門式起重機的智能控制系統分析

雷勇利

摘要：在傳統的起重機電控制系統中，通常通過渦流制動器進行調速、改變電機的極對數進行調速、轉子回路串接電阻調速這3種不同的方式實現速度的切換。盡管其可以取得一定的經濟效益，但是在實際的運作過程中不僅可靠性以及安全性無法得到有效保障，而且運行控制操作效率十分低下。

關鍵詞：門式起重機；智能控制系統；優化設計

中圖分類號TH2 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0224-02

通常情況下，由于傳統的門式起重機在運作過程中浪費了大量的電能資源，與此同時，經常出現運行故障，再加上操作過程的運行效益極低。因此，針對這一不良狀況，本文希望重點通過對門式起重機的智能控制系統進行優化設計，從而克服傳統門式起重機的弱點，實現對其智能化操作與控制，不斷提高其運行效率。

1.門式起重機的智能控制系統總體優化設計方案分析

文章在對門式起重機的智能控制系統設計優化方案進行研究時，主要將50t的門式起重機作為重點研究對象，該門吊的實際跨度為36m，起升機構的起升鉤速大約在1.2m/min～12m/min之間，其中3.6m/min～38m/min為小車的實際運行速度，10m/min～58m/min為大車的實際運行速度。如表1相關參數為該門式起重機各個不同結構的驅動電機數量以及型號和相關的參數。

因此，本文在優化設計過程中，主要結合門式起重機的起升機構以及大車結構的相關控制系統展開分析設計。在優化設計時，主要采用的變頻自動化控制系統設備為西門子生產的S7-300系列設備，通過將這一智能化控制設備設計于該門式起重機的控制柜部位，從而建立主站，并將其作為起重機的自動化控制中心。

與此同時，設計方案在優化設計過程中，著重將鉤載傳感器和速度編碼器以及其他低壓控制元件引入了速度編碼器中，由此這些相關的運行組件共同構成了該門式起重機的智能化控制系統。除此之外，將現場總線Profibus搭建在系統的從站以及主站之間，然后現場總線Profibus的通信距離擴展主要利用中繼器來操作，具體設計方案架構圖如圖1所示。

2.門式起重機智能控制系統的硬件配置分析

2.1門式起重機智能控制系統變頻器的設備選型

在系統內部結構中，通過增設一種PID自動化調節控制裝置，使其充分發揮良好的PWM柔性控制作用，有效降低了系統設備在運行過程中的噪音。為了保證系統相關設備能夠進行良好的數據信息通信，主要采用CANopen通信總線運行網絡協議以及Modbus通信總線運行網絡協議，從而確保現場工業總線能夠進行科學搭建。除此之外，該總體優化設計方案還支持PROFIBUS1）P以及EtherNet/IP通信總線運行網絡協議。

2.2門式起重機智能控制系統的模塊選型設計分析

在對智能化控制系統進行模塊化選型過程中，依然采用西門子生產的具體型號為S7-300系列的PLC自動化控制裝置設備，并將CPU315-2DP作為該系統主站的CPU運行模塊，然后結合該系統的實際運行模擬量以及系統運行時實際需要的數字量輸入輸出點數。在此優化設計過程中，主要考慮到D0/D0點數具有10%以上的冗余數據量，因此增設相應的數字量輸入輸出模塊SM323以及計數模塊FM350、模擬量輸出/輸入模塊SM332/SM331。此外，系統的從站模塊SIMATICET200M（IMl53-1）以及PS307 2A電源和數字量輸入模塊SM321DI 16XCC24V 16、從站以及主站、人機交互界面共同構成了系統從站的單元硬件模塊，從而展開良好的數據通信傳輸。

2.3門式起重機智能控制系統的轉速傳感器設計分析

本設計方案主要采用光電編碼器對電機實際轉速進行科學測量，點光源發出的光在透視鏡的折射之下變為平行光束，然后這些平行光束會通過碼盤以及光柵照射于光敏接收裝置中。電動機運行過程中，電機會與與其同軸的碼盤一同展開穩定運行，當碼盤在轉動過程中，光信號對光敏接收器的照射必然會受到電機以及同軸碼盤轉動的遮擋。通常情況下，碼盤中的孔洞大小相同以及具有標準的間距，所以光信號會按照一定的運行周期在光敏接收裝置中進行照射。

因此，在本設計優化方案中，光電編碼器返回的脈沖信號采集模塊，主要選用FM350-1這一運行單元來實現，通過頻率法對系統相關的物理運動量進行科學計算分析，從而最終得出電機的具體運行參數值。在采用頻率法進行計算分析時，主要通過在特定運行監測時間間隔內，采用光電編碼器返回的脈沖電信號方波數量將電機的實際轉速有效還原，具體的運行計算公式如下所示：

w=（2π×1/T1×C1）/e

其中，在上式中，電機的實際轉速采用w（rad/s）進行表示，在特定的采集周期內的脈沖束采用c1表示，在特定采集周期內的脈沖束采集實際周期采用T1進行表示。而本次優化設計方案制定過程中，通過將計數周期設置為0.1s，因此光電編碼設備每轉動一圈產生的脈沖數采用e進行科學表示；而本設計方案在仿真模擬實驗過程中，所采用的光電編碼裝置每轉動一圈總共產生約1024個脈沖。因此，通過具體的運行計算公式w=（2π×1/T1×C1）/e可以計算得到龍門式起重機智能控制系統的轉速傳感器實際的運行速度值為w二（6.133×10×C1）tad/s-1。

3.結論

綜上所述，文章通過對門式起重機的智能控制系統進行科學分析，在對傳統運行設備研究的基礎上，提出了一種現代化的門式起重機智能控制系統優化設計方案，從而大大提升了系統相關運行設備的安全性與穩定性，同時提高了龍門式起重機的操作控制效率。