PLC在龙门吊控制装置上的应用

丁国强1叶林灿2范建雄3王身贞4赵磊艇5

关键词：PLC；龙门吊；抓斗控制装置；应用

引言

PLC控制系统在工业控制中具有重要的作用，目前在我国工业生产领域已经得到了广泛的应用并且发挥了重要的作用。文章重点分析了PLC在龙门吊控制装置上的应用，希望可以提高龙门吊工作效率、大大降低故障率，大幅下降维修成本。

1PLC控制系统简介与发展状况概述

1.1PLC控制系统的定义和分类

目前对PLC控制系统的定义有着不同的解释。其中最为广泛的一种是PLC控制系统作为一种数字运作的电子系统，可以说是专门应用在微工业环境中的控制电子系统设计。该系统采用能够编制程序的存储器，结合逻辑运算和顺序控制的方法，运用定时技术和算数运算指令，通过输入输出的模拟数字来控制不同的机械和生产过程。

可以说PLC控制系统在工业方面的应用很广泛，是工业控制中最为常见的控制器，具有通用性强、方便性好、适应性广、可靠性高及较强的抗干扰性能等优点。通常从结构上将PLC控制系统分为固定式和组合式两种。固定式PLC控制系统主要包括CPU板、显示面板、内存块和电源等，这些不同的元素构成了PLC的整体部分；组合式PLC控制系统主要包括CPU模块、内存、电源模块、底板等，这些组合配置可以按照一定的规则组合起来。

1.2PLC控制系统的发展状况

PLC控制系统是现代化企业迈向成功必不可少的要素，是微电子行业依循的重要控制系统。通过该系统能够有效地进行系统控制，实现对生产经营各个部门的协调、指导，是实现设计目标、产品增值的重要技术保证。对PLC控制系统的分析研究有助于提高企业产品优势，促进企业技术成果转化，加强企业之间在不同领域的交流，为企业营造良好的工作氛围和企业文化，使企业在经营过程中不断突破自我，在竞争中处于有利地位。另外，PLC控制系统的应用能使整个系统更加合理和高效，在很大程度上缩短产品的生产和运行周期，助推电子行业的跨越发展。目前虽然国内相关的一些公司及研究机构在PLC控制系统方面开展了部分基础技术研究工作，但还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。我国数控方面的专家一直以来也没有停止过对PLC控制系统的研究，越来越完善的产品逐渐呈现出来，但总体来说，我国PLC控制系统方面的产品起步较晚，与国外相比，发展比较迟缓。

2项目概况

某企业运输工作主要通过2台5t龙门吊来完成。该企业决定对1#、2#龙门吊电控系统进行改造，决定采用龙门吊微机控制装置来完成该项改造。

当前企业其龙门吊电控系统电气控制存在几个缺点：（1）抓斗工作的协调主要靠司机的操作熟练程度，采用支持、开闭双手柄操作。由于支持、开闭机构间没有固定的联系，在抓斗工作时司机劳动强度大，容易疲劳，易产生误操作。（2）在抓斗沉抓满载后、起升的瞬间，支持、开闭电动机受力不均匀，开闭电动机单独受力，易过载，造成电机损坏及钢丝绳断裂。（3）抓斗上升、下降报警极限位置不易控制，传感接近开关易损坏。（4）为实现合适的抓斗工况，司机要经常点动操作或打反车，电器元件和电动机经常处于大电流工作状态，降低了元件的使用寿命。（5）龙门吊每天需进行上千次的装卸操作，由于绕线式电动机转子上串接的电阻切换十分频繁，在大电流下，非常容易烧坏接触器触头。同时因工作环境恶劣，转子回路串接的电阻经常烧坏、断裂。因而设备故障率高，维修量大。小车、大车的运转也存在同样问题。

针对上述电控设备存在的不足，采用SIEMENSS7-200PLC（可编程控制器）、日本安川变频调速器研制的龙门吊微机控制装置，运用先进的可编程控制技术和位置传感技术，以程序控制取代继电器—接触器控制，交流调速方式采用变频调速，进而实现抓斗的自动化控制。

3控制装置的结构

3.1控制系统组成

本装置的主控单元采用SIEMENSPLC，抓斗支持、开闭滚筒旋转位移量的检测由光电编码器及PLC的高速计数口（HSI）完成。将各种限位开关、功能转换开关、抓斗联动台、大车小车联动台直接接入PLC的数字量输入模块，安装在支持机构和开闭机构电动机上的光电编码器发出的脉冲送到PLC的2个高速计数口（HSI0、HSI1），通过PLC数字量输出口控制抓斗支持变频器、开闭变频器、大车变频器、小车变频器以及支持制动器，开闭制动器、大车制动器、小车制动器。系统方框图如图1所示。

图1系统方框图

3.2变频器选择

采用变频器驱动异步电动机调速，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器，通常令变频器的额定电流≥（1.05-1.10）电动机的额定电流或电动机实际运行中的最大电流。

I1NV≥（1.05~1.10）IN或（1.05~1.10）Imax

式中：

I1NV为变频器额定输出电流（A）；

IN为电动机的额定电流（A）；

Imax为电动机实际最大电流（A）。

变频器的容量是按上式计算得到的，但对于抓斗开闭和支持电动机，考虑到位能性负载，工作时总是重载起动、制动，而且要求尽可能地快速起动、制动。因此变频器的实际容量要比计算容量大2个功率等级，变频器使用日本安川变频器，确保运行中的安全性、可靠性。对于普通的负载，停止变频器运转、切断流向电机的电流，则由于负载的反抗转矩电机将减速，并很快停止，也叫自然减速或自由停车。但是，若想在更短的时间内让电机停止，就必须使电机产生与其转向相反的转矩。变频器产生制动转矩时，电机从负载接受机械能，将它变为电能送入变频器，导致直流回路电压升高，变频器必须处理这部分能量，否则由于直流回路的过压保护动作将使其运转停止。因此，需在变频器直流回路中设置控制单元和制动电阻，这也是变频器在位能负载应用与一般应用不同的地方。

图2

（1）抓斗开闭和支持电动机变频器型号：日本安川CIMR-G7A4055；

（2）制动组件型号：日本安川CDBR-40302个；

（3）制动电阻型号：SIEMENS6SE7023-2ES87-2DC020Ω/20kW；

（4）可编程控制器型号：SIEMENSCPU226+EM223；

（5）旋转编码器型号：OMRONE6C2-CWZ6C1000P/R。

3.3控制软件及操作方式

PLC按控制程序、输入控制信号及支持、开闭机构的位置脉冲值来完成龙门吊各种工况的协调，并决定抓斗的各种工作状态。系统软件设计采用PLC梯形图语言编程，用PLC控制工作可靠，扫描速度快，控制灵活。软件里的技术关键是位能负载抓斗支持、开闭电动机检测位移量的光电旋转编码器动态偏差的实时校正技术和抓斗沉抓、自动起升及钢丝绳受力状态自动调整等功能的实现。抓斗控制软件框图如图2所示。

抓斗操作方式为单手柄联动台操作，有手动、自动2种方式可供选择，手动方式在复位调整和检修时使用，支持、开闭电机只能单独慢档操作。自动方式在正常运行时使用，支持、开闭电动机在PLC控制系统协调下同时工作。

抓斗的复位调整是对抓斗的工作位置基准进行初始化的操作。当抓斗第一次使用、龙门吊停用时间较长或者滚筒非正常转动后，均需进行复位调整。运行中发生了抓斗工作失调的情况，也应进行复位调整。复位操作很简单，只须将抓斗提到基准位置，按一下复位按键就可以了。

结语

龙门吊电控装置采用PLC控制技术改造完成后，使用效果良好，操作简单，可靠性高，提高了生产管理水平，降低了劳动强度。龙门吊工作效率提高20%，年维护费用降低65%。

参考文献

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[2]刘彦伟，耿欣，黄新建.KSA23直流调速装置和PLC在龙门铣床电控系统中的应用[J].机床电器，2011，01：42-44.