塔式起重机的电气控制系统的设计

塔式起重机的电气控制系统的设计

摘要:本设计方案是将以前的以中间继电器加上接触器的控制方式变换成了以PLC为主导的电气控制系统，靠PLC采集到的输入信号经过PLC内部的程序指令输出对应的指令然后再传给了变频器，然后变频器来控制三相电机正转反转以及对应的转速和勾爪是否运行到对应的位置抓起物品。PLC的输入信号靠人机来实现，操作员只需要操纵触摸屏并且可以通过监控画面来实时监控整个塔吊的运行状况，以及勾爪是否到达位置，另外如果塔式起重机出现问题的话，监控画面可以发出警示信号并且会显现出哪边有问题，为维修提供了方便。本设计主要做的是塔机的启动抓取物料道抓住物料这样的一个过程，在这个过程里一共就两个速度，一个就是初始开始动作的速度，另外一个是检测到已经离物料不远了，会经由传感器传出个减速信号，这个时候就会依照设定降低频率，导致电机速度的下降，这样做有两个好处，一个是精准度可以再次得到有效的控制，二是可以消耗一部分惯力，这样可以降低为了让电机停车的制动力，可谓一举两得。

关键词:PLC；塔式起重机；电气控制系统；报警信号；人机

第1章引言 1

1.1塔式起重机的简介 1

1.2塔式起重机的分类介绍 2

1.3塔式起重机的发展前景 3

1.4本文的研究内容 3

第2章塔机设计的的系统的讲解 4

2.1塔式起重机的系统综述 4

2.1.1传统的控制方式 4

2.1.2塔式起重机PLC控制系统 5

2.2塔式起重机的系统框图 5

第3章电路设计 6

3.1硬件选型 6

3.1.1 硬件功能分析 6

3.1.2 变频器的选型 7

3.1.3 电机的选型 9

3.1.4 PLC的I/O分配表 10

3.1.5 PLC的选型 11

3.2布局图 12

3.3电气原理图 12

第4章软件设计 13

4.1程序流程图 14

4.2 PLC程序及分析 14

4.3 变频器的参数设置 14

第5章人机界面 18

5.1人机界面综述 19

5.2人机界面选型 19

5.3人机界面的制作 19

5.3.1 界面的创建 14

5.3.2 基本界面的绘制 14

5.4人机界面操作仿真 24

小结 28

参考文献 30

第1章引言

1.1塔式起重机的简介

塔吊它是一种起吊重物的杆子装在高耸的塔身的上面，吊臂跟随着塔机的身体旋转而旋转的起重的工具，其外观如下1-1所表达。3塔式起重机主要用在层数比较多或者层数比较高的场合中垂直运输安装材料和建筑零件的组装，其结构按照它的功能来分可以分为：基础结构，底座结构，塔身结构，顶部上升结构，旋转机构，起升机构，平衡臂，起重小车，起重臂，操作室，变幅等组成。

在这些组成里面基础是以很重要的部分，它就像房子的地基一样，只有基础稳定了牢固了，那么塔式起重机才是稳定的。反过来说基础不行，那么塔机就会有倒下来的危险。塔身呢则是整个结构的核心。因为所有的机构都是围着塔身做运动的。起重臂共有两个部分一个是在前面的做起吊的，另一个部分在后面加了对重，主要是为了维持重力的平衡，另外它的形状是三角形的，这样最稳定。司机室顾名思义就是操作员呆的地方。起重小车主要是在起重臂的前面那一部分吧，用来掉物体的。

旋转方向运动方式和水平方向运动方式，是塔式起重机的起重臂的两种主要的运动方向，如图1-2和1-3所示。当运动形式为水平式的起重臂的上的起重小车会严重该起重臂沿着水平的方向进行着变幅的运动。但是呢以这种方式运动的起重臂它的起重臂会很长，起重臂过长也就说明了它的重力会十分的大。这样也就意味着该水平运动的起重

臂的惯性会很大，但是呢这种方式的运行是最平稳的。[. 塔式起重机的基础设计/安晶主编-《山西建筑》，2018，3]与之相反的呢就是以旋转方式运行的起重臂了。这种方式的起重臂呢会因为运动形式和水平方向运行的形式的不同，所以这种方式的起重臂就会要比水方式短。那么代表着说明它的自重没有水平方向运动的大，惯性力就会小很多。不会像水平方向运行的起重机那样需要很多电力进行调速。

塔式起重机的能承受的重量是格局距离来决定的，物料的重量与运动距离进行相乘就可以得出载荷力矩。[. 塔式起重机管理/陈朝阳-《建材与装饰：下旬》，2012，8]塔式起重机通过旋转的部位和旋转时的支撑，来提升其起升的高度。2由于塔式起重机的旋转的部位和用来行走的机构的质量大，导致在了该重机动作时，旋转动作和行走的动作的惯性都很大，所以需要一个良好的调速性能来调节惯性，尤其是塔式起重机的起升结构，必须尽力可以做到载荷变轻速度快，载荷变重就会放慢，安装到了位置之后就会微微动作的控制规范。普通来说调速方法除了用电阻以外，塔式起重机还经常采用涡流制动器，调节频律，变更极数来调速。

1.2塔式起重机的分类介绍

将该重机按照它们方式可以分为上半部分旋转的方式和下半部分旋转的方式：

上半身旋转的的塔式起重机的动作时下半身是固定的，旋转的支承上面的吊臂和平横臂等部件，通过旋转的部位以不动的塔式起重机的身体为中心做旋转运动。上半部分运行的塔机还可以再分为四个部分：运动形式、固定形式、附着形式、内攀爬式。所谓的运动方式的塔式起重机可以沿着固定的导轨动作，它可以到达的工作范围很大，所以被使用的很多；固定形式的塔式起重机，它的吊臂相对的比较长，就直接将塔机的底座部分固定在了轨导轨上，或者将它的身体直接稳固在基础上；如果行驶时固定形式的起重机但是在一段距离之上会用一根杆子和墙壁连接，这个被称为附着方式式的塔式起重机，塔身是由接高装置的，他依靠这个装置使起重机上部的旋转部分可以跟随着建筑物的升高而增高，主要被用于楼层数特别高的建筑上使用；内攀爬形式的塔式起重机是将塔机安装在电梯井道里面或连接的洞内，操纵液压缸使电机根据工程的进展沿着井道往上面提升，此种塔式起重机节省了一部分塔身，节约了动工空间，服务范围大，但是对动工的建筑物的要求很高。[. 什么是塔式起重机?塔吊司机证(Q5 )电梯作业证/《网络（http://www.qcwxz.com/show.asp?id=6180）》，2016，3]

下旋式塔式起重机：将旋转支撑的部位安装在基础和旋转台之间，除了沿着臂走动的机构其余机构都布置在旋转台周围一起做这旋转运动。[. 塔式起重机的动臂和电动机功率决定货重和驾驶室耐力板护板的关键/-《网络（http://baijiahao.baidu.com/s?id=1598338726302861843&wfr=spider&for=pc）》，2015,2]除导轨式外，另外的还要加上履带底座式、轮子底盘式为步进设备。3该塔式起重机主要的重量都在下方，可以进行全部的拆装和挪动，不仅轻而且机动性好，被使用的场合十分多，普通都是用在了层数十分多得场合。[.塔式起重机的动臂和电动机功率决定货重和驾驶室耐力板护板的关键/《（http://baijiahao.baidu.com/s?id=1598338726302861843&wfr=spider&for=pc）》，2017，1]

1.3塔式起重机的发展前景

塔式起重机起源十九世纪九十年代，一直到九十年代中期才出现一台较完整的样机。首先生产并运用该机构的国家是德国，我国则是在二十世纪五十年代才开始这个东西的发展，此时正值西欧国家塔吊行业不景气，使我国的塔吊处于一股迅速向上发展的趋势。并且，因为我国推行出很多在城镇化发展的好策略，使我国的这个行业的市场得到了基本的保障，并且整个塔式起重机的行业不断的向欧美等国家逼近。[. 我国塔式起重机的发展历程/刘佩衡-《建筑机械化》，2004，9]

尽管说从技能方面来看，塔式起重机不断的有新产品的推出，并且新产品在出产功率，能耗，操作简略，保养修理方便快捷和运转牢靠等方面均有了很大的一个提高，可是呢这个起重机的底子的技能却没有什么改动。目前的塔式起重机正在不断的朝着拼凑式的方向走去。[. 塔式起重机/豆丁网-《互联网文档资源（http://www.docin.com）》，2016，9]把塔身当作中心，依据该重机不一样的功用和要求，以及现场的实际情况来判断。用许多部分拼装出来的能够满足现场要求的称为拼凑式结构。

1.4本课题研究内容

在本课题内用PLC来实现控制要求，用触摸屏来控制，变频器来调速。主要内容就是首先操作员会根据实际要求操作触摸屏发出一个输入信号，之后接受到信号的PLC会在内部进行运算。通过算在输出一个动作的信号传输到变频器，然后呢变频器会根据设置好了的数值来控制速度。就是这样的控制方式，这样的好处在于可以分开操纵，方便调节延长寿命。而且本系统里还加入了人机，用人机来控制他，而且触摸屏上面会有监控画面，时时刻刻的反应着塔式起重机的状态如何，在有问题时，也会跳出报警的页面，可以很方便的使用，对于之后的无论是操作还是维保都会的很快。而且这种的操作方式要比以前的精细多了，不像以前用人来操纵操纵杆的控制方式，那种方法要看运气和技术，但是这个用来传感器就可以达到我先要的目的，并且可以保证准确性，另外用传感器还有一个好处那就是报警功能了，只要哪里一有问题立马就会断掉电，这样就可以保证操作的安全和操作人员的安全。

小结

塔式起重机是一种起重臂装在高耸的塔身上面，跟随塔身旋转而旋转的起重机，其外观如图1-1所示。塔式起重机主要用在层数比较多或者层数比较高的场合中垂直运输安装材料和建筑零件的组装，其结构按照它的功能来分可以分为：底座，塔身，顶升，回转，起升，平衡臂，起重小车，起重臂，司机室，变幅等部分。

课题的主要任务：

（1）首先就是要找资料了解塔式起重机这个东西，知道了之后对他的控制流程有个大致理解，然后再根据它的控制要求来选择相关的元器件

（1）元器件选好了之后，就是该设计电路原理图和PLC的I/O分配表，以及画出整个塔式起重机动作流程图。

（2）根据所画的流程图来进行程序的编写并仿真，在仿真的过程中出现问题再来调试编写，直到最后的确认

（3）开始设计人机的界面，将触摸屏和PLC连接，之后在设置不同的界面，做到靠触摸屏就可以控制塔式起重机和监控塔式起重机的状态

（5）昨晚以上的步骤之后就开始把论文整体的整理出来，编写。

时间飞逝，很快毕业设计的制作就进入到了尾声，从一开始的确定课题到写论文，再到论文大致成型交给老师审查，最后的定稿，前前后后花了近三个月的时间。刚开始确定课题的时候自己也很是迷茫不知带自己会写什么，偶然呢找到了塔式起重机这个课题感觉挺简单的而且资料也很多就准备写这个了，当时老师还劝我不要选这个但我一意孤行。

确定好了课题之后就是写了，但是这个写的过程很是难受，因为当着手写论文的时候才发现自己是什么都不会。这三年里好像没有学习一样，自己的脑内一片空白，但是再怎么空白在不会论文也是要写的，所以只能自己自学。自己学习不像学校有老师的指导而且当时还出去工作了可以用来学习的时间很少。自学的过程不是一帆风顺的遇到了很多的为了。为了解决这些问题我找了很多资料，找资料之后看不懂的就去问公司的同事，向自己的朋友班级里学习好的同学请教，总算是磕磕碰碰的将论文大致的稿子写出来了。但是问题还是很多，而且当时还在上班，公司里正值培训期间不允许请假，所以只能白天在公司上班的不忙或者午休时候抽空修改一下，晚上回去在顶灯夜战到个十一二点左右。每周六周日都会泡在学校得图书馆里，写论文想办法解决问题。就这样也搞了很久才大致搞完。

写毕业设计的这一过程我感觉呢其实就是对我这三年学习情况的一个考试，我学的怎么样都在写的过程中忠实的表现出来了。让我发现自己以前是有多么懒散多么的不认真，一直在浪费自己生命，以至于在到了要用所学的知识写点什么东西的时候措手不及。就比如我们那一些常用的软件像CAD啊GX之类的自己用起来根本就没有任何头绪就好像感觉自己这三年根本就没用过这些东西，实在是没有办法只能在图书馆找学习资料，然后再按照资料上的步骤来一步一步的做，但是呢即使这样按照步骤来一步步地做也还是有很多的问题。找书、打电话、当面向别人请教，总之费了很大的时间才把基础的应用给学会。然后因为自己也是刚刚才开始学画，所以速度十分的慢，有的一个图要花费六七个小时才能画好，一天也就画个图就没了，而且画的也不一定就是对的，还是有很多问题要改的。

就好比说PLC的外部接线图，首先要知道PLC用到哪些点，每个点有什么作用，这些点给谁。和变频器的那些点连接，再怎么走。这样的整个一个电路都要自己理清楚。每个元器件怎么接，在哪个位置，怎么画都要知道。这些东西都做下来之后也是一个大工程，但好在在不断的绘图中我逐渐熟悉了整个操作，速度也提升了很多倍，修改什么的不像之前那般的困难。

但一篇论文最主要的还是文字部分，一开始我还挺得意的感觉自己写的很好没什么问题，但是实时却在啪啪打脸。到老师那里去看首先就是逻辑不清晰，连贯的不好。总而言之是一大堆问题，但是这些不是主要的。最主要的的是自己的查重率太高了，都有点巢湖自己的想象。我看到这个报告书时，内心有点崩了，后悔没有听指导老师所说的不要选这个课题，后悔自己投机取巧在网上找资料是直接黏贴上去的，顶多改革语句的顺序和结构。但是查重率高不代表放弃，对照着查重报告开始一步步的修改，几乎是把整个论文都删掉了，然后全部变成自己的话。

花了很多的时间终于把这个论文写的差不多了，应该也都可以过了，就是自我感觉设计上还是很不全面的，或者说根本就不能拿到现场去实地使用。例如故障检测，在我的设计里总共就写了两个故障——超载和纤维，但现场情况复杂坑定有很多事我考虑不到的。还有就是设计值设计里一般，我做的只是抓取物料这一动作过程，并没有完整的像我的课题说的那样完整的是一个动作要求。另外正文部分还是有一部分内容是指从网上搞过来但是自己还没有理解的。

总的来说呢这次的毕业设计是自己尝到了自己种下的恶过，没有当初自己的懒散怠惰就不会是现在这个样子，但是呢我也感觉到了十分的庆幸，因为这些问题暴露出来的不算晚，虽然说平时我自己也知道自己有很多不好的习惯，但一直没正视这些问题。借这次的机会直截了当的将这些问题直接暴露在我的面前，逼得我正视这些问题。让我自己得以改正，不会让我继续的把这些问题拖到自己以后踏上社会，为自己以后的工作和生活埋下祸患。这也是好的，让我知道了对自己负责的重要性，促使我不会在犯下同样的错误。

感谢老师对我一直以来的教导和建议，以及在我面对困难时给我提的建议，以及对我写的论文一直以一股认真负责的态度对待。感谢同学对我的帮助，以及在我沮丧时给予我的支持，让我可以坚持的写下去。感谢公司领导的理解以及公司前辈对我不会的问题进行的帮助如果没有他们那么我的进度肯定比现在还要慢一大截。

参考文献

. 塔式起重机的基础设计/安晶主编-《山西建筑》，2018，3

. 塔式起重机管理/陈朝阳-《建材与装饰：下旬》，2012，8

. 什么是塔式起重机?塔吊司机证(Q5 )电梯作业证/《网络（http://www.qcwxz.com/show.asp?id=6180）》，2016，3

. 塔式起重机的动臂和电动机功率决定货重和驾驶室耐力板护板的关键/-《网络（http://baijiahao.baidu.com/s?id=1598338726302861843&wfr=spider&for=pc）》，2015,2

.塔式起重机的动臂和电动机功率决定货重和驾驶室耐力板护板的关键/《（http://baijiahao.baidu.com/s?id=1598338726302861843&wfr=spider&for=pc）》，2017，1

. 我国塔式起重机的发展历程/刘佩衡-《建筑机械化》，2004，9

. 塔式起重机/豆丁网-《互联网文档资源（http://www.docin.com）》，2016，9

. 浅谈工程建设中塔式起重机的使用与管理/党帅; - 《内蒙古统计》，2009，12

. 塔式起重机智能监控及故障检测功能/吴杰-《郑州大学硕士论文》，2005，05

. 简述塔式起重机的安全使用与管理/ 《网络（http://big.hi138.com）》，2015，10