内容发布更新时间 : 2024/5/21 3:49:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

基于PLC的塔式起重机控制系统设计与研究

作者：黄浩

来源：《中国科技博览》2017年第35期

[摘 要]国家相关标准规定塔机应安装一定的安全装置，按照功能划分，主要有超载保护装置与行程限位器两种。在塔机作业中，由于某些驾驶员不按照塔机起重特性要求严格操作而野蛮作业，更为严重的是还拆掉了限制器，因此，因违规操作、超重等原因而导致的倒塔事发生非常多。所以应当对塔机的关键参数进行实时监测，可以增加新的安全监控装置从而实现更智能化、更精确的安全保证。本文则以PLC为安全系统的核心，从而实现对塔机的变幅位置、起升高度、起重量还有回转状态进行实时监控，在保留原有的安全装置作为二级保护的基础上，进一步提高塔机在工作运行中的安全可靠性。 [关键词]PLC；塔式起重机；控制系统

中图分类号：TP965 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0040-01 1 塔式起重机PLC控制系统简介

塔式起重机PLC控制系统是以PLC作为系统的核心控件，各种控制信号均由PLC按设计的程序运算后输出，然后驱动执行器件。主要特点是：PLC控制系统较简单，具有良好的动态调整性能；核心控件PLC的输入信号都是无源触点，控制方式更改方便，只需改变梯形图程序；系统安装容易。PLC控制系统能很好的替代原有的接触器、继电器控制系统，是先进的控制方式，能提高系统的稳定性和可靠性。 2 传统的塔式起重机的控制现状

在建筑机械中，塔式起重机占据着十分重要的位置，在建筑施工过程中极为关键，我国只费了五十年便完成了发达国家上百年的塔机发展的过程，现在已经与发达国家水平相当，并打入了国际市场。由于高层建筑的迅速发展，对施工机械要求也越来越高。所以，45TM内爬式、120TM自升式以及160TM附着式等都是我国自主设计制造；八十年代之后，国家建设事业迅猛发展，于是，最大建筑用的250TM塔机也随之产生。至九十年代，现代化进程更加迅速，国内外市场对塔机性能的要求逐渐提升，各大城市大型建筑、桥梁、电力、水利也迅速增加，市场需要使新产品的开发力度加大，先后出现300TM动臂式，400TM、900TM水平臂和塔机。90年代塔机产品开发生产技术明显得到提高，起升机构利用电动换挡减速箱、涡流制动、三速电机驱动，变幅回转使用变频调速或者采取双速电机液力联轴节驱动，其速度多种多样，其生产效率也得到很大提高。动作灵敏可靠，安全装置齐全，装有避免野蛮操作以及误操作装置，从而防止安全事故发生。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

由于功率电子技术发展，于二十世纪六十年代后期，国外已经大力发展晶闸管定子调压调速技术的研究与开发。现在，这种技术已经成熟，进入应用发展阶段。交流电气传动系统引入可编程序控制器PLC之后，从而使传动系统地性能得到显著的提高。塔式起重机抓斗自动控制和检测显示以及故障诊断等实现后，技术高度也迅速提高。直流调速系统逐渐被变频器构成的交流调速系统所取代，是随着计算机技术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然结果，符合起重机的发展趋势，适合发展大起重重量的起重机。 3 塔式起重机PLC控制系统原理

本文阐述的塔式起重机控制系统利用PLC控制替代继电器控制，而四大主要调速机构都使用变频调速。基于PLC控制的塔式起重机控制系统结构如图1所示。

塔式起重机的起升、回转、变幅以及运行电动机都应独立运行，整个系统使用一台PLC加以控制，利用4台变频器以及6台电动机进行传动。应根据实际需要，控制运行机构的起动时间，保证起动平稳而迅速；应格外对机构的电气制动方式加以考虑。针对不同的工地状态，能选择强制制动方式和自由制动方式。如果运行机构需要正常停止，可以选择自由停止方法，根据实际生产运行情况，可以选择停止时间，从能符合司机操作塔式起重机的实际需要。为满足起升机构启动需要，需提供符合要求的起动转矩。为满足机构负载特性的相关需要，应当设定运行电流与变频器相应的最低运行频率与机械制动器的打开时间的相应关系。因起升机构中的电机速度反馈装置要求使用脉冲编码器，因此对变频器内部参数进行相关设置，可以有效保障机构起制动性以及调速精度良好。并对脉冲编码器的脉冲数进行测量，并且利用二者之差以控制电机的运行速度，因此，在选择脉冲编码器以及进行具体安装时，应当进行全面的考虑。 4 塔机状态参数的监测方法

（1）起重量的监测：钢丝绳的张力变化的测量使用轴销电阻应变片式传感器，滑轮与轴承等构件的钢丝绳张力或者径向载荷的测量使用轴销式传感器，取代定滑轮1轴。因为销轴传感器既有定滑轮原有轴的替代功能，还可以在结构中安装测量径向力，从而发挥称重测力传感器的功能，这可以简化整个称重测力控制系统中的机械部件。通过定滑轮的作用，起升钢丝绳绕将在每个定滑轮上施加合力，本文以最上端的定滑轮1为例作受力分析。忽略钢丝绳卷绕定滑轮所产生的效率损失，钢丝绳在滑轮两侧张力相等，也就是F1=F2=F，测力传感器间接测量钢丝绳对滑轮作用合力为T，两条绳分力夹角相等，也就是α1=α2=α，而α1、α2都是固定值，也就是cosα常数。其具体的受力关系为： T=F1cosα1+F2cosα2=2Fcosα （1）

我们假设起升倍率为2，而所吊物体的质量为G，即： G=2F=T/cosα （2）

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

（2）变幅小车速度与相应位置的监测：对变幅小车的位置检测一般使用增量式光电编码器，通过其A、B项的先后顺序以判定编码器正转还是反转，从而可以有效反映变幅小车的前进与后退，也就是用编码器的角位移反映钢丝绳的线位移。变幅小车行程编码器可以获取相应的行程脉冲信号，单位时间的脉冲计数也就是变幅小车的行走速度。编码器计数复位的条件则是塔机原有的变幅内限位开关，从而有效将累计误差消除。 L=2πr·N/n（3）

该式中N是指PLC对光电编码器的计数脉冲；r指的是导向轮的半径；L指的是变幅钢丝绳的线位移；n则是光电编码器的设计精度，也就是每转脉冲数，通过上式可知L∝N。 （3）起升高度及速度的监测：该检测方法同变幅检测方法相似，主要不同是以塔机最大起升高度点作为吊钩下降的高度的参考零点，实际起升高度则是以地面作为参考零点，当塔机达到最大起升高度时，有： h2=h0-h1

（4）起升倍率达到2时，吊钩的下降高度h1与钢丝绳放绳量L之间的关系为： h1=L/2 （5）

回转角度及速度的监测：回转机构是回转电机带动小齿轮进行转动，继而小齿驱动大齿圈转动，大齿圈的转动速度决定回转速度。为保证测量的精确度，本文拟通过对小齿轮的转速的监测来实现回转角度及速度的测量。回转部分必须保证在非工作状态下可自由运转，即所谓的“随风转”状态，而此刻所有电器设备必须处于断电状态，暂停工作，即塔机的回转的角度不可能被监测到。在此状态下，使旋转可调电位器轴安装齿轮与小齿啮合，由系统内部供电，电位器将获得由PLC模拟量单元分得输入电压，再分析回转角度与输入电压的对应数值关系，最终得到塔机回转工作角度。 6 结束语

本文阐述的基于PLC的塔式起重机控制系统经过实验室调试之后，相对传统的塔式起重机控制系统，主要有如下几点：①使用操作简便；②动态调整性能非常好；③系统的稳定性、安全性得到极大提高；④运行效率得到显著提高，控制成本大大降低。实践证明：该系统设计运行性能良好，使用价值极好。 参考文献

[1] 王晓斌.关于PLC在煤场塔式起重机控制过程中的研究[J].电子世界，2012，04：58-60.