基于PLC技術(shù)的起重機(jī)防溜鉤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡忠華 孫欽友 上海鐵路局徐州機(jī)務(wù)段

起重機(jī)在工作過程中，無論是橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)還是其它形式的起重機(jī)，都存在溜鉤的危險(xiǎn)。當(dāng)溜鉤現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，通常的處理方法是：起重機(jī)司機(jī)按下緊急停止按鈕，強(qiáng)迫起重機(jī)斷電，制動(dòng)器制動(dòng)、阻止吊裝物下溜。若司機(jī)處理不當(dāng)或制動(dòng)器失靈，就可能造成嚴(yán)重的后果。起重機(jī)防溜鉤系統(tǒng)就是為消除起重機(jī)工作過程中的溜鉤隱患而研制的。

1 系統(tǒng)組成與作用

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

圖1防溜鉤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

⑴ 測速裝置。測量電機(jī)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(tǒng)的核心，作用是接收并分析測速裝置發(fā)來的電機(jī)方向、速度信號和主令控制器的上升、下降信號，判定溜鉤現(xiàn)象發(fā)生后向電制動(dòng)控制裝置發(fā)出工作指令。

⑶電制動(dòng)控制裝置。電制動(dòng)裝控制置是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電制動(dòng)力矩而制動(dòng)。

2 技術(shù)原理

PLC控制器根據(jù)主令控制器的控制信號和電機(jī)運(yùn)行方向及速度自動(dòng)分析、判斷溜鉤現(xiàn)象是否發(fā)生，一旦判定發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，控制器輸出信號到電制動(dòng)控制裝置；電制動(dòng)控制裝置切斷原供電系統(tǒng)電源，使起重機(jī)制動(dòng)器失電而抱閘制動(dòng)，同時(shí)給起重機(jī)電機(jī)定子通直流電，電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電制動(dòng)力矩而制動(dòng)。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 測速裝置設(shè)計(jì)

測速裝置是系統(tǒng)的原始信號來源，它對控制裝置的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)速度起決定作用。測速方法有直流電機(jī)法、光電穿孔法、旋轉(zhuǎn)編碼器等多種?？紤]起重機(jī)的工作環(huán)境條件，測速裝置選用抗震動(dòng)性能好、安裝簡單的旋轉(zhuǎn)編碼器測速方法。

旋轉(zhuǎn)編碼器通過一個(gè)固定組件固定在起升電機(jī)尾部防塵端蓋上，電機(jī)的防塵端蓋中心打一個(gè)Φ20mm孔，電機(jī)軸與旋轉(zhuǎn)編碼器之間用彈性聯(lián)軸器連接，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生其速度和方向脈沖送給控制器，既能測量電機(jī)的運(yùn)行速度，又能測量電機(jī)的運(yùn)行方向。

3.2 控制器設(shè)計(jì)

控制器是對起重機(jī)狀態(tài)的分析和輸出執(zhí)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(jī)工作在正常狀態(tài)不輸出保護(hù)執(zhí)行信號；起重機(jī)發(fā)生溜鉤現(xiàn)象輸出保護(hù)指令。考慮起重機(jī)工作環(huán)境、電流沖擊、諧波干擾等因素，系統(tǒng)采用PLC控制器作為控制核心（圖2為控制器結(jié)構(gòu)示意圖）。

圖2 控制器硬件結(jié)構(gòu)示意圖

⑴檢測信號。將電機(jī)轉(zhuǎn)速按400倍率的兩個(gè)相互成900的脈沖信號送給PLC控制器。上升、下降兩個(gè)主令控制器信號同時(shí)送給PLC控制器。

⑵PLC控制器選型?？紤]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(jī)的噸位大小，統(tǒng)一控制器型號。

⑶參數(shù)設(shè)定。電機(jī)的額定速度、起重機(jī)的噸位等參數(shù)通過文本編輯器輸入。

⑷執(zhí)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(diǎn)信號。該信號并接在原起重機(jī)控制柜中的緊急停止按鈕的端子上，一旦控制器輸出保護(hù)，相當(dāng)于該緊急停止按下。

3.3 電制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

在不改變起重機(jī)結(jié)構(gòu)、電路的前提下，并接一套控制裝置，做到即使制動(dòng)器失效也能有效制動(dòng)。該裝置將380V三相交流電經(jīng)半波整流變成直流電，在接收到PLC控制器保護(hù)指令后切斷起重電機(jī)電源，同時(shí)給起重電機(jī)定子通直流電，電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電制動(dòng)力矩制動(dòng)。

4 PLC控制程序設(shè)計(jì)

在PLC設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器以每秒的脈沖數(shù)代替主鉤運(yùn)行速度，計(jì)數(shù)器每秒清零一次。起重機(jī)主鉤動(dòng)作順序設(shè)計(jì)如下：

⑴上升段。起重機(jī)主鉤在空中吊起重負(fù)荷時(shí)，主鉤和電氣制動(dòng)配合基本同步，但仍應(yīng)考慮重力和機(jī)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(fā)生慢速下降的現(xiàn)象。如果此時(shí)某個(gè)電器故障出現(xiàn)，溜鉤現(xiàn)象就會發(fā)生。我們只要給定允許下溜速度和時(shí)間，一旦超過該設(shè)定速度，認(rèn)為溜鉤現(xiàn)象產(chǎn)生，立即動(dòng)作保護(hù)。

⑵下降段。在重負(fù)荷下降時(shí)，電阻調(diào)速特性比較軟，司機(jī)必須采用"點(diǎn)動(dòng)"制動(dòng)的方法來控制，這時(shí)候司機(jī)只能靠經(jīng)驗(yàn)和感覺來控制重負(fù)荷的下降速度。只要設(shè)定重負(fù)荷下降時(shí)的允許最大速度，一旦下降速度超過設(shè)定速度，視為溜鉤現(xiàn)象產(chǎn)生，立即保護(hù)。

5 結(jié)束語

防溜鉤系統(tǒng)研制成功后，安裝在一臺32t起重機(jī)主鉤起升機(jī)構(gòu)上，取得了預(yù)期的效果：該起重機(jī)自從安裝防溜鉤裝置以來，再也沒有發(fā)生溜鉤現(xiàn)象，不僅作業(yè)人員和設(shè)備的安全得到了保障，而且起重機(jī)司機(jī)在作業(yè)過程中更加精力專注，提高了作業(yè)效率。

該系統(tǒng)與起重機(jī)原控制電路采用并接方式，不改變起重機(jī)原電氣結(jié)構(gòu)，不影響原起重性能，可廣泛應(yīng)用于橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、塔式起重機(jī)、裝卸橋等起升機(jī)構(gòu)中，具有良好的推廣應(yīng)用前景。