李加敖1 房海波2
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摘要：本文首先阐述了PLC的特点，论述了塔机工作原理，接着分析了控制方案的比较，最后对软、硬件设计进行了探讨。
关键词：PLC；塔机电控系统；应用
引言：
可编程控制器和变频器在塔式起重机控制中的应用是塔式起重机电气控制系统的统一趋势进展。PLC编程软件和变频器的功能允许更换大量的接触器、继电器等硬件等。电控系统如此简单，大大提高了机构运行的可靠性和安全性。同时，PLC编程软件实现了传统继电器接触控制系统无法实现的复杂数值控制，是系统故障排除、安全监控和远程数据传输的必要条件。
1 PLC的特点
PLC是一种由工业制造控制的特殊计算机，具有许多特性:
(1)可靠性高。除了严格的过滤和设备老化之外，PLC设计还将对硬件和软件应用屏蔽、过滤、隔离、故障排除和自动恢复等措施，以确保PLC在平均30-50，000小时的故障间隔内具有恢复能力。
(2)适应性好。PLC由软件控制。当控制要求改变时，只需改变程序即可。此外，PLC产品也已标准化、模块化及标准化，让能够灵活且适应性地控制各种大小与功能。
(3)坚固的接口使能够轻松无缝地连接到各种现场控制设备，从而创建实用、紧凑的设备。
(4)编程直观简单。在设计自动化系统时，大多数电气工程师和技术人员熟悉电气和控制图，因此不使用通用语言编译微型机构。而是针对初始控制过程和问题提出了梯形字符语言，并用状态过渡图(SFC)语言尽快提供许多没有微观组织知识的电气技术人员。当PLC更换传统的继电器触点控制时，这非常有用。
(5)模块化架构不仅体积精巧，更具备弹性、扩充能力、方便检修，让的系统更具成本效益。PLC在塔式起重机中的应用肯定会成为调节塔速以适应发展趋势的基础。
2 塔机工作原理
塔式起重机是一种垂直运输建筑机械。固定式塔式起重机一般有起升机构、回转机构、牵引机构、顶升机构四种工作机构，以及五种安全保护开关:起升高度限位开关、过重限位开关、过扭矩限位开关、回转限位开关、牵引限位开关。除顶升机构外的三个机构和五个安全保护开关关系到塔机的正常安全工作。因此，塔式起重机的电气控制主要是控制三个最大的设施和五个最重要的安全开关，直升机除外。
采用塔式起重机上的可编程控制器，将智能数字技术引入塔式起重机的交流调速系统。PLC用于控制主体的过程，监控主体和安全限位开关，并延迟主体在运行安全限位开关时的移动。监控设施的运行情况，记录挂钩在三维空间中的位置，并向塔的操作者报告。
目前，塔式起重机各执行机构(起升、回转、变幅)的控制和保护逻辑都集成在控制系统的PLC中。可编程控制器接收输入信号，包括驾驶员操作手柄、各种控制按钮、扭矩和负载限制器、各种限制信号等，并通过PLC的逻辑程序计算各机构的控制输出。其特征在于:
(1)驾驶员控制信号、开关按钮、负载限值、转矩开关、限位开关等。所有控制信号均通过继电器传送到可编程控制器的I/o端口；
(2)PLC的IO输出口由继电器输出，完成状态灯、声光报警等状态信号的输出；
(3)PLC编程完成后，根据输入信号(如驱动器控制、开机信号、边界信号等)显示各自机制的实施准则和实时状态。
(4)PLC实时控制相应变频器的输出、变频器的输出频率和塔机的旋转方向，并通过相应机构的执行策略和工业总线通讯读取变频器的实时状态，以完成各个机构的动作。
3 控制方案的比较
PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上，按照成熟有效的继电器控制理念和设计思路开发的。
它是一种以微处理器为核心，集自动化、计算机、通信技术和抗干扰技术于一体的新型工业自动控制装置。它具有可靠性、适应性、功能强大、直观的编程、模块化和多种控制功能。它是提高塔式起重机电气控制性能和产品质量的首选设备之一。
以下是单个控制方法与可编程控制方法的比较:
3.1PLC控制与传统继电器控制
传统的继电器控制是利用继电器线圈驱动继电器的常开触点和常闭触点，以便通过各种逻辑组合(包括或不包括)实现逻辑控制。存在以下问题:(1)体积庞大:由于继电器控制是由硬件执行的，因此它使用较多的继电器、触点和接线点进行平均逻辑控制；(2)故障率高:继电器、触头、电线、连接点多种多样，可能导致多种故障点，维修人员必须检查和维护这些潜在故障点，以减少故障；(3)修改逻辑的难点:要修改继电控制的逻辑，必须修改布线，增加或减少继电次数和接触次数。
针对这些缺陷，开发了可编程控制器作为继电控制的替代方案。PLC控制系统与继电器控制系统相比具有以下优点:(1)体积小:只有外部电路较少的PLC控制器才能取代大型继电器控制系统，许多连接点(硬件连接)将被PLC内部程序所取代；(2)故障率低:各制造商的PLC均按照严格的行业标准设计。经过严格的出厂前检查，他们的平均故障时间超过几万小时，由于减少了外部故障点，故障率大大降低；(3)修改逻辑方便:控制逻辑可以通过修改程序来修改，不像继电器控制系统，必须改变外部连接。
3.2PLC与计算机集散系统
可编程控制器和计算机分布式系统都可以应用于工业生产环境，但不同的是它们的目的不同于制造商。PLC旨在实现通用逻辑控制，而计算机分发系统旨在满足实时响应、复杂模型和计算密集型任务的高要求。其功能强于PLC，但编程和应用复杂，需要强大的技术力量，不能直接应用和修改工业设施，成本更高。PLC功能可以满足塔机控制的当前要求。
3.3PLC控制系统与单片机控制系统的区别
PLC控制系统和MCU控制系统的区别在于，PLC是一个通用系统，而MCU系统一般是为了一个特殊用途而开发的。单片机系统提供硬件兼容性、保密性和成本效益。但是，在开发、测试和测试、强大的技术实力、组件质量和电路板设计等方面也存在缺点。下一个重要点是可靠性低。PLC是一种成熟的产品，由专业人员通过严格的程序进行保护，具有可靠性、短暂性和无可比拟的PLC控制优势。从本质上讲，PLC仍然是单个的，但它是为工业制造而设计的，与具有较高抗干扰能力的普通单机系统相比，具有改进的接口功能和直观的编程；与工业计算机相比，它具有成本低、适应性好的特点。
塔式起重机中采用可编程控制器，可将智能数字技术引入塔式起重机交流速度系统。PLC用于控制主体的过程，监控主体和安全限位开关，并延迟主体在安全限位开关动作中的移动。监视机构的速度，记录把手在3D空间中的位置，并向塔的操作者报告该位置。
4 软、硬件设计
PLC控制系统软件设计采用先进的梯形图编程，尽量使程序结构清晰。PLC控制的主电路使用断路器和换档开关进行转速切换。控制电路是基于PLC的，将控制信息输入到PLC输入端，并将PLC输出信号发送到各个控制点。实现对塔式起重机各机构调速的过程控制；塔吊安全保护开关由软件和硬件锁定；监控塔机电控系统中的关键点，出现故障时报警。
结束语：
将可编程控制器引入塔式起重机电控系统，可以在不增加硬件投资的情况下，大范围增加系统的功能，大大提高了系统的技术含量，大大提高了性价比。可编程控制器系统为塔式起重机中使用变频器、数字和智能技术的应用提供了广阔的舞台。
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