《门式起重机控制》课件

门式起重机控制系统现代工业中门式起重机的重要性提高生产效率降低劳动强度提升安全保障门式起重机能够快速、高效地完成物料的采用先进的控制系统，门式起重机能够实装卸和搬运任务，极大地提高了生产效率，现自动化操作，大大降低了工人的劳动强缩短了生产周期在港口、货场等场所，度，改善了工作环境尤其是在高温、高门式起重机的高效运作是保证物流畅通的危等恶劣环境下，远程控制和自动化操作关键更显其优越性门式起重机的基本组成结构金属结构1包括主梁、支腿、端梁等，是起重机的承重构件，承受起重机的全部载荷金属结构的强度和稳定性直接关系到起重机的安全运行起升机构2负责物料的垂直升降，由电动机、减速器、卷筒、钢丝绳、吊钩等组成起升机构的性能直接影响起重机的起重能力和工作效率运行机构3包括大车运行机构和小车运行机构，分别负责起重机在地面轨道上的移动和在主梁上的横向移动运行机构的平稳性和定位精度是保证物料安全搬运的关键电气控制系统门式起重机控制系统发展历程继电器控制1早期采用继电器控制，控制线路复杂，可靠性较低，故障率高，维护困难接触器控制2改进了继电器控制，但仍存在线路复杂、维护困难等问题，控制功能相对简单控制PLC3采用PLC控制，控制线路简化，可靠性提高，控制功能增强，易于维护和升级智能化控制4融合传感器技术、通信技术、人工智能技术，实现起重机的自动化、智能化控制，提高效率和安全性门式起重机控制系统的分类按控制方式按控制对象按控制技术可分为手动控制、半自动控制和全自动可分为起升机构控制、运行机构控制、可分为继电器控制、接触器控制、PLC控制手动控制由人工操作，半自动控回转机构控制等不同机构的控制要求控制、变频控制、伺服控制等不同的制部分功能自动化，全自动控制无需人不同，控制系统也各具特点控制技术适用于不同的应用场景和控制工干预需求传统控制系统与现代控制系统对比传统控制系统现代控制系统采用继电器、接触器等元件，线路复杂，体积庞大，可靠性低，维采用PLC、变频器、伺服系统等元件，线路简化，体积小巧，可靠护困难，功能单一，扩展性差，控制精度低，能耗高性高，维护方便，功能强大，扩展性好，控制精度高，节能降耗电气控制系统的基本原理信号采集通过传感器采集起重机的状态信息，如位置、速度、力矩等信号处理对采集到的信号进行滤波、放大、转换等处理，得到可用的控制信号控制决策根据控制算法和设定的参数，对处理后的信号进行分析和判断，做出相应的控制决策执行控制通过执行机构（如电机、变频器、制动器等）执行控制决策，实现起重机的各项动作门式起重机电气控制系统组成主电路控制电路1为起重机的各个机构提供电力，包括电源、控制起重机的各项动作，包括PLC、继电变压器、保护电器等2器、接触器、按钮、指示灯等信号电路保护电路4采集起重机的状态信息，包括传感器、编保护起重机和人员的安全，包括过载保护、3码器、变送器等短路保护、失压保护、限位保护等控制柜的设计与布局散热1保证控制柜内的元件正常工作温度防护2防止灰尘、水汽等进入控制柜安全3保证操作人员的安全合理布局4方便维护和检修主要电气元件介绍变频器伺服电机PLC可编程逻辑控制器，是现代控制系统的核心，通过改变电源的频率来调节电机的转速，实具有高精度、高响应速度、高可靠性等特点，具有强大的逻辑控制、数据处理、通信等功现起重机的调速控制适用于对控制精度要求较高的场合能电气控制系统的供电系统电源选择配电方式12根据起重机的功率和用电需求，采用合理的配电方式，保证各选择合适的电源电压和容量个机构的正常供电，并防止相互干扰保护电器3设置必要的保护电器，如断路器、熔断器、漏电保护器等，防止电气故障引发事故控制系统供电安全性分析过压保护防止电网电压过高损坏电气元件欠压保护防止电网电压过低导致电气元件不能正常工作短路保护防止电路发生短路引发火灾接地保护防止电气设备漏电造成触电事故控制系统接线原理主回路接线控制回路接线保护回路接线主回路是电力传输的通道，接线应保证电控制回路负责信号的传递和控制指令的执保护回路是安全保障的关键，接线应保证流的畅通和稳定选用合适的导线截面积，行，接线应保证信号的准确性和可靠性保护功能的有效性和可靠性定期检查和避免过载发热采用屏蔽线，减少电磁干扰测试保护装置的性能控制回路的基本设计确定控制对象1明确需要控制的机构和功能选择控制元件2根据控制要求选择合适的、变频器、伺服系统等PLC设计控制逻辑3编写程序，实现控制功能PLC调试和优化4对控制回路进行调试和优化，使其达到最佳性能在门式起重机控制中的应用PLC逻辑控制数据处理通信控制实现起重机的起升、运行、回转等基本采集和处理传感器数据，实现起重机的与上位机、触摸屏等设备进行通信，实动作的控制状态监测和故障诊断现远程控制和人机交互编程基础PLC梯形图结构化文本功能块图一种图形化的编程语言，易于理解和学习，一种高级编程语言，具有强大的数据处理和一种模块化的编程语言，适用于复杂的控制适用于逻辑控制算法实现能力系统控制系统架构PLC传感器采集起重机的状态信息PLC进行逻辑控制和数据处理变频器伺服驱动器/控制电机的转速和方向电机驱动起重机的各个机构运动控制系统通信接口Modbus ProfinetEthernet/IP一种常用的工业通信协议，用于PLC与上一种实时以太网通信协议，具有高速、高一种基于以太网的工业通信协议，具有开位机、触摸屏等设备之间的通信可靠性等特点，适用于对实时性要求较高放性、互操作性等特点的场合人机交互界面设计简洁明了信息全面12界面应简洁、直观，易于操作界面应显示起重机的关键状态人员理解和使用信息，如位置、速度、载荷等操作方便3界面应提供常用的操作功能，如起升、运行、停止等触摸屏控制技术直观操作信息显示通过触摸屏幕进行操作，更加直观实时显示起重机的状态信息和方便远程监控通过网络实现远程监控和控制门式起重机运动控制策略启动调速1平稳启动，避免冲击根据需要调节速度2定位制动43精确定位，提高效率准确制动，保证安全水平移动控制启动匀速运行减速停止平稳启动，避免冲击保持稳定的速度平稳减速，避免惯性冲击准确停止在目标位置垂直升降控制启动1平稳启动，避免钢丝绳抖动匀速升降2保持稳定的速度减速3平稳减速，避免冲击停止4准确停止在目标高度起重负载平衡控制传感器监测控制算法自动调整通过传感器实时监测负载的重量和位置采用控制算法，调整电机的输出力矩，保自动调整起升机构和运行机构的速度，防持负载的平衡止负载摆动精确定位技术编码器反馈1编码器实时反馈位置信息控制PID2采用控制算法，提高定位精度PID补偿算法3采用补偿算法，消除机械误差速度控制系统变频调速矢量控制直接转矩控制通过改变电源频率调节电机转速实现电机转矩和磁链的解耦控制直接控制电机的转矩和磁链电机驱动控制交流电机驱动直流电机驱动伺服电机驱动采用变频器控制交流电机的转速和转矩通过调节电枢电压控制直流电机的转速采用伺服驱动器控制伺服电机的转速和位置变频器在起重机中的应用调速节能保护实现起重机的平稳调速，提高工作效率降低电机的能耗，节约能源提供过流、过压、过载等保护功能伺服系统控制高精度1实现精确的位置控制高响应2快速响应控制指令高可靠3保证系统的稳定运行闭环控制技术传感器反馈传感器实时反馈系统的状态信息控制器控制器根据反馈信息调整控制策略执行机构执行机构执行控制指令系统输出系统输出达到目标值运动学控制算法正运动学逆运动学12根据关节角度计算末端执行器根据末端执行器的位置和姿态的位置和姿态计算关节角度轨迹规划3规划末端执行器的运动轨迹传感器在控制系统中的作用状态监测安全保障监测起重机的运行状态提供安全保护功能优化控制提高控制系统的性能位置传感器旋转编码器线性位移传感器激光测距仪测量旋转角度和速度测量线性位移测量距离力矩传感器测量负载重量检测不平衡力矩反馈控制实时测量负载的重量，防止过载检测起重机的不平衡力矩，保证运行安全将力矩信息反馈给控制系统，实现精确的力矩控制安全监测传感器碰撞传感器1防止起重机发生碰撞倾角传感器2监测起重机的倾斜角度风速传感器3监测风速，防止大风天气发生事故控制系统安全机制硬件保护采用硬件保护电路，如过流保护、过压保护等软件保护编写软件保护程序，如限位保护、过载保护等安全认证通过安全认证，保证系统的安全性定期检查定期检查和维护安全机制，保证其有效性紧急停止系统紧急情况硬件电路12在紧急情况下，操作人员可以急停按钮直接切断主电路的电按下急停按钮，立即停止起重源，保证可靠性机的所有动作软件程序3急停按钮触发软件程序，停止所有控制指令的输出过载保护技术重量传感器控制系统判断报警和停止实时监测负载的重量控制系统判断负载是否超过额定载荷如果超过额定载荷，系统发出报警并停止起重机的所有动作防碰撞控制控制系统判断2控制系统判断是否存在碰撞风险传感器检测1传感器检测起重机与其他物体之间的距离自动减速或停止如果存在碰撞风险，系统自动减速或停止起重机的运动3限位控制防止超程硬件和软件可靠性限位开关防止起重机在各个方向上超程，避免机械采用硬件限位开关和软件限位程序，提供双重保限位开关具有高可靠性，保证在各种恶劣环境下都损坏和安全事故护能正常工作远程控制技术提高安全性1操作人员可以在安全距离外控制起重机提高效率2操作人员可以更加方便地控制起重机降低成本3减少操作人员的数量无线遥控系统手持式遥控器操纵杆遥控器平板电脑遥控器操作人员手持遥控器，控制起重机的各项动操作人员通过操纵杆控制起重机的运动操作人员通过平板电脑控制起重机的运动作智能控制算法提高控制精度采用智能控制算法，提高起重机的控制精度提高运行效率采用智能控制算法，提高起重机的运行效率降低能耗采用智能控制算法，降低起重机的能耗提高安全性采用智能控制算法，提高起重机的安全性模糊控制技术处理不确定性专家经验12能够处理控制系统中的不确定将专家的经验转化为控制规则性和模糊性鲁棒性3具有较强的鲁棒性，能够适应各种工况神经网络控制自学习能力非线性系统具有自学习能力，能够不断优化控能够处理非线性控制系统制策略适应性具有较强的适应性，能够适应各种工况自适应控制调整参数2能够根据系统参数的变化自动调整控制参数在线辨识1能够在线辨识系统的参数保证性能能够保证系统在各种工况下都具有良好的3性能控制系统故障诊断提高可靠性降低维护成本安全保障快速诊断和排除故障，提高系统的可靠性减少维护时间和成本防止故障扩大，保障安全生产常见故障分析电机故障传感器故障12电机过热、绕组短路、轴承损传感器失效、信号漂移、线路坏等断路等控制器故障3程序错误、硬件损坏、通信中断等PLC故障预测与预警数据采集数据分析提前预警采集控制系统的运行数据分析运行数据，判断是否存在故障风险如果存在故障风险，提前发出预警信息维护与检测技术定期检查定期检查电气元件、线路、传感器等润滑定期润滑电机、轴承等紧固紧固螺栓、接线端子等更换及时更换损坏的元件控制系统升级改造需求分析1分析用户的需求，确定升级改造的目标方案设计2设计升级改造方案，选择合适的控制元件和技术实施改造3实施升级改造，安装新的控制元件和软件调试和测试4调试和测试升级改造后的系统，确保其性能达到要求节能控制技术变频调速能量回馈采用变频调速技术，降低电机的能将制动能量回馈电网，节约能源耗优化控制采用优化控制算法，降低系统的能耗能耗监测实时监测数据分析节能报告实时监测起重机的能耗数据分析能耗数据，找出节能潜力生成节能报告，为节能改造提供依据智能化控制发展趋势自动化1实现起重机的自动化运行智能化2采用人工智能技术，提高起重机的智能化水平网络化3实现起重机的网络化管理和控制工业与智能起重机

4.0数据驱动2利用数据驱动起重机的优化运行互联互通1实现起重机与其他设备之间的互联互通智能决策实现起重机的智能决策3大数据在控制系统中的应用故障预测性能优化决策支持利用大数据分析，预测控制系统的故障利用大数据分析，优化控制系统的性能利用大数据分析，为决策提供支持云控制平台远程监控数据存储数据分析123实现对起重机的远程监控存储起重机的运行数据分析起重机的运行数据，提供优化建议未来展望与技术创新人工智能人工智能技术将更加广泛地应用于起重机控制系统物联网物联网技术将实现起重机与其他设备之间的互联互通通信5G通信技术将提供更快、更可靠的通信连接5G边缘计算边缘计算技术将实现更快的响应速度和更低的延迟门式起重机控制系统发展总结门式起重机控制系统经历了从传统到现代、从简单到智能的发展历程随着技术的不断进步，未来的门式起重机控制系统将更加智能化、自动化、网络化，为工业生产带来更高的效率和安全性我们期待着更多的技术创新，推动门式起重机控制系统不断发展，为各行各业的发展做出更大的贡献。