弧，有时也会误动作。另外，如果设计上有更改，就要更改继电器型号和线路。因此使起重机具有更高的可靠性就变得极为重要。随着现代化技术的应用，现今的起重机设计多采用PLC 变频控制技术来设计。本文主要通过PLC和安川变频器等元件实现MQ2533型门式起重机的行走机构和旋转机构的设计，并进行了交流调速的方案进行了比较，针对不同的机构选用不同的调速方案，不仅能够很好的实现各机构的功能，而且节约成本。解决了传统门座起重机设计中的问题。

1.2 门座式起重机的发展现状

1.2.1国外发展现状

国外的工程起重设备制造商已普遍采用计算机控制技术、现场总线和通讯技术，起重机的设计更加注重智能化、自动化、一体化。起重机的设计也逐渐趋向成熟。对于一些有特殊需要的场合也设计出了个性化的起重机，以使其发挥出更好的效果。国外的起重机行业在技术上远远领先我国，更高的可靠性和稳定性，自动化水平高，传动和控制系统设计趋于标准化，产品设计系列化等都值得我们的学习。电力电子技术被广泛的应用于交流变频调速技术中，改进了传统的调速方案，并且获得了较高的可靠性。

1.2.2国内发展现状

从国内市场来看，现阶段国内生产的工程起重机主要是以中小吨位为主，进口产品则是大吨位居多^[3]。国产大型起重机的研制和开发水平尚在发展阶段，因此与国外的设计还有很大的差距。国产起重设备中还有不少产品的控制系统采用传统的继电接触器控制、绕线电机转子串电阻调速控制、改变极对数的控制等，这样的控制方式也暴露出了许多的问题，影响了起重机的使用性能。另外，起重机的设计具有反复性，精度达不到等问题。传统的设计方案十分复杂，结构庞大，不能很快的适应快速变化的市场需求，也已经无法满足起重机行业的整体发展和设计需要。随着自动控制技术、计算机技术的发展，可编程控制器PLC和交流变频技术不断完善，交流调速的优势渐渐深入人心。国内起重行业也追随国际主流技术，逐步采用PLC 频器调速等技术，尤其在大型起重设备上，以PLC和变频器为代表的智能控制技术的应用，成功提重装备的技术水平。

1.3 研究基本内容

本文的主要研究内容是MQ2533门座式起重机的行走及旋转机构传动方案的分析与设计。本文的设计充分考虑了成本和性能要求等方面的因素，对于不同的机构采用了不同的调速技术，使得整个设计更加贴合实际也更加实用。具体的设计包括：

（1）对比了3种交流调速方案，对其调速的优缺点以及适用条件进行了探讨；