Мостовой электропривод кран тележка

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Мостовой электропривод кран тележка

Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях экономики, осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

К примеру, на рисунке 1 показан общий вид мостового крана.

Рисунок 1.1 - Общий вид мостового крана: 1 - Механизм передвижения 2 - Кабина с устройством управления 3 - Тележка 4 - Мост 5 - Буфер

Поясняющая кинематическая схема, рисунок 2-механизма подъема, рисунок 3-механизма перемещения.

Рисунок 1.2 - Кинематическая схема механизма подъема: Д-двигатель, Т-тормоз, Р-редуктор, Б-барабан, П-полиспаст с крюком



Рисунок 1.3 - Кинематическая схема механизма перемещения крана: Д-двигатель, Т-тормоз, Р-редуктор, К-рабочее колесо, Р-рельса

Грузоподъемные машины служат для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения грузов в технологической цепи производства или строительства и выполнения ремонтно-монтажных работ с крупногабаритными агрегатами. Грузоподъемные машины с электрическими приводами имеют чрезвычайно широкий диапазон использования, что характеризуется интервалом мощностей приводов от сотен ватт до 1000кВт. В перспективе мощности крановых механизмов может дойти до 1500-2500 кВт.

Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.

Управление электроприводами механизмов кранов средней и большой производительности, особенно при напряженном режиме работы с высокой частотой включений, осуществляется, как правило, магнитными контроллерами. Переключения в силовых цепях двигателей производятся при этом контакторами, катушки которых получают питание через контакты командоконтроллеров. Таким образом, функции силового контроллера выполняют контакторы и командоконтроллер. Панель управления с защитными аппаратами и контакторами, предназначенными для коммутации силовых цепей двигателей с целью их включения, отключения и изменения характеристик, в совокупности с командоконтроллером принято называть магнитным контроллером.



2. ДАТЧИКИ, РЕЖИМЫ, ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ И СИГНАЛИЗАЦИИ, ВИДЫ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ

Из задания по контрольной работе [1, с.267] опишем состав и работу устройства.

Принципиальная электрическая схема магнитного контроллера при динамическом торможением приведена на рисунке 5

Командоконтроллер имеет по четыре положения при подъеме и спуске грузов, которые дают возможность получить десять механических характеристик. На крайних положениях в цепи ротора остается включенным ограничивающий резистор, сопротивление которого в установившемся режиме мало влияет на скорость подъема и спуска груза.

Изменение направления вращения двигателя осуществляется реверсивными контакторами КВ и КН. При подъеме двигатель может работать на пяти характеристиках. Характеристика 1 служит для выбора слабины подъемных канатов, а также для подъема на малой скорости небольших грузов. Характеристики 2 и 3 -- регулировочные, необходимые для изменения скорости движения груза по величине, близкой к номинальной. Характеристика 4 -- основная, обеспечивающая номинальную скорость подъема. Промежуточная характеристика 41 используется для ограничения момента при переходе на основную характеристику.

В нулевом положении рукоятки к. к. все аппараты схемы, за исключением реле времени РВ, отключены, а двигатель М еще и застопорен механическим тормозом. В первом положении подъема получают питание контакторы направления КВ, противовключения КП и тормоза КТ. На статор двигателя подается напряжение и одновременно включением электромагнита тормоза ЭмТ освобождается тормозной шкив. Через замкнутые в первом положении контакты командоконтроллера КК13 и KKl4 к реле ускорений РУ1 и РУ2 подводится напряжение. Двигатель работает на характеристике 1 при введенных в цепь ротора пусковых резисторах.

Чтобы исключить просадку груза, в цепь катушки КТ последовательно введен замыкающий контакт промежуточного реле РП, которое включается только после срабатывания контактора КВ.

При перестановке рукоятки к.к. в положение два, три и четыре подъема поочередно срабатывают контакторы ускорения КУ1, КУ2, КУЗ и КУ4. Двигатель при этом работает на характеристиках 2, 3 4` и 4.

При резком переводе рукоятки к. к. из нулевого положения в четвертое происходит автоматический пуск двигателя в функции независимой выдержки времени, с использованием реле времени РУ1 и РУ2.

Последовательность работы электрических аппаратов при. подъеме груза представлено на рисунке 2.1:

Рисунок 2.1 - Последовательность работы электрических аппаратов при подъеме

При опускании груза двигатель может работать на четырех характеристиках, одна из которых С1 обеспечивается режимом динамического торможения, С2 и СЗ -- режимом противовключения. Характеристика С4 позволяет опускать груз со сверхсинхронной скоростью.

При динамическом торможении при выключенных контакторах КВ, КН цепь ротора через выпрямитель Вп2 контактором КД замыкается на обмотку статора. Одновременно от трансформатора Тр через Выпрямитель Вп1 к статорной обмотке подводится постоянное напряжение для начального возбуждения двигателя. Нарушения в цепи динамического торможения контролируются реле РТ. При исчезновении тормозного тока реле РТ через РВ отключает линейный контактор защитной панели, и происходит механическое торможение.

При постановке рукоятки к. к. в первое положение на спуск включается контактор цепи динамического торможения КД, контактор КТ включает электромагнит тормоза, освобождающий тормозной шкив. В цепи статора двигателя протекает ток начального подмагничивания. Под действием груза двигатель начинает разгоняться, и наводимая в роторе э. д. с. увеличивает ток подмагничивания.

Включается РТ, контакты которого блокируют контакт КТ в цепи катушки реле РВ, В случае нарушения цепи самовозбуждения отключаются реле РТ, РВ и накладывается тормоз.

В первом положении на спуск оказываются включенными реле РП, РУ1, РУ2, Р1 и все ступени реостата в цепи ротора. Двигатель работает на характеристике С1.

При переводе рукоятки кг к. во второе положение размыкаются контакты КК11 и КК12 и теряет питание контактор КД и одновременно замыкаются контакты ККЗ и КК4, КК7 и КК8, включающие контакторы КВ и КП. Двигатель переводится в режим противовключения и работает на характеристике С2.

В третьем положении рукоятки к. к. размыкаются контакты КК7 и КК8, отключающие контактор КП, и замыкаются контакты KKI5 и КК16,' включающие реле Р, которое готовит блокирующую цепь питания катушек контакторов КВ и КП в первом положении к.к. при обратной перестановке его. В цепь ротора вводятся резисторы противовключения. Скорость двигателя при опускании груза возрастает и устанавливается в соответствии с характеристикой СЗ.

Перевод рукоятки к.к. в четвертое положение на спуск сопровождается отключением контактора КВ, включением КН, КП, КУ1 в КУ2. На двигателе меняется чередование фаз питающего напряжения и он работает на характеристике С4" до момента срабатывания реле РУ1. Далее двигатель автоматически при срабатывании реле ускорения разгоняется до установившейся скорости (характеристики С4` и С4).

Последовательность работы аппаратуры схемы управления при спуске груза условно можно показать так (рисунок):

Рисунок 2.2 - Последовательность работы аппаратуры схемы управления при спуске груза

Схема и диаграммы режимов включения двигателя с фазным ротором представлены ниже.

Рисунок 2.3 - Схема магнитного контроллера с динамическим торможением



Рисунок 2.4 - Механические характеристики асинхронного электродвигателя управляемого посредством магнитного контроллера

Для кранов грузоподъемностью 10-20 т и выше с легким или средним режимом работы, если не возникает особенно жестких требований в отношении плавного и глубокого регулирования скорости, вполне удовлетворительным является электропривод на переменном токе с асинхронным двигателем с фазным ротором. Управление при этом производится посредством магнитных контроллеров типов Т и ТС.

При высокой частоте включений вследствие известных недостатков аппаратов переменного тока вместо указанных магнитных контроллеров применяются соответственно магнитные контроллеры типов К и КС, укомплектованные аппаратами постоянного тока, допускающими большую частоту включений. Отметим, что механические характеристики двигателей, управляемых посредством панелей типов Т и К, совершенно идентичны, а двигателей, управляемых посредством панелей типов ТС и КС, несколько отличаются в деталях.



3. АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ РКС И РАЗДЕЛЕНИЕ ЕЕ НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ

В данной исходной схеме условно отметим входные, выходные и промежуточные сигналы.

Ко входным относятся: сигналы контактов командоконтроллера, релейный контакт тока статора (КК4..КК22, РТ). Присвоим им новое обозначение (a1…a11).

К выходным сигналам принадлежат сигналы на контакторы силовой схемы электропривода: КВ, КН-контакторы направления, КД-контактор динамического торможения, КУ1..КУ4-контакторы ускорения, КТ-контактор тормоза. Обозначим выходящие исполнительные сигналы на включение реле большими буквами- Z1..Z4, Z11..Z14. контакты соответствующих реле -малыми буквами z1..z4, z11..z14.

К промежуточным относятся реле управления: Р, Р1, РТ-реле контроля тормозного тока, РП-промежуточное реле, РУ1, РУ2-реле ускорения, РВ-реле выдержки времени для отключения пускателей в защитной панели. Введем новые обозначения и занесем их в таблицу. Большими буквами обозначим сигналы на реле (P1..P6), малыми-их контакты(p1..p6)

Таблица 3.1

Входные элементы	Промежуточные элементы	Выходные элементы
Старое обозначение	Новое обозначение	Старое обозначение	Новое обозначение	Старое обозначение	Новое обозначение
КК4	a1	Р	P5	КВ	Z1
КК6	a2	Р1	P1	КП	Z2
КК8	a3	РУ1	P2	КН	Z3
КК10	a4	РУ2	P3	КД	Z4
КК12	a5	РВ	P4	КТ	Z5
КК14	a6	РП	P6	КУ1	Z11
КК16	a7			КУ2	Z12
КК18	a8			КУ3	Z13
КК20	a9			КУ4	Z14
КК22	a10
РТ	a11

Приведенная электрическая схема с новыми обозначениями приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Приведенная схема релейно-контактного управления

4. СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ ФОРМУЛ

Для каждого промежуточного и выходного сигнала необходимо составить структурную формулу. Для этого будем пользоваться рисунком 3.1

Логические выражения:

Z3=a4;

Z2=(a2+a3)Чp5;

Z4=a5

Р1=a5;

Z5=a6p6+a7

P5=a7+a6Чp5

P6=a6Ч(z4+z3+z1);

Реле с выдержкой времени РУ1, РУ2 на отключение имеют структурную схему на основе выражения:

P2=(a6);

P3=(a6);

P4=a11+

Z11=a8(z11+p2)Чp6;

Z12=a9Чz11Чp6;

Z13=a10z11Чp6;

Z14=a10z11Чp6;

5. РАЗРАБОТКА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ

На основе полученных формул составим промежуточную функциональную схему.

Для выходных сигналов.

Рисунок 5.1 - Функциональная схема для выходного сигнала Z1

Z3=a4;

Рисунок 5.2 - Функциональная схема для выходного сигнала Z2

Z2=(a2+a3)Чp5;

Рисунок 5.3 - Функциональная схема для выходного сигнала Z3

Z4=a5

Рисунок 5.4 - Функциональная схема для выходного сигнала Z4

Z5=a6p6+a7

Рисунок 5.5 - Функциональная схема для выходного сигнала Z5

Z11=a8(z11+p2)Чp6;

Рисунок 5.6 - Функциональная схема для выходного сигнала Z11

Z12=a9Чz11Чp6;

Рисунок 5.7 - Функциональная схема для выходного сигнала Z12

Z13=a10z11Чp6;

Рисунок 5.8 - Функциональная схема для выходного сигнала Z13

Z14=a10z11Чp6;

Рисунок 5.9 - Функциональная схема для выходного сигнала Z14

Для промежуточных сигналов.

Р1=a5; P2=(a6);

Рисунок 5.10 - Функциональная схема для промежуточного сигнала P2.

P3=(a6);

Рисунок 5.11 - Функциональная схема для промежуточного сигнала P3

P4=a11+

Рисунок 5.12 - Функциональная схема для промежуточного сигнала P4

P5=a7+a6Чp5

Рисунок 5.13 - Функциональная схема для промежуточного сигнала P5

P6=a6Ч(z4+z3+z1);

Рисунок 5.14 - Функциональная схема для промежуточного сигнала P6

Полная промежуточная функциональная схема представлена на рисунке 5.15.

Рисунок 5.15 - Промежуточная функциональная схема

6. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Выбираем исполнительные контакторы для выходных сигналов.

Выбор произведем по номинальному току двигателя, с мощностью наибольшей из диапазона для применяемого командоконтроллера [2, т.2.5].

По [3, т.9] для фазного асинхронного двигателя серии MTKF:

Pном.=11 кВт;

Iн=32A.

По [4] выбираем контакторы КНТ-174-МД.

У которого:

-Номинальное напряжение контактов главной цепи - 380 В

-ток продолжительной работы главной контактной цепи - 40 А.

-то же для 15мин. Работы - 55 А.

-максимальный коммутируемый кратковременный ток - 250А.

-Мощность втягивающей катушки

-Напряжение питания катушки

-Исполнение свободных контактов - 2з+1р

Находим ток питания катушки:

Для коммутации катушек выбираем оптопару HCPL-3120[6]

Со следующими характеристиками:

Макс. Выходной ток - 2.0 А.

Максимальное коммутируемое напряжение Vcc, Vce - 630 В.

Входной ток - 5-25мА.

Максимальное входное напряжение - 25В.

Так как питание катушек осуществляется постоянным током, снабдим катушки снаберными диодами. Выбираем диоды[6] 2Д121А:

Iимп=2А;

Iпр=0,1А.

Определим величину сопротивления необходимого для согласования входных сигналов с напряжением логических элементов:

Выбираем резисторы [5] R1-R11; МЛТ-0,125-1,5 кОм, +-5%

7. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ НА БЕСКОНТАКНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ

датчик сигнализация выход аппарат

Выбираем из [5] микросхемы серии CD40XX, так как эти микросхемы являются быстродействующими. Также они построены с применением КМОП - технологии, что позволило повысить уровень напряжения до 20 В. Это условие является главным, так как чем выше питающее напряжение, тем лучше помехоустойчивость.

Технические Параметры Микросхем CD40xx [5]:

Входное напряжение, соответствующее логической единице 15 В; Выходное напряжение, соответствующее логическому нулю 0В;

Выходной ток, соответствующий логической единице 8,8 мА;

Входное напряжение высокого уровня 9 В;

Входной ток высокого уровня 0.1 мкА.

Таким образом, выбираем:

Четыре элемента 2И - CD4081;

Четыре элемента 2ИЛИ - СD4071;

Четыре элемента 2И-НЕ - СD4072;

Два элемента 4ИЛИ - СD4072;

Два элемента 4И - СD4082;

Четыре RS триггера - СD4043A;

На рисунке 7.1 представлена цоколёвка корпусов выбранных элементов.

а) б) в) г) д) е)

Рисунок 7.1 - Цоколевка микросхем: а) СD4081, б) СD4071, в) СD4011, г) СD4082, д) СD4072, е) СD4043

Выдержку времени реализуем на широкоприменяемом интегральном таймере типа КР1006ВИ1. Основная схема включения включения таймера показана на рисунке 7.2 и соответствует режиму одновибратора.

Рисунок 7.2 - Схема включения интегрального таймера КР1006ВИ1

Запуск одновибратора осуществляется перепадом 1/0 воздействующим на вход дифференцирующей цепи C1, R1, VD1, или дискретным сигналом «нуль»

непосредственно подаваемым на вход .

Для снижения влияния помех на длительность формируемых импульсов к выводу 5 подключаем конденсатор емкостью 0,01мкФ. Для входного конденсатора C1 принимаем емкость C1=0,47 мкФ.

Длительность положительного импульса, который влияет на продолжительность разгона двигателя, снимаемого с выхода таймера Q(вывод3), равна:

Исходя из условий мягкого разгона, принимаем выдержку времени из рекомендуемого диапазона 1-3сек. равную 2сек.

Принимаем емкость конденсатора C2=1мкФ. Тогда:

Выбираем элементы[5]:

R1, R2:C1-0.25 Вт-1,9 Мом, +- 5%;C1:K73-17-63 В-0.47 мкФ, +-5%;

C2:K73-17-63 В-1 мкФ, +-5%;

C1:K73-17-63 В-0.47 мкФ, +-5%;

VD1: КД521Д.

Определяем значения сопротивления, необходимого для согласования выходного напряжения микросхемы С40xx и входного напряжения оптопары:

Выбираем резистор [5] МЛТ-0,125-1,0 кОм, +-5%.

Принципиальная схема на бесконтактных логических элементах представлена во вложении формата А2.



8. ТАБЛИЦА ПЕРЕЧНЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗРАБОТАННОЙ СХЕМЫ

Позиционное обозначение	Наименование	Количество	Примечание
	микросхемы
DD1-DD7	CD4011	7
DD8-DD13	CD4082	6
DD14	CD4072	1
DD15,DD16	CD40781	2
DD17,DD18	CD4071	2
DD19, DD20	КР1006ВИ1	2
	Контакторы
КМ1-KM8	КНТ-1734-Д	9
	Диоды
VD1, VD2	КД-521Д	2
VD3-VD11	2Д121А	9
	Резисторы
R1-R11	МЛТ-0,125-1,5кОм,+-5%	1
R12-R20	МЛТ-0,125-1,0 кОм,+-5%	9
R21-R24	C1-0.25 Вт-1,9 Мом,+-5%	4
	Оптроны
VT1-VT9	HCPL-3120	9
	Конденсаторы
C1, C4	К56-20-100В-0,47мкФ+-10%	2
C2, C5	К73-9-100В-1мкФ+-10%	2
C3, C6	К73-9-100В-0,01мкФ+-10%	2

9. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ПРОГРАММИРУЕМОГО КОНТРОЛЛЕРА НА ЯЗЫКЕ РКС

Реализуем заданную релейно-контактную схему на программируемом контроллере КА1[7], так как он является простым в обслуживании и применении.

Программируемый контроллер КА1 предназначен для управления различным технологическим оборудованием: автоматическими линиями, роботизированными комплексами , автоматами и др.

Таблица 9.1 - Технические характеристики контроллера

Максимальное число входов-выходов	1024
Максимальное число промежуточных реле	1024
Максимальный объем памяти программы, слов	15360
Максимальное число счетчиков/таймеров	64/64
Максимальный интервал времени, отрабатываемый одним таймером с дискретностью 0.1с	999,9
Максимальное число импульсов отсчитываемых одним счетчиком	9999
Арифметические операции	Сложение, вычитание, умножение, деление Сравнение
Язык программирования	Символы релейных схем, арифметические операции
Питание устройства	Однофазная сеть переменного тока
Напряжение, В	220+10%, -15%
Частота, Гц	50+/- 1
Наработка на отказ, ч	1000
Среднее время восстановления, ч	Не более 2
Потребляемая мощность, кВт -Блока управления -одного блока ввода-вывода -пульт программирования	Не более 0,075 0,05 0,05

Конструктивно программируемый контроллер КА1 выполнен в виде блоков встраиваемых в унифицированные шкафы, а пульт программирования и диагностики-в виде переносного пульта.

Для программируемого контроллера выберем модули ввода-вывода.

Схема подключения сигналов к модулям ПЛК КА1 представлена на рисунке 9.1

Рисунок 9.1 - Схема подключения сигналов к модулям ПЛК КА1

Теперь составим таблицу адресов переменных.

Таблица 9.2 - Адреса переменных

Входной сигнал	адрес	Промежуточный сигнал	адрес	Выходной сигнал	адрес
КК4	01250	Р	1440	КВ	11240
КК6	01251	Р1	1441	КП	11241
КК8	01252	РУ1	1442	КН	11242
КК10	01253	РУ2	1443	КД	11243
КК12	01254	РВ	1444	КТ	11244
КК14	01255	РП	1445	КУ1	11245
КК16	01256			КУ2	11246
КК18	01257			КУ3	11340
КК20	01350			КУ4	11341
КК22	01351
РТ	01352

Теперь пользуясь таблицей 9.2 составляем программу на языке РКС, она представлена на рисунке 9.2

Рисунок 9.2 - Программа на языке РКС



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Капунцов Ю.Д., Елисеев В.А., Ильяшенко Л.А. Электрооборудование и электропривод промышленных установок: Учебник для вузов/ под ред. Проф. Соколова - М.: Высшая школа, 1979, - 359 с.

2. М. М. Соколов, Автоматизированный электропривод общепромышленных установок. Издательство «Энергия», 1976. - 487 с.

3. Б.И. Фираго, учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по теории электропривода. Минск 2005

4. Электронный ресурс. Каталог кантакторов. [www.morelektro.ru]

5. Каталог электронных компонентов. - Электронный ресурс. - Режим доступа: [www.belchip.by]

6. Диоды: Справочник. Авторы: Григорьев О. П., Замятин В. Я., Кондратьев Б.В., Пожидаев С.Л. Издательство: Радио и связь

7. Петренко Ю. Н. Системы программного управления технологическими комплексами. - Мн.: Пион, 2002. -298с.

Размещено на Allbest.ru