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基于PLC控制的桥式起重机电气设计分析

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年2月作者：韩肖

[导读] 针对桥式起重机的作业需求及相关机构参数，提出以PLC技术对其控制系统设计，并对其硬件系统等进行设计分析。由PLC系统技术支持的桥式起重机，其系统安全性突出，且操作简便，可大大提高桥式起重机的控制性能，提高起重机工作效率。

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摘要：针对桥式起重机的作业需求及相关机构参数，提出以PLC技术对其控制系统设计，并对其硬件系统等进行设计分析。由PLC系统技术支持的桥式起重机，其系统安全性突出，且操作简便，可大大提高桥式起重机的控制性能，提高起重机工作效率。
关键词：PLC控制；桥式起重机；设计分析
        引言
        桥式起重机传统电气控制系统接线复杂，运行中经常出现故障，控制效果较弱，且维护维修困难。
        一、基于PLC控制的桥式起重机电气控制系统理论设计
        桥式起重机由电动机驱动车沿轨道纵向前后运动，小车由电动机驱动，沿桥架轨道控制设备左右运动，起升机构由起重电机驱动垂直运动，实现重物多角度、多方面运动。PLC为编程逻辑控制器，将可编程数字储存设备、电子集成技术、逻辑控制技术结合起来，灵活控制设备运作。PLC技术可以实现系统计数、定时、步进、数据处理、通信联网等多功能操作。
        （一）变频器设计
        桥式起重机设计选择ACS880控制器，其变频器优势突出：
        （1）软件性能好，控制程序对变量负载的速度、转矩、电气制动控制效果突出。
        （2）安全性能突出，保护功能齐全，过流、过载、过压都有报警和保护功能。
        （3）具有限流功能，系统启动对电网影响小，不会影响电网其他设备稳定运行。
        （4）具有零速转矩功能，吊钩从运行到降为零速，系统先产生一定转矩，指导电磁制动器抱住电动机轴，避免溜钩。
        （二）PLC程序设计
        按照输入、输出信号数量、参数及性能需求，PLC选择SIMENS S7-1200系列，以块式编辑，突出优势主要有两个。
        （1）该程序有6个30kHz计数器，可以实现“高速转换”，两路独立的20kHz高速脉冲输出，支持二进制码转换为起升高度，也可以细微调整起升高度参数，确保起重机稳定运行。
        （2）程序含两个RS-485通信编程口，变频器开关量控制功能突出，变频器起停、速度等开关量可实现个性化控制。设计PLC程序有PPI、MPI通信协议桥式起重机小车及起升变频器起停、速度给定的控制质量较强。
        （三）备用应急系统
        一般桥式起重机PLC及变频器控制都有备用系统，正常运行为总线通信模式，支持起重机正常运作。而另一套则为开关量控制方式，用于处理应急问题和突发问题。若遇到总线紧急情况，PLC及时切换应计系统，以开关量控制系统，并将紧急情况反馈给操作热源，显示故障信号。此外，两种操作系统其操作速度相同，在操作方面分析，两系统切换无异样操作，仍可保证系统运行稳定。
        （四）自动纠偏及电气同步设计
        以双钩式桥式起重机为例，设备启动后，系统自动进行纠偏查验，确保双钩作业位置保持同步。若偏斜量超出系统设置极限，纠偏系统进行自动纠偏处理。PLC系统不是动态纠偏，其利用系统中的两个阈值，一个可启动双钩自动纠偏，一个可结束自动纠偏。电气同步则是在交流传动过程中，以具有均衡电机的电轴系统支持其同步。
        （五）系统安全设计
        （1）超载保护：若重量达到可承受总重95%，则系统报警；重量超出总重105%，则系统输出停止信号，控制起升机下降。
        （2）限位保护：对主副起升限位，起升机构左右、上下限位，若达到限位值，则自动切断该方向电源。
        （3）急停保护：设置有急停开关，紧急时期可按下，立刻切断总电源。

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        热继电器保护：通过电机的电流超出额定电流，会导致电机过热，严重时会导致电机瘫痪。所以设置有热继电器保护，若电机温度过高，则继电器运行，断开主回路，保护电机。
        二、基于PLC控制的桥式起重机电气设计实践
        （一）设计方案
        完整的PLC控制桥式起重机电气系统有6个模块，分别由主升起机构、副升起机构、大小车运行模块、PLC控制机构构成。系统通过联动台控制器，输出信号给继电器、指示器、报警器、显示屏。
        （二）控制系统安全保护
        控制系统的安全保护包含安全门开关、超载保护、断相保护、限位保护、急停开关、零位保护等。
        （三）输入输出信号合计
        按照桥式起重机使用安全及控制档位要求，需以下信号：主副钩起升、下降、2、3、4挡，小车大车前后左右4个方向变换及2、3、4挡；而对应的起升限位、大小车等，也是需要输入输出的重要信号之一。经确定后，发现共有48个反馈信号，且和之前对应的为31个信号，较为重要的信号为照明、急停、复位等。
        （四）PLC内部逻辑运算
        在采用PLC进行扫描执行的过程中，PLC先对系统的输出量进行采集，之后按照规定的程序进行执行，执行之后对输出量进行控制，最终控制程序按照要求内定运行。如图2所示，扫描从第一指令开始，无间断地按照程序运行，之后再从头扫描。
       （五）硬件选型
        选型上选择I/O信号，控制好输入输出的各个信号，控制好信号的性质、参数等内容，保证输出的信号是想要的信号。通过SIMATIC S7-1200支持，其核心的CPU可输出24或16的数字量，对其扩展之后可以达到248路字量，整体性能突出。采取此字节执行系统操作，对应数据储存空间，含6个独立运行的30kHz计数器，两个独立20kHz脉冲输出。PLC还有两个RS-485通信编程口，具有多种协议功能，可实现数据传送、比较、四则运算。系统中CMP指令可对数据比对分析，MOV指令对数据传输，SEGL指令检查指令是否有故障参数，若有则显示给数码管。SRMR指令可产生闪烁控制信号，以此输出声光报警信号。系统的CPU、扩展模块其高深度各不相同，而不同的模块则采取扁平通信线方式连接。将各个模块以上述方式拼接在一起，形成统一长方体，可很好地应用到机电一体化系统。
        三、控制效果分析
        应用PLC系统对桥式起重机控制，发现其控制效果突出。采用PLC系统，其可实现桥式起重机平滑调速且效率较高，与原串阻调试方式相比，采用PLC系统控制桥式起重机运作，起重机起动较为平稳，且可以准确定位。系统通过控制页面、手柄等相互协调，控制信号输出，可调整电机的实际转速，整体操作较为方便，共有4挡位可调整，调速的范围较宽，且可针对工程生产要求选择合适的运行速度，控制大小车启动、制动、加速、减速等操作。除此之外，采用PLC系统控制桥式起重机，其节能效果突出，节能率比传统电阻调速控制高节省35%电力且控制回路较为简单，通过PLC可实现系统软启、软停，系统对桥式起重机齿轮、电机等都无冲击，不易发生故障。后期对PLC系统维护，维护工作较为简单，仅需专业人员对PLC系统分析测试即可，维护费用大大降低，电机启动及停止的冲击电流问题也得到有效解决，加之PLC系统可对电机落实保护功能，使得桥式起重机的行车安全性、效率大大提高，进而提高桥式起重机使用寿命。
        结束语
        综上所述，桥式起重机在工业生产、起重运输中应用广泛，起重机是机械生产、自动化生产重要设备，在一些工矿企业、钢铁化工、港口运输等行业具有广阔的发展前景。但是伴随桥式起重机在现代生产中推广应用，其对起重机提出更严格要求。PLC技术作为港口岸桥设备维护维修工作中可靠的控制技术，以PLC实现桥式起重机控制可以确保岸桥维护质量满足使用需求。
参考文献
[1]PLC在门座式起重机控制电路中的应用[J].窦永.中国新技术新产品.2019(23)
[2]解析变频器和PLC在大型起重机控制中的应用[J].肖钬鑫.中国设备工程.2020(09)
[3]解析变频器和PLC在大型起重机控制中的应用[J].林海文.中国设备工程.2020(10)