刘攀 徐亮
中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司 湖北 武汉 430014
摘要：龙门吊即门式起重机，其是桥式起重机的一种优化变形。龙门吊广泛应用于室外装卸作业中，具备场地利用率高、适用性强、作业范围广等特点。本文分析龙门吊控制电路的优化，通过控制电路优化设计，降低控制系统故障率，提高控制稳定性，以保证龙门吊设备运行安全。
关键词：门式起重机；控制电路；电路设计
引言：工业生产领域的飞速发展对龙门吊提出更大的使用需求，随着使用频率的增加，龙门吊吊运过程突发安全事故的案例也屡次出现，造成严重的经济损失和社会影响。以往安全事故中，因控制电路控制不当而引发的事故占比不低，因控制电路本身存在设计缺陷给龙门吊运行埋下安全隐化。为提高龙门吊使用安全，使其更加适应现代工业生产活动需求，需要对其控制电路做优化设计。
1龙门吊及其控制电路简介
龙门吊即门式起重机，其主体分为行走机构、吊臂变幅机构、吊塔旋转机构和吊钩升降机。其中，前三个机构动力源相同，由一台交流异步电动机控制，调节多点电机的正反转，完成龙门吊各项动作。吊钩升降机的动力源则为三绕组三速交流异步电动机，运行过程中，电动机需使用三种不同的速度完成正反转，以实现龙门吊吊钩速度分档，顺利完成起升作业。相较于前三个机构电动机的控制电路，吊钩升降机控制电路中添加了三个交流接触器，以分别控制三档速度升降。
2龙门吊控制电路优化设计
2.1优化需求分析
龙门吊常规运行过程中，频繁发生起重机启动制动切换及正反转，对控制电路的性能和稳定性要求非常高。传统控制电路多采用安装大量继电器的控制柜，因控制系统结构复杂，给后期维修调试带来不小困难。PLC技术的发展给龙门吊控制电路优化带来新的方式，引入PLC系统，可减少控制电路对继电器的需求，带来更为清晰、简洁的电路系统，进一步提高控制电路响应灵敏度，并优化维修调试条件。因此，本文对龙门吊控制电路优化的研究主要针对PLC技术在控制电路中的融入开展。
2.2优化方案设计
2.2.1输入输出设计
龙门架行走机构、吊臂变幅机构及吊塔旋转机构电机正反转由转换开关控制，该转换开关包括两个常开触点，分别控制电机的正转和反转，另外三个机构分别配备电机正反转控制的电动按钮，共涉及12个输入点数。吊钩升降机构的电动机正反转分三档速度进行，因此需安装凸轮控制器。该控制器包括6个常开触点，分别对应三档速度下的正转和反转，加上电动按钮共计8个输入点数[1]。除以上输入点，龙门架还存在总启动/停止按钮、报警解除按钮、紧急按钮等，均需相应的输入点数。
在输出点数上，每个机构电动机控制电机正反转及电磁制动器，因此需要3个接触器，共计12个输出点。吊钩升降机构电机安装控制电机转速的3个接触器，存在3个输出点。另包括声光报警设备及行走警铃的3个输出点。
控制电路设计中，一般在实际需求输入输出点的基础上预留10%的灵活空间，在电路优化中，需结合输入输出点数量，确定PLC型号。
2.2.2系统选型
选用型号为6ES7214-1BD23-OXB8的PLC变频调速系统，该系统能够为龙门架电动机提供稳定的变频电源，并对电动机运行做无级调频，以提高控制电路调速稳定性。龙门架运行环境非常复杂，因此对控制系统的适应性和稳定性要求较高，引入PLC变频调速系统，可对控制电路做精确调控，确保控制电路运行质量，同时能降低运行耗能。
2.2.3程序编写
PLC程序编写主要方法包括梯形图、指令和状态转移图。
其中，梯形图完成图形向语言的转化，其编程界面与传统继电保护展开图相类似，目前在PLC程序编写中应用频繁。当使用该方式编写PLC控制程序时，需注意以下问题：第一，PLC程序中软线圈与左母线不可直接相连；第二，要求严格依照有关技术标准进行程序编写；第三，梯形图程序编写应从左母线开始，并将软线圈与右边母线连接；第四，严格区分继电器充电与传递继电器在应用时的差异。PLC控制程序编写中的指令即PLC控制功能的符号化表示，指令表与汇编语言类似，利用手持编程器将系统指令录入到PLC中，该程序编写方法的优点为操作简便、成本低廉。状态转移图结构相对简单，一般用于PLC程序描述，发挥启动设备保护功能。
2.2.4安装调试
基于PLC的龙门架控制电路设计完毕后，需开展安装调试工作，以将控制电路调整至最佳运行状态。首先，梯形图调试。PLC程序设计过程即开展梯形图检查检验工作，但由于设计过程不确定性因素较多，控制电路正式安装前，需进行系统性的安装调试。在现场对控制系统做启停实验，查看运行过程是否存在问题，发现问题后及时停机进行调整和校验。其次，系数参数调整。系统控制参数设定情况决定了控制电路以什么样的状态运行，在正式运行前进行参数调整，以找到控制电路达到最佳运行状态的参数方案，确保控制电路运行稳定。再次，手动调试。手动调试针对龙门架控制电路中的具体设备、机组进行，对设备和机组做启停试验。最后，报警系统调试。利用龙门架控制电路进行报警情景模拟，以观察报警系统能否准确预知控制电路运行异常并及时做出报警提示。
2.3优化设计案例
2.3.1案例背景
某工业生产单位现有龙门架设备已使用较长时间，设备陈旧，由于生产任务重、使用频率高，龙门吊常发生电气故障，如二极管烧损、直流接触器接触不良等。总结以往龙门吊故障发生情况，发现龙门架抓斗为故障高发点，因此决定对该处控制电路做优化设计，引入PLC系统取代原本的直流接触器。
2.3.2具体方案
选用西门子公司生产的S7-200型号PLC，该PLC系统功能全面，且运行过程稳定，具备24个输入点和14个输出点，可基本满足该单位龙门吊控制电路对输入输出点的需求。将原本控制电路中的6个时间继电器更换为PLC系统，利用PLC输出点对1JSC～6JSC的接触器进行控制。
按照PLC系统的特点，电源接通后即进入运行程度，因此可利用抓头主接触器进行PLC的启停控制。在PLC程序编写中，结合各输出节点的需求，设置一定延时，以满足电源动作需求。另外为确保PLC运行的安全性，测量接触器线圈实际工作电流，在此基础上预留足够的保护空间，最终将额定电路设计为2A，并在输出回路中添加2A的保险管，避免该回路中接点受损[2]。
因现场条件限制，该单位需将PLC系统安装在龙门吊电气控制箱上，其运行环境非常恶劣，且存在较严重的电磁干扰。为确保PLC系统可靠运行，单位与PLC生产厂家沟通，在出厂前提高PLC自身的抗干扰能力，同时设计如下抗干扰方案，对PLC做运行保护：一是优化供电电源，使用具备优良隔离性能的电源，削弱电网干扰；二是对电缆做屏蔽处理，使用铜带铠装进行电缆屏蔽，减少电磁干扰；三是添加保险，避免系统中产生大电流而导致PLC节点受损；四是对PLC程序编写方案进行优化，设置3种不同时限的断开延时定时器，采用梯形图方式进行程序编写。
2.3.3优化效果
龙门架抓斗控制电路优化后，电路结构更为简单，给电路运维带来极大便利。该控制电路在投入使用后的2年内，改造后的龙门吊控制电路故障降为零，整体故障率明显降低，同时也有效削弱了龙门吊电气故障频发给正常生产活动造成的影响，优化方案切实可行且效果显著。
结论：控制电路作为龙门吊体系中的重要单元，其性能、稳定性也需随着龙门吊设备的优化而不断发展。引入PLC等先进的控制方式，以解决传统控制电路易发生电气故障、运行状态不稳的不足，进而保证龙门架设备安全、顺畅运行，帮助提高工业生产经济效益。
参考文献：
[1]何春锋.龙门吊基础设计与施工[J].科技风,2019(35):114.
[2]胡旭程.远程控制技术在电缆卷盘龙门吊上的应用[J].港口科技,2019(08):40-44.