小型起吊機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與PLC控制

沈蘭蘭

摘 要 針對(duì)起吊機(jī)物體下墜傷人事故時(shí)有發(fā)生的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠的起吊機(jī)控制系統(tǒng)。起吊機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)確定總體設(shè)計(jì)方案，選擇合理的材料，逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路硬件的連接。最后編寫(xiě)梯形圖通過(guò)PLC驅(qū)動(dòng)外部繼電器控制直流減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。通過(guò)同步帶的傳動(dòng)使起吊物體前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起吊機(jī)將物體送往目標(biāo)地點(diǎn)或升高到某一高度等功能，且在起吊機(jī)運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)或高度后能夠自行制動(dòng)，同時(shí)利用離合器能實(shí)現(xiàn)快速下降，避免發(fā)生沖擊。該設(shè)計(jì)控制方便、高性能、成本低廉，適用于當(dāng)今社會(huì)。

關(guān)鍵詞 起吊機(jī) PLC 控制 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、現(xiàn)狀分析

起吊機(jī)[1]在現(xiàn)實(shí)生活中是人們?cè)谶\(yùn)輸、修建樓房等方面都需要使用到搬運(yùn)工具。在以前，國(guó)內(nèi)的大部分起吊機(jī)的控制都是直接控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、接線容易、但電路硬件組合起來(lái)體積大，起吊時(shí)不夠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)安全事故。如果在起吊過(guò)程中出現(xiàn)斷電等突發(fā)情況，會(huì)造成物體直接下落，對(duì)電機(jī)會(huì)造成一定的損壞。現(xiàn)在起吊機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展相當(dāng)可觀，在大型復(fù)雜的吊裝作業(yè)中為了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模塊組合的方式，用較少規(guī)格的零件和各種模塊組成多品種、多規(guī)格和多用途的系列產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需要，起吊設(shè)備逐漸走向智能化。所以，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)電路和選擇電路硬件，并且運(yùn)用PLC根據(jù)需求編程，對(duì)起吊機(jī)進(jìn)行邏輯控制，可以減短起吊機(jī)的研發(fā)時(shí)間，而且提高了起吊機(jī)的可靠性。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

起吊機(jī)的控制系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC、232通信協(xié)議，只需要用指定的電纜將PLC與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)便可將運(yùn)用梯形圖編程、對(duì)程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控。本次設(shè)計(jì)分別由結(jié)構(gòu)部分、硬件部分、軟件部分組成。起吊機(jī)系統(tǒng)整體三維圖如圖1所示。

（一）V型軌道輪的模型設(shè)計(jì)

V型軌道輪的結(jié)構(gòu)組裝是將亞克力板，按照設(shè)計(jì)尺寸切割至一定的數(shù)量，最后采用氯仿將亞克力板粘合成。在組裝V型軌道輪時(shí)應(yīng)注意一定要在通風(fēng)處進(jìn)行。V型軌道輪組裝完成后應(yīng)該放在通風(fēng)處等待氯仿完全揮發(fā)后，在進(jìn)行整體組裝，組裝時(shí)注意角度尺寸等問(wèn)題。V型軌道輪的模型設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

（二）軌道輪的移動(dòng)設(shè)計(jì)

V型軌道輪的移動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用國(guó)產(chǎn)MGN7C型滑塊和長(zhǎng)度為200mm的滑軌，導(dǎo)軌與加工后的鋁方進(jìn)行連接，滑塊與加工后的亞克力板連接。最后由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑塊向前、向后移動(dòng)，從而達(dá)到運(yùn)送貨物的目的。為了讓滑塊在前進(jìn)或者后退時(shí)有個(gè)限度，不在到達(dá)最高限度時(shí)損傷結(jié)構(gòu)和電機(jī)，應(yīng)裝上相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)限制電機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)圖如圖3所示。

（三）起吊臂傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

起吊機(jī)在運(yùn)行時(shí)噪音不應(yīng)過(guò)大，移動(dòng)速度不應(yīng)過(guò)快，考慮到以上因素，選擇工作電壓為DC24V型號(hào)為XD37GB520的轉(zhuǎn)速為30r/min的直流減速電機(jī)作為開(kāi)起吊臂V型軌道輪前后移動(dòng)的主要?jiǎng)恿ΑＦ鸬醣蹅鲃?dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）主控電路設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要采用電氣按鈕結(jié)合觸摸屏控制輸入，控制電磁繼電器輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，三菱PLCFX2N-64MT系列為64個(gè)接口，基本單元帶32點(diǎn)輸入32點(diǎn)繼電器輸出，可滿(mǎn)足模擬控制、數(shù)字控制、定位控制等基本元件的連接和不同的自動(dòng)控制需求。本次硬件設(shè)計(jì)首先根據(jù)控制要求合理的設(shè)計(jì)了I/O原理圖，方便后續(xù)的設(shè)計(jì)工作，共占用7點(diǎn)輸入、9點(diǎn)輸出。

（二）直流電機(jī)設(shè)計(jì)

由于起吊機(jī)升、降和起吊臂的V型軌道輪的移動(dòng)都需要通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而PLC直接輸出控制一個(gè)電機(jī)比較麻煩，且電機(jī)啟動(dòng)電流較大，單個(gè)觸點(diǎn)輸出電流不能超過(guò)2A，不宜直接通過(guò)觸點(diǎn)控制電機(jī)，故采用通過(guò)PLC控制電磁繼電器來(lái)間接控制電機(jī)的方法。當(dāng)KM1線圈得電時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)KM1吸合，電機(jī)加正向電壓開(kāi)始正轉(zhuǎn)。當(dāng)KM2線圈得電時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)KM2吸合，電機(jī)加反向電壓開(kāi)始反轉(zhuǎn)。在編程和接線時(shí)應(yīng)注意，KM1和KM2線圈不能出現(xiàn)同時(shí)得電的情況，否則會(huì)出現(xiàn)電源短路現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要將兩個(gè)電磁繼電器進(jìn)行互鎖。本次設(shè)計(jì)總體控制兩個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)離合器，所以使用一共使用5個(gè)電磁繼電器，根據(jù)正反轉(zhuǎn)原理圖的設(shè)計(jì)采用了八腳的電磁繼電器，共有兩路常開(kāi)觸點(diǎn)，兩路常閉觸點(diǎn)，可以完全滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

因起吊機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的可能性比較多，適合運(yùn)用順序控制的方式編程，所以將控制系統(tǒng)分部分編程，方便后續(xù)的調(diào)試與查找問(wèn)題。主要分為初始化部分、上電自動(dòng)復(fù)位部分、手動(dòng)操作部分、自動(dòng)運(yùn)行部分、自動(dòng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定部分。起吊機(jī)程序控制流程圖如圖5所示。

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)于起吊機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、軟件的多次修改，終于在三菱FX2N系列PLC的基礎(chǔ)上，成功設(shè)計(jì)出了運(yùn)行穩(wěn)定，性能可靠的起吊機(jī)控制系統(tǒng)模型。雖然起吊機(jī)體積小，但是它可以完成起吊機(jī)的運(yùn)行的基本動(dòng)作，模擬了實(shí)際起吊機(jī)的運(yùn)行。