起重电控设计参考手册

　　序
　　前言
　　第1篇 起重机基础
　　1 起重机按机械构造分类
　　1.1 电动葫芦
　　1.2 桥架型起重机
　　1.2.1 桥架型起重机的特点
　　1.2.2 桥式起重机
　　1.2.3 门式起重机
　　1.2.4 装卸桥
　　1.2.5 半门式起重机
　　1.3 缆索型起重机
　　1.4 臂架型起重机
　　1.4.1 臂架型起重机的特点
　　1.4.2 门座起重机
　　1.4.3 固定式起重机
　　1.4.4 塔式起重机
　　1.4.5 桅杆起重机
　　1.4.6 壁行式悬臂起重机
　　1.4.7 悬臂起重机
　　1.4.8 平衡起重机
　　2 起重机按运载方式分类
　　2.1 固定式起重机
　　2.2 轨道式起重机
　　2.3 轮胎式起重机
　　2.4 浮式起重机
　　2.5 汽车起重机
　　2.6 履带起重机
　　2.7 铁路起重机
　　3 起重机按应用领域分类
　　3.1 港口起重机
　　3.1.1 岸边集装箱起重机
　　3.1.2 堆场集装箱起重机
　　3.1.3 抓斗卸船机
　　3.1.4 多用途起重机
　　3.2 冶金起重机
　　3.2.1 夹钳起重机
　　3.2.2 电磁起重机
　　3.2.3 铸造起重机
　　3.2.4 锻造起重机
　　3.2.5 淬火起重机
　　3.2.6 电解铝多功能起重机
　　3.2.7 阳极焙烧多功能起重机和堆垛多功能起重机
　　3.3 建筑起重机
　　3.4 发电厂起重机
　　3.4.1 核电站起重机
　　3.4.2 水电站起重机
　　3.4.3 其他电厂起重机
　　3.5 造船厂起重机
　　3.6 其他
　　4 起重机基本概念
　　4.1 工作级别
　　4.1.1 起重机的使用等级
　　4.1.2 起重机各运行机构的工作级别
　　4.1.3 起重机作业频度与电控器件选型的关系
　　4.2 主要参数
　　4.2.1 起升能力
　　4.2.2 跨度、轮距和轨距
　　4.2.3 幅度
　　4.2.4 起升高度
　　4.2.5 运行速度
　　4.2.6 生产率
　　4.3 工作机构
　　4.4 驱动方式
　　4.5 起升机构
　　4.5.1 起升机构的组成
　　4.5.2 驱动装置
　　4.5.3 钢丝绳卷绕系统
　　4.5.4 取物装置
　　4.5.5 安全装置
　　4.5.6 制动器
　　4.6 平移机构
　　4.6.1 基本概念
　　4.6.2 驱动系统
　　4.6.3 故障处理
　　4.6.4 注意事项
　　4.7 回转机构和变幅机构
　　4.7.1 回转机构
　　4.7.2 变幅机构
　　4.8 起重机作业的工艺流程
　　4.8.1 固定工艺流程
　　4.8.2 典型工艺流程
　　4.8.3 典型工艺运行曲线
　　4.8.4 不规则工艺流程
　　第2篇 常用元器件基础
　　5 低压元器件
　　5.1 接触器
　　5.1.1 接触器的主要参数
　　5.1.2 接触器的主要附件和选件
　　5.1.3 接触器的工作类别
　　5.1.4 超动次数
　　5.1.5 使用寿命
　　5.1.6 接触器用于绕线转子电动机转子电阻切换
　　5.1.7 接触器用于变压器前端
　　5.1.8 起重行业的接触器选型原则
　　5.1.9 起重行业电动机直接控制回路接触器设计示例
　　5.2 电动机热保护
　　5.2.1 电动机断路器
　　5.2.2 热过载继电器
　　5.2.3 电子过电流继电器
　　5.2.4 热敏保护继电器
　　5.2.5 三合一电动机起动器
　　5.3 断路器（塑壳开关和框架开关）
　　5.3.1 断路器的主要参数
　　5.3.2 脱扣器
　　5.3.3 断路器的主要附件
　　5.3.4 施耐德电气断路器的相关型号与选型
　　5.3.5 起重行业脱扣器选用原则概述
　　5.3.6 断路器的选择性与级联
　　5.4 微型断路器
　　5.5 继电器
　　5.5.1 控制继电器
　　5.5.2 小型中间继电器
　　5.5.3 测量和控制继电器
　　6 人机对话器件
　　6.1 主令控制器
　　6.1.1 运行轨迹图
　　6.1.2 电气闭合顺序图
　　6.1.3 控制手柄
　　6.1.4 电位器或旋转编码器选件
　　6.1.5 施耐德电气的主令控制器型号简介
　　6.2 悬挂式按钮盒
　　6.3 手持式遥控器
　　6.3.1 手持式遥控器的优点
　　6.3.2 手持式遥控器的分类
　　6.3.3 使用遥控器操作时的注意事项
　　6.4 按钮和指示灯
　　6.4.1 按钮指示灯的分类
　　6.4.2 起重行业按钮指示灯的基本用法
　　6.4.3 施耐德电气的按钮指示灯选型参考
　　6.5 万能转换开关
　　6.5.1 概述
　　6.5.2 K1/K2系列万能转换开关示意图说明
　　6.5.3 起重机常用的特殊用途旋钮开关举例
　　6.5.4 旋钮开关的定制
　　6.6 显示屏人机界面
　　6.6.1 起重机人机界面的选用
　　6.6.2 人机界面型号介绍
　　7 检测元件
　　7.1 限位开关
　　7.1.1 概述
　　7.1.2 限位开关的分类及选择
　　7.1.3 施耐德电气的限位开关产品简介
　　7.1.4 重锤限位开关
　　7.1.5 凸轮限位开关
　　7.2 接近开关
　　7.2.1 电感式接近开关
　　7.2.2 电感式模拟量距离传感器
　　7.2.3 光电接近开关
　　7.3 旋转编码器
　　7.3.1 增量型旋转编码器
　　7.3.2 绝对值型旋转编码器
　　7.3.3 测量轮
　　8 电动机
　　8.1 锥形电动机
　　8.2 起重及冶金专用电动机
　　8.3 变频电动机
　　8.3.1 变频驱动对电动机的特殊要求
　　8.3.2 两类变频电动机
　　8.4 绕线转子电动机
　　8.5 起重行业对电动机的选择
　　9 变压器
　　9.1 中压变压器
　　9.1.1 中压变压器基本概念
　　9.1.2 中压变压器的安装位置
　　9.1.3 主变压器与辅助变压器
　　9.1.4 起重机中压变压器的选用原则
　　9.2 隔离变压器
　　9.2.1 常见的隔离变压器
　　9.2.2 隔离变压器的使用注意事项
　　9.2.3 施耐德电气的隔离变压器产品
　　10 称重设备
　　10.1 起重机电子秤
　　10.1.1 用途
　　10.1.2 分类
　　10.1.3 要求
　　10.1.4 数字式称重设备
　　10.2 负荷限制器
　　10.2.1 用途
　　10.2.2 分类
　　10.2.3 要求
　　第3篇 变频器
　　11 变频器及选件
　　11.1 变频器基础
　　11.1.1 变频器的构成
　　11.1.2 V/F控制或电压矢量控制
　　11.1.3 电流矢量控制
　　11.1.4 共直流母线系统
　　11.2 变频器的常用选件
　　11.2.1 交流电抗器
　　11.2.2 直流电抗器
　　11.2.3 电动机电抗器
　　11.2.4 能耗制动和回馈制动单元
　　11.2.5 其他常用的变频器选件
　　11.2.6 AFE
　　11.3 施耐德电气的ATV71变频器及常用选件
　　11.3.1 ATV71基本电压等级的主要型号及附件选型
　　11.3.2 施耐德电气变频器产品一览
　　12 变频器在起重行业上的设计与调试
　　12.1 基本设计概念
　　12.1.1 输入输出设置
　　12.1.2 基本参数设置
　　12.1.3 指令通道的设置和切换（菜单1.6 ：命令）
　　12.1.4 故障管理（菜单1.8 ：故障管理）
　　12.2 应用参数设置
　　12.2.1 加减速时间和斜坡类型（菜单1.7 ：应用功能【斜坡】）
　　12.2.2 停车类型（菜单1.7 ：应用功能【停车设置】）
　　12.2.3 速度给定
　　12.3 开环起升机构的参数设置与调试
　　12.3.1 制动器与起制动过程
　　12.3.2 变频器控制模式与制动器控制
　　12.3.3 开环起升机构的调试和制动器逻辑控制参数设置
　　12.3.4 制动逻辑控制曲线其他参数的设置
　　13 变频器起重应用功能宏的设计与参数设置
　　13.1 寸动
　　13.1.1 关于寸动
　　13.1.2 寸动功能的实现
　　13.2 悬挂式按钮盒的调速（菜单1.7 ：应用功能【加减速】）
　　13.3 速度微调（菜单1.7 ：应用功能【给定附近加减速】）
　　13.4 停止限位开关管理（菜单1.7 ：应用功能【限位开关】）
　　13.5 制动器故障监控（菜单1.7 ：应用功能【制动逻辑控制】）
　　13.6 轻载升速（菜单1.7 ：应用功能【高速提升】）
　　13.7 简单的定位功能及减速时间优化
　　13.7.1 两种实现简单定位功能的办法
　　13.7.2 减速功能优化
　　13.8 使用制动器返回触点
　　13.8.1 使用制动器反馈触点的设置
　　13.8.2 制动器故障处理
　　13.9 多电动机切换
　　13.1 0转矩均衡
　　13.1 0.1 问题的提出
　　13.1 0.2 通过电动机的转差实现转矩均衡
　　13.1 0.3 通过【负载平衡】功能实现转矩均衡控制
　　13.1 0.4 通过模拟量主从控制模式实现转矩均衡功能
　　13.1 0.5 通过主从控制功能卡（工艺卡）实现转矩均衡功能
　　14 其他
　　14.1 制动方案选择
　　14.1.1 常见的制动方案
　　14.1.2 选择制动方式的基本原理
　　14.1.3 回馈制动方案的设计
　　14.1.4 回馈制动器件的选型
　　14.2 抗谐波设计
　　14.2.1 对谐波控制的要求
　　14.2.2 常用谐波控制方式
　　14.2.3 起重机抗谐波处理
　　14.3 其他调速方式简介
　　14.3.1 直流调速器
　　14.3.2 定子调压调速器
　　第4编可编程序控制器
　　15 可编程序控制器的设计
　　15.1 可编程序控制器基础
　　15.1.1 概述
　　15.1.2 小型PLC系统
　　15.1.3 中型PLC系统
　　15.1.4 大型PLC系统
　　15.2 可编程序控制器硬件
　　15.2.1 控制系统的设计
　　15.2.2 PLC的设计
　　16 PLC系统设计举例
　　16.1 中型系统（BUSX系统）设计
　　16.1.1 基本方案
　　16.1.2 模块配置
　　16.2 大型系统（BUSX+FIPIO+STB）设计
　　16.2.1 基本配置
　　16.2.2 模块配置
　　16.3 小型系统（CanOpen+OTB）设计
　　16.3.1 基本配置
　　16.3.2 模块配置
　　17 可编程序控制器软件
　　17.1 起重机控制软件
　　17.2 任务
　　17.3 编程语言
　　17.3.1 梯形图（LD）语言
　　17.3.2 指令表（IL）语言
　　17.3.3 功能块图（FBD）语言
　　17.3.4 连续功能图（CFC）语言
　　17.3.5 顺序功能图（SFC）或Grafcet语言
　　17.3.6 结构化文本（ST）语言
　　18 网络和通信
　　18.1 基本知识
　　18.1.1 网络和通信
　　18.1.2 单主系统和多主系统
　　18.1.3 指令和通令
　　18.2 常用通信协议简介
　　18.2.1 ModBus通信协议
　　18.2.2 CANOpen通信协议
　　18.2.3 FIPIO通信协议
　　18.2.4 ModBusTCP通信协议
　　18.2.5 ProfibusDP通信协议
　　18.2.6 DeviceNET通信协议
　　19 故障、停机请求和停机方式
　　19.1 停止方式
　　19.1.1 0级停止模式（ATG）
　　19.1.2 1级停止模式（AT1）
　　19.1.3 2级停止模式（AT2）
　　19.1.4 3级停止模式（AT3）
　　19.2 停止请求
　　19.3 故障类型
　　19.4 停机过程、停机请求、故障及复位
　　19.5 程序处理
　　第5篇 接地、干扰、安全及其他
　　20 基本概念
　　20.1 基础知识
　　20.1.1 大地、地与接地
　　20.1.2 接地的作用
　　20.1.3 外露导电部分（ECP）
　　20.1.4 人身安全保护
　　20.2 中压变压器二次侧接地系统
　　20.2.1 IT接地系统
　　20.2.2 TT接地系统
　　20.2.3 TN接地系统
　　20.3 起重机的接地系统
　　20.3.1 概述
　　20.3.2 低压供电起重机的接地
　　20.3.3 中压供电起重机的接地
　　21 接地与安全
　　21.1 直接接触的安全保护
　　21.1.1 隔离保护
　　21.1.2 剩余电流动作保护继电器（RCD）
　　21.2 间接接触的安全保护
　　21.2.1 常规的间接接触安全保护措施
　　21.2.2 起重机间接接触保护的特点
　　21.2.3 起重机不同接地模式的间接接触保护
　　21.3 设备及火灾防护
　　21.4 变频驱动起重机接地与安全小结
　　21.4.1 直接接触人身安全保护
　　21.4.2 间接接触人身安全保护和设备火灾防护
　　21.5 起重机的防雷
　　21.5.1 防一次雷（防直击雷）
　　21.5.2 防二次雷（防感应雷）
　　21.5.3 对起重机防雷设计的建议
　　22 接地与抗干扰
　　22.1 电磁干扰基础
　　22.1.1 定义
　　22.1.2 干扰源
　　22.1.3 敏感设备的信号回路
　　22.1.4 干扰的叠加形式
　　22.2 电磁耦合
　　22.2.1 传导性耦合
　　22.2.2 场耦合
　　22.3 电磁兼容（EMC）
　　22.3.1 电磁兼容概念
　　22.3.2 EMC设计原则
　　22.4 接地及布线工艺
　　22.4.1 控制系统接地
　　22.4.2 布线原则
　　23 成柜设计
　　23.1 概述
　　23.1.1 柜体选取的基本原则
　　23.1.2 观察区间和操作区间
　　23.1.3 元器件安装的注意事项
　　23.2 电气接线
　　23.2.1 铜质预绝缘冷压端子（简称接线端头）接线
　　23.2.2 接线端子的质量要求
　　23.2.3 接线端子的接线工艺
　　23.2.4 接线端子的接线原则
　　23.2.5 电气接线的一般原则
　　23.3 电缆
　　23.3.1 起重电控电缆选择的一般原则
　　23.3.2 载流量速查表
　　23.3.3 根据允许电缆长度验算电缆截面积
　　23.4 铜排设计参考
　　23.4.1 两段铜排之间的连接
　　23.4.2 铜排的爬电距离和电气间隙
　　23.4.3 铜排的载流能力
　　23.4.4 铜排载流能力的修正
　　23.5 其他注意事项
　　23.5.1 柜体加工注意事项
　　23.5.2 重点保护线路
　　23.5.3 起重机调试的安全问题
　　第6篇 控制系统的设计和计算
　　24 变频器的选型与计算
　　24.1 变频器功率估算
　　24.1.1 根据电动机功率估算变频器功率
　　24.1.2 根据电动机的电流估算变频器功率
　　24.1.3 根据起升重量和起升速度估算变频器功率
　　24.1.4 估算变频器功率的风险
　　24.2 变频器功率计算
　　24.2.1 根据计算选择变频器功率
　　24.2.2 变频器的安全系数
　　24.3 起升机构变频器选型计算
　　24.3.1 起升机构变频器选型所需参数
　　24.3.2 变频器的选型
　　24.3.3 起升机构变频器选型的进一步分析
　　24.3.4 制动器件选型的进一步分析
　　24.4 平移机构变频器选型计算的几个关键参数
　　24.4.1 平移机构的重量
　　24.4.2 起重机的“修正重量”
　　24.4.3 摩擦系数
　　24.5 平移机构变频器的选型计算
　　24.5.1 平移机构变频器选型所需参数
　　24.5.2 变频器的选型
　　24.5.3 制动器件的选型
　　25 制动方案的选择
　　25.1 工艺流程分析
　　25.1.1 起重机工艺流程图
　　25.1.2 起重机分时段运行状态分析
　　25.1.3 起重机分时段电气状态分析
　　25.2 起重机电气状态分析表的填写
　　25.2.1 负载功率
　　25.2.2 回馈能量
　　25.3 选择制动方案
　　25.3.1 计算不同制动方案的节能效果
　　25.3.2 选择制动方案
　　26 中压变压器的设计基础
　　26.1 概述
　　26.1.1 中压变压器设计的基本概念
　　26.1.2 中压变压器接地模式的设计
　　26.1.3 中压变压器容量设计的基本原则
　　26.2 已知工艺流程时的中压变压器计算
　　26.2.1 起重机电气状态分析表
　　26.2.2 起重机电气状态分析表的编制
　　26.2.3 计算并选取中压变压器的容量
　　27 低压配电保护系统的设计基础
　　27.1 断路器
　　27.1.1 总断路器的设计原则
　　27.1.2 总断路器的主要功能
　　27.1.3 总断路器的额定电流计算
　　27.1.4 总断路器分断能力的设计分析
　　27.1.5 总断路器下端头短路电流的计算
　　27.1.6 总断路器脱扣单元的选择
　　27.1.7 总断路器其他功能附件的选择
　　27.1.8 机构断路器（采用变频调速的机构）
　　27.2 接触器
　　27.2.1 起重电控的单主、多支和双重系统
　　27.2.2 主接触器的选型
　　27.2.3 主接触器的控制
　　27.2.4 机构接触器的选型（采用变频调速的机构）
　　27.3 配电保护系统的其他常用器件
　　28 运行机构的设计基础
　　28.1 起升机构
　　28.1.1 安全保护
　　28.1.2 驱动控制模式
　　28.1.3 变频器配置
　　28.1.4 弱磁升速
　　28.1.5 特殊应用中减速机构对起升电控的影响
　　28.2 平移机构电控设计基础
　　28.2.1 安全保护
　　28.2.2 控制模式
　　28.2.3 变频器配置
　　29 起重机特殊功能设计
　　29.1 大车纠偏
　　29.1.1 问题的提出
　　29.1.2 大车纠偏的原理
　　29.1.3 行走偏差的检测方法
　　29.1.4 单边运行的风险和处理
　　29.1.5 施耐德电气的大车纠偏工艺卡软件简介
　　29.2 起升同步
　　29.2.1 问题的提出
　　29.2.2 起升同步的方法
　　29.2.3 施耐德电气的起升同步工艺卡软件简介
　　29.3 小车同步
　　29.3.1 问题的提出
　　29.3.2 小车同步的方法
　　29.3.3 施耐德电气的双小车同步工艺卡软件简介
　　29.4 转矩均衡
　　29.5 防摇
　　29.5.1 问题的提出
　　29.5.2 采用机械方法进行防摇
　　29.5.3 采用电气方法进行防摇
　　29.5.4 无传感器电气防摇工艺卡
　　29.6 抓斗控制
　　29.6.1 问题的提出
　　29.6.2 抓斗卸料的半自动运行
　　29.6.3 施耐德电气的抓斗操作自动控制软件举例
　　29.7 定位
　　29.7.1 基本概念
　　29.7.2 定位精度
　　29.7.3 定位方式
　　第7篇 设计实例分析
　　30 50t/10t桥式起重机设计实例
　　30.1 已知参数
　　30.1.1 主起升机构
　　30.1.2 副起升机构
　　30.1.3 大车机构
　　30.1.4 小车机构
　　30.1.5 其他
　　30.2 变频器计算
　　30.2.1 主起升机构计算
　　30.2.2 副起升机构计算
　　30.2.3 大车机构计算
　　30.2.4 小车机构计算
　　30.3 其他元器件的计算
　　30.3.1 中压变压器容量需求计算
　　30.3.2 总断路器计算
　　30.3.3 主接触器计算
　　30.3.4 机构断路器和机构接触器计算
　　30.3.5 辅助回路计算
　　30.3.6 两个特殊变化
　　31 某抓斗式散货装卸桥的设计实例
　　31.1 已知参数
　　31.1.1 起升机构
　　31.1.2 小车机构
　　31.1.3 大车机构
　　31.1.4 其他
　　31.2 变频器功率计算
　　31.2.1 起升机构变频器计算
　　31.2.2 小车机构变频器计算
　　31.2.3 大车机构变频器计算
　　31.3 工艺流程和能耗状态分析
　　31.3.1 工艺流程图
　　31.3.2 电气状态分析（能耗，满载顺风）
　　31.4 制动方案
　　31.4.1 全能耗制动方案
　　31.4.2 回馈制动方案
　　31.4.3 AFE方案
　　31.4.4 成本效益分析
　　31.5 配电保护部分的选型
　　31.5.1 全能耗方案
　　31.5.2 全回馈或AFE方案
　　32 某铸造起重机设计实例
　　32.1 已知参数
　　32.1.1 主起升机构
　　32.1.2 副起升机构
　　32.1.3 大车机构
　　32.1.4 主小车机构
　　32.1.5 副小车机构
　　32.1.6 其他
　　32.2 实际功耗计算
　　32.2.1 主起升机构
　　32.2.2 副起升机构
　　32.2.3 大车机构
　　32.2.4 主小车机构
　　32.2.5 副小车机构
　　32.3 驱动系统设计
　　32.3.1 常规设计方案
　　32.3.2 另一种设计方案
　　32.3.3 两种系统方案的比较
　　32.4 减速器构造对电气设计的影响
　　32.4.1 主起升的减速器构造
　　32.4.2 行星齿轮减速箱的电控方案
　　33 某600t浮式桅杆起重机的设计实例
　　33.1 已知参数
　　33.1.1 起升机构
　　33.1.2 副起升机构
　　33.1.3 变幅机构
　　33.1.4 移船机构
　　33.1.5 其他
　　33.2 计算结果
　　33.2.1 主起升机构
　　33.2.2 副起升机构
　　33.2.3 变幅机构
　　33.2.4 移船机构
　　33.2.5 选型与设计
　　33.3 谐波处理方案分析
　　33.3.1 AFE方案
　　33.3.2 12脉波整流方案
　　33.3.3 其他方案
　　33.4 其他特殊设计点
　　33.4.1 柴油发电机组
　　33.4.2 接地
　　33.4.3 发电机保护
　　附录
　　附录A 施耐德电气D、F系列接触器的寿命曲线
　　附录B 施耐德电气常用类型2组合表
　　附录C 施耐德电气常用断路器选择性配合表
　　附录D 施耐德电气常用断路器级联配合表
　　参考文献
　　 

　　《起重电控设计参考手册》第1篇从起重机分类开始，简单介绍了与电控相关的起重机机械基础知识；第2篇对起重机常用元器件及其在行业应用中的选型特点进行了分析；第3篇和第4篇重点介绍了变频器和可编程序控制器在起重行业的应用；第5篇对国内起重电控相对薄弱的安全、接地、抗干扰、成柜等问题提出了一些建议；第6篇系统介绍了桥门式起重机电控系统的设计计算方法；第7篇举例介绍了几个典型的起重电控设计案例。
　　本书重点介绍了采用变频调速的桥式和门式起重机电控设计方法，对臂架型起重机有所涉及，但未对其旋转和俯仰变幅机构作详细论述。其他调速方式，如直流调速、调压调速、涡流调速等，不在本书讨论范围。