倪孝庆
浙江省特种设备科学研究院 浙江省 杭州市 310016
摘要：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。
关键词：PLC控制；桥式起重机；电气设计；分析
1桥式起重机的组成部分
桥式起重机被用于多种场合，包括仓库、加工车间、作业场所等，在结构件承载梁上安装桥式起重机的运行轨道，利用轨道起到大车运行并运输材料的目的。桥式起重机一般来讲由4个部分构成，分别为大车运行结构、小车运行机构、升降机构以及电气系统。大车结构负责横向运输工作，由4个车轮负责驱动大车结构的运行。小车运行结构是指可以让所运输的物品能够在桥架的上方进行横向运输。升降结构负责货物的升降。升降机构的驱动装置较多，发电机、极限开关装置、制动器装置、减速器装置、齿轮装置、吊钩和卷筒等。电气系统是负责桥式起重机正常运行的重要系统，系统组成复杂，如控制系统、安全保护装置、以及电力系统等，能够让机器稳定的开展工作。
2PLC桥式起重机电气控制系统理论设计
2.1变频器设计
桥式起重机设计选择AC800M控制器，而其变频器优势突出：（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。
2.2PLC程序设计
按照输入、输出信号数量、参数及性能需求，PLC选择ABB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。
2.3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。
2.4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。
3基于PLC控制的桥式起重机电气设计实践
3.1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（图1）。
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图1系统示意
3.2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，上文已做详细叙述，在此不作赘述。
3.3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。
3.4PLC内部逻辑运算及梯形图绘制
3.4.1PLC扫描执行原理
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。
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图2PLC扫描原理
3.4.2梯形图绘制分析
梯形图主要由安全保护、功能选择、控制设备、故障输出4个关键部分构成，在具体设计中，需确保设备可安全运行，以此实现各个位置的逻辑互锁，保障设备运行安全且稳定。在确保安全且准确基础上，让梯形图更加简单，便于完善。
3.5硬件选型及设计
3.5.1PLC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。PLC还通过SIMENSS7200CN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（ChipMultiProcessors，单芯片多处理器）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。
4结语
综上所述，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。
参考文献
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