摘 要

在对MQ4025门座起重机的回转机构的变频调速电气系统设计过程中，首先对我们所做工作的目的，意义以及起重机的国内外现状进行了分析，接着对MQ4025门座起重机的主要参数和回转机构进行了简要描述。然后对变频调速电气系统的总体设计方案进行了制定。在制定总体方案之后，根据总体方案的设计对本次设计所采用的电动机，变频器及配套元件，PLC进行了计算和相关型号的选择。最后结合设计要求对控制系统进行了程序编写以及仿真。

关键词：门座式起重机；回转机构；电气控制系统；变频器；PLC

Abstract

In the process of designing the frequency conversion speed regulation electrical system of the turning mechanism of MQ4025 portal crane, the purpose, significance and the present situation of the crane at home and abroad are analyzed at first, and then the main parameters and the turning mechanism of MQ4025 portal crane are briefly described. Then the overall design schemes of frequency conversion and speed regulation electrical system are compared comprehensively, and the most suitable scheme is selected. After making the overall plan, according to the design of the overall plan, the motor, frequency converter and supporting components, PLC are calculated and the relevant models are selected. Finally, the control system is programmed and simulated according to the design requirements.

Key Words：Portal crane; Rotary mechanism; Electrical control system; Frequency converter; PLC

目录

第1章 绪论 1

1.1 设计的目的及意义 1

1.2 门座起重机国内外发展现状 1

1.3 设计的主要内容 3

第2章 总体方案的设定 4

2.1 MQ4025门机的相关参数 4

2.2 门座起重机回转机构 4

2.3 回转机构应实现的功能 4

2.4 回转机构组成 5

2.5 整机控制的方案选择 5

第3章 回转机构电气控制系统设计 6

3.1 电气传动方案选择 6

3.2 变频控制技术 7

3.2.1 标量控制 7

3.2.2 矢量控制 7

3.3 变频调速的各种方式 7

3.3.1 标量控制与开闭环控制的设定 7

3.3.2 矢量控制及开闭环控制选择的设定 7

3.4 电气元件的选型 8

3.4.1 电气设备的负荷 8

3.4.2 电气元件选型 9

3.5 变频器的配线 11

3.5.1 系统配线图 11

3.5.2 主回路端子的配线 11

3.5.3 变频器基本配线图 13

3.6 电路图设计 14

第4章 PLC控制线路及电路原理图设计 15

4.1 PLC简介及组成 15

4.2 本设计需要的PLC输入与输出 15

4.3 PLC与变频器的连接 16

4.4 PLC的选型及输入输出地址表 16

4.4.1 PLC硬件选型 16

4.4.2 PLC编程过程 16

4.4.3 PLC输入输出地址表 22

第5章 PLC程序及仿真 23

5.1 PLC梯形图 23

5.2 PLC程序 25

5.3 程序仿真结果 28

第6章 经济评估 30

第7章 总结与展望 31

7.1 总结 31

7.2 展望 31

中外文参考文献 33

附录 34

致谢 39

绪论

设计的目的及意义

本次设计是学习变频器及PLC在港口起重机上的应用，通过学习和查阅文献，最终能够设计出MQ4025门机回转机构电气驱动系统

本设计针对的对象门座式起重机是臂架型起重机的一种，具有作业环境相对复杂，跨度较大（有时跨越几组集装箱），起吊货物种类多，需要多机构同时操作运行，司机室与现场监测人员协同工作等特点，在起重机中非常具有代表性，由于其工作特性的需要，一般会设置轨道或安装橡胶轮胎，在两个相距较宽的支腿中间，可通行集装箱卡车及其他运载车辆，必要时可通过火车，由于门机良好的通用性，它在码头的运用非常广泛，不论是集装箱码头还是散货码头，都可以看到它的身影。门座式起重机由起升、变幅、回转，行走四大基本机构组成，其中起升，变幅，回转三个结构为工作性结构，既可以单独工作，也可为了提高工作效率同时运行，而运行机构为非工作性机构，与其他机构互锁，只能单独运行。根据取物装置、移动方式、驱动方式、回转能力，操作方式等特征可对起重机进行分类。对于门座起重机来说，主要按照以下方式分类：

按照用途，可分为装卸用，造船用以及建筑用门座起重机。

按照门框结构形式，可分为全门座式以及半门座式起重机。

按照整体结构形式，分为桥架型及臂架型起重机，其中桥架型起重机又包括梁式，桥式，以及门式起重机；臂架型起重机包括悬臂起重机，塔式起重机，门座起重机，流动式起重机。

按照旋转支撑装置的结构，可以分为转柱式、定柱式转盘式以及大轴承式。

通过本次对门机回转机构变频调速系统的设计，实现现代化对门机快速化、精确化、及其便捷控制化的要求，努力学习相关的资料，最终实现自己设计的要求，实现门机系统控制，为后面的设计提供一点参考。

同时，这次设计也是对前面所学的课程，诸如港口起重机、机械工程控制基础、机电传动控制、电工技术等的复习以及再深入的学习。通过这次设计，对设计有一个深入的了解，锻炼自己的能力

门座起重机国内外发展现状

门座式起重机在目前的港口码头尤其是散货码头应用十分广泛，并随着港口在交通运输业中的地位提高而不断发展进步。我国起重机制造业始于上世纪50年代。建国初期及50年代中期，新中国成立以来的第一台小吨位的电动桥式起重机（5t电动吊钩桥机）和大吨位的电动桥式起重机（100t普通电动双梁桥式起重机）分别由大连起重机厂和上海江南造船厂生产制造^[1]。

通过不断地研究起重机国际标准（ISO标准）及其他先进的设计标准和设计规范（DIN标准、JIS标准、FEM规范及BS标准），结合自身实际发展经验及需求，中国起重机行业的设计规范—《起重机设计规范》（GB/T3811-1983）于1983年正式出版。作为新中国第一套完全自主制定的设计规范，它不仅更新了一些设计方法和概念，更加完善了起重机设计理论，同时也为起重机设计、制造厂家与用户及各配套生产厂家之间提供了合作的平台和共同遵守的准则。