塔式起重機控制系統基于PLC的改造設計

【摘要】本文針對傳統的由繼電器接觸器控制的塔式起重控制系統可靠性差、操作復雜、故障率高、電能浪費大、效率低等缺點提出將可編程序控制器和變頻器應用于其控制系統。例如在塔式起重機提升機構加上一套由旋轉編碼器、PG數模轉換構成變頻器閉環系統.結果表明：該系統使用方便，具有良好的動態調整性能，極大提高了系統的穩定性、可靠性。

【關鍵詞】可編程序控制器；塔式起重機；穩定性

1.傳統的塔式起重機的控制現狀

塔式起重機是我們建筑機械的重要設備，在建筑施工中起著重要作用。20世紀50年代初，我國塔機由仿制開始起步，我們只用了五十年時間走完了國外發達國家上百年塔機發展的路程，如今已達到發達國家水平并躋身于當代國際市場.隨著高層建筑發展，對施工機械提出了新的要求。于是，各種控制形式的都已能由我國自己設計并制造；八十年代，國家建設突飛猛進，建筑用最大的250TM塔機也應運而生。進入九十年代，現代化進程不斷加快，國內外市場對塔機要求越來越高，眾多城市大型建筑、水利、電力、橋梁等不斷增加，市場的要求加快了新產品開發的力度，先后有400TM、900TM水平臂和300TM動臂式塔機。

90年代開發生產的塔機產品技術性能均顯著提高，起升機構采用三速電機驅動、渦流制動、電動換擋減速箱，變幅回轉采用雙速電機液力聯軸節驅動，或采用變頻調速，有多種速度，工作平穩生產效率高。安全裝置齊全，動作靈敏可靠，裝有防止誤操作和野蠻操作裝置，可杜絕安全事故。

隨著功率電子技術的發展，早在六十年代后期，國外就開始致力于晶閘管定子調壓調速技術的開發研究.目前，該技術己進入了成熟穩定的發展應用階段。可編程序控制器PLC引入到交流電氣傳動系統后，使傳動系統性能發生了質的變化。在塔式起重機實現了提升過程的自動控制和故障診斷、檢測顯示等，達到了新的技術高度。

由變頻器構成的交流調速系統可取代直流調速系統，是隨著計算機技術特別是大規模集成電路制造技術的不斷發展的必然結果，符合起重機的發展趨勢，適合發展大起重重量的起重機。

2.塔式起重機PLC控制系統原理

本系統將塔式起重機控制系統由繼電器控制改為PLC控制，四大機構調速均采用變頻調速。塔式起重機控制系統的系統總框圖如圖1所示。

圖1 系統總框圖

塔式起重機的起升、變幅、回轉、運行電動機都需要獨立運行，整個系統由6臺電動機和4臺變頻器傳動，使用一臺PLC加以控制。

運行機構的起動時間應盡量符合實際需要，起動迅速而平穩；機構的電氣制動方式必須著重考慮。對不同的工況，可選擇自由制動方式與強制制動方式。在運行機構正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產中的運行情況設定，以盡量滿足司機操作塔式起重機的需要為主。為保證起升機構起動時具有足夠大的起動轉矩，可以通過設定機械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關系，以滿足機構負載特性的要求。變頻器內部參數的設定能保證機構具有良好的調速精度及起制動性能，由于起升機構電機需使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置。通過測量脈沖編碼器的脈沖數，利用二者之差控制電機的速度，所以選擇脈沖編碼器及其安裝時，應當考慮周全。

3.系統硬件設計

電氣控制系統原理圖主要包括主電路和PLC外圍接線圖。

（1）主電路共有6臺電機，4臺施耐德變頻器，同時帶有風機冷卻裝置。

（2）PLC外圍接線電路的I/O接線信號分別與I/O功能設定表中名稱相對應。

4.系統軟件設計

根據塔式起重機控制電路的工作原理，繪制軟件流程圖如圖2所示。

圖2 系統軟件流程圖

在本系統中，PLC程序設計的主要任務是接受外部開關信號（按鈕、聯動控制臺繼電器）的輸入，判斷當前的系統狀態以及輸出信號去控制接觸器等器件，以完成相應的控制任務。

5.結論

本文設計的塔式起重機PLC控制系統在實驗室調試以后，已成功應用于繼電器控制塔式起重機上，系統經過六個月的連續運行，從未發生一次故障，與傳統的塔式起重機控制系統相比較，具有以下優點：

（1）使用方便。

（2）具有良好的動態調整性能。

（3）極大提高了系統的穩定性、可靠性。

（4）每年可節約維修成本3萬元左右（據使用該塔機的公司粗略統計，與之前相比，經濟效益每年可提高50多萬元），運行效率極大地得到了提高。

經實踐證明：本系統的設計是行之有效的，具有良好的應用價值。

本文創新點：對傳統的繼電-接觸器控制的塔式起重機進行改造，設計了一套基于PLC的塔式起重機控制系統，已投入使用.實踐證明：該系統使用方便，具有良好的動態調整性能，極大提高了系統的穩定性、可靠性。

【參考文獻】

[1]中華機械網.塔式起重機的歷史發展和存在問題[EB/OL].

[2]劉佩衡.我國塔式起重機行業發展歷程.北京：中國學術期刊（光盤版）電子雜志社，2003（10）-2004（1）.