基于PLC技術的起重機防溜鉤系統的設計

胡忠華 孫欽友 上海鐵路局徐州機務段

起重機在工作過程中，無論是橋式起重機、龍門起重機還是其它形式的起重機，都存在溜鉤的危險。當溜鉤現象發生時，通常的處理方法是：起重機司機按下緊急停止按鈕，強迫起重機斷電，制動器制動、阻止吊裝物下溜。若司機處理不當或制動器失靈，就可能造成嚴重的后果。起重機防溜鉤系統就是為消除起重機工作過程中的溜鉤隱患而研制的。

1 系統組成與作用

"起重機防溜鉤系統"由測速裝置、PLC控制器、電制動控制裝置組成（如圖1）。

圖1防溜鉤系統結構示意圖

⑴ 測速裝置。測量電機的方向和速度，并將信號送給PLC控制器。

⑵ PLC控制器。PLC控制器是系統的核心，作用是接收并分析測速裝置發來的電機方向、速度信號和主令控制器的上升、下降信號，判定溜鉤現象發生后向電制動控制裝置發出工作指令。

⑶電制動控制裝置。電制動裝控制置是系統的執行機構，使電機轉子產生電制動力矩而制動。

2 技術原理

PLC控制器根據主令控制器的控制信號和電機運行方向及速度自動分析、判斷溜鉤現象是否發生，一旦判定發生溜鉤現象，控制器輸出信號到電制動控制裝置；電制動控制裝置切斷原供電系統電源，使起重機制動器失電而抱閘制動，同時給起重機電機定子通直流電，電機轉子產生電制動力矩而制動。

3 硬件設計

3.1 測速裝置設計

測速裝置是系統的原始信號來源，它對控制裝置的反應時間和反應速度起決定作用。測速方法有直流電機法、光電穿孔法、旋轉編碼器等多種。考慮起重機的工作環境條件，測速裝置選用抗震動性能好、安裝簡單的旋轉編碼器測速方法。

旋轉編碼器通過一個固定組件固定在起升電機尾部防塵端蓋上，電機的防塵端蓋中心打一個Φ20mm孔，電機軸與旋轉編碼器之間用彈性聯軸器連接，電機運轉時產生其速度和方向脈沖送給控制器，既能測量電機的運行速度，又能測量電機的運行方向。

3.2 控制器設計

控制器是對起重機狀態的分析和輸出執行信號的裝置，它將速度信號、方向信號、主令信號讀入并分析比較，起重機工作在正常狀態不輸出保護執行信號；起重機發生溜鉤現象輸出保護指令。考慮起重機工作環境、電流沖擊、諧波干擾等因素，系統采用PLC控制器作為控制核心（圖2為控制器結構示意圖）。

圖2 控制器硬件結構示意圖

⑴檢測信號。將電機轉速按400倍率的兩個相互成900的脈沖信號送給PLC控制器。上升、下降兩個主令控制器信號同時送給PLC控制器。

⑵PLC控制器選型。考慮到控制裝置的通用性，充分利用PLC控制器編程的靈活性，無論起重機的噸位大小，統一控制器型號。

⑶參數設定。電機的額定速度、起重機的噸位等參數通過文本編輯器輸入。

⑷執行指令。PLC控制器輸出繼電器信號，通過中間繼電器輸出觸點信號。該信號并接在原起重機控制柜中的緊急停止按鈕的端子上，一旦控制器輸出保護，相當于該緊急停止按下。

3.3 電制動裝置設計

在不改變起重機結構、電路的前提下，并接一套控制裝置，做到即使制動器失效也能有效制動。該裝置將380V三相交流電經半波整流變成直流電，在接收到PLC控制器保護指令后切斷起重電機電源，同時給起重電機定子通直流電，電機轉子產生電制動力矩制動。

4 PLC控制程序設計

在PLC設置一個計數器以每秒的脈沖數代替主鉤運行速度，計數器每秒清零一次。起重機主鉤動作順序設計如下：

⑴上升段。起重機主鉤在空中吊起重負荷時，主鉤和電氣制動配合基本同步，但仍應考慮重力和機械的原因，初始上升力矩不夠，主鉤會先下溜一小段距離然后再上升；也可能發生慢速下降的現象。如果此時某個電器故障出現，溜鉤現象就會發生。我們只要給定允許下溜速度和時間，一旦超過該設定速度，認為溜鉤現象產生，立即動作保護。

⑵下降段。在重負荷下降時，電阻調速特性比較軟，司機必須采用"點動"制動的方法來控制，這時候司機只能靠經驗和感覺來控制重負荷的下降速度。只要設定重負荷下降時的允許最大速度，一旦下降速度超過設定速度，視為溜鉤現象產生，立即保護。

5 結束語

防溜鉤系統研制成功后，安裝在一臺32t起重機主鉤起升機構上，取得了預期的效果：該起重機自從安裝防溜鉤裝置以來，再也沒有發生溜鉤現象，不僅作業人員和設備的安全得到了保障，而且起重機司機在作業過程中更加精力專注，提高了作業效率。

該系統與起重機原控制電路采用并接方式，不改變起重機原電氣結構，不影響原起重性能，可廣泛應用于橋式起重機、門式起重機、龍門起重機、塔式起重機、裝卸橋等起升機構中，具有良好的推廣應用前景。