利用PLC的塔式起重机控制系统的设计

利用利用 PLCPLC 的塔式起重机控制系统的设计的塔式起重机控制系统的设计 摘摘 要要 本文针对传统的由继电器接触器控制的塔式起重控制系统可靠性差 操作复杂 故障率高 电能浪费大 效率低等缺点提出将可编程序控制器和变 频器应用于其控制系统 在塔式起重机提升机构加上一套由旋转编码器 PG 数 模转换构成变频器闭环系统 结果表明 该系统使用方便 具有良好的动态调整 性能 极大提高了系统的稳定性 可靠性 关键词 关键词 可编程序控制器 塔式起重机 稳定性 1 1 传统的塔式起重机的控制现状传统的塔式起重机的控制现状 塔式起重机是我们建筑机械的关键设备 在建筑施工中起着重要作用 我们只用了五十年时间走完了国外发达国家上百年塔机发展的路程 如今已达 到发达国家水平并跻身于当代国际市场 随着高层建筑发展 对施工机械提出了 新的要求 于是 160TM 附着式 45TM 内爬式 120TM 自升式等都由我国自己设 计并制造 八十年代 国家建设突飞猛进 建筑用最大的 250TM 塔机也应运而生 进 入九十年代 现代化进程不断加快 国内外市场对塔机要求越来越高 众多城 市大型建筑 水利 电力 桥梁等不断增加 市场的要求加快了新产品开发的 力度 先后有 400TM 900TM 水平臂和 300TM 动臂式塔机 1 2 90 年代开发 生产的塔机产品技术性能均显著提高 起升机构采用三速电机驱动 涡流制动 电动换挡减速箱 变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动 或采用变频调速 有多种速度 工作平稳生产效率高 安全装置齐全 动作灵敏可靠 装有防止误 操作和野蛮操作装置 可杜绝安全事故 2 随着功率电子技术的发展 早在六十年代后期 国外就开始致力于晶 闸管定子调压调速技术的开发研究 目前 该技术己进入了成熟稳定的发展应用 阶段 可编程序控制器 PLC 引入到交流电气传动系统后 3 4 使传动系统性能 发生了质的变化 在塔式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断 检测显示等 达到了新的技术高度 由变频器构成的交流调速系统可取代直流调速系统 是随着计算机技 术特别是大规模集成电路制造技术的不断发展的必然结果 符合起重机的发展 趋势 适合发展大起重重量的起重机 2 2 塔式起重机塔式起重机 PLCPLC 控制系统原理控制系统原理 本系统将塔式起重机控制系统由继电器控制改为 PLC 控制 四大机构 调速均采用变频调速 塔式起重机控制系统的系统总框图如图 1 所示 5 8 9 塔式起重机的起升 变幅 回转 运行电动机都需要独立运行 整个 系统由 6 台电动机和 4 台变频器传动 使用一台 PLC 加以控制 2 图 1 系统总框图 运行机构的起动时间应尽量符合实际需要 起动迅速而平稳 机构的电 气制动方式必须着重考虑 对不同的工况 可选择自由制动方式与强制制动方式 在 运行机构正常停止时 可选用自由停止方式 其停止时间可按实际生产中的运 行情况设定 以尽量满足司机操作塔式起重机的需要为主 为保证起升机构起动 时具有足够大的起动转矩 可以通过设定机械制动器的打开时间 变频器的最 低运行频率 运行电流之间的关系 以满足机构负载特性的要求 变频器内部参 数的设定能保证机构具有良好的调速精度及起制动性能 由于起升机构电机需 使用脉冲编码器作为速度反馈装置 通过测量脉冲编码器的脉冲数 利用二者之 差控制电机的速度 所以选择脉冲编码器及其安装时 应当考虑周全 6 7 10 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 电气控制系统原理图主要包括主电路和 PLC 外围接线图 1 主电路共有六台电机 同时带有风机冷却装置 2 PLC 外围接线电路的 I O 接线信号分别与表 1 中的 I O 名称相对应 表 1 S7 200 I O 分配表 3 4 4 系统软件设计系统软件设计 根据塔式起重机控制电路的工作原理 绘制软件流程图如图 2 所示 4 图 2 系统软件流程图 在本系统中 PLC 程序设计的主要任务是接受外部开关信号 按钮 联动控制台继电器 的输入 判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器 等器件 以完成相应的控制任务 系统部分梯形图如图 3 所示 5 图 3 梯形图 5 5 结论结论 本文设计的塔式起重机 PLC 控制系统在实验室调试以后 已成功应用 于长沙某大型起重机公司 系统经过六个月的连续运行 从未发生一次故障 与传统的塔式起重机控制系统相比较 具有以下优点 1 使用方便 2 具有良好的动态调整性能 3 极大提高了系统的稳定性 可靠性 4 每年可节约维修成本 1 万元左右 据使用该塔机的公司粗略统计 与之前相比 经济效益每年可提高 50 多万元 运行效率极大地得到了提高 经实践证明 本系统的设计是行之有效的 具有良好的应用价值 6 本文创新点 对传统的继电 接触器控制的塔式起重机进行改造 设计 了一套基于 PLC 的塔式起重机控制系统 已投入使用 实践证明 该系统使用方 便 具有良好的动态调整性能 极大提高了系统的稳定性 可靠性 参考文献 参考文献 1 中华机械网 塔式起重机的历史发展和存在问题 EB OL 2 刘佩衡 我国塔式起重机行业发展历程 北京 中国学术期刊 光 盘版 电子杂志社 2003 10 2004 1 3 张礼华 PLC 在塔式起重机电气控制上的应用 J 南京工业职业技 术学院学报 2004 4 3 4 6 4 赵闪 SIEMENS SIMATIC S7 300 PLC 在锅炉计算机监控系统中的 应用 J 微计算机信息 2003 19 8 24 25 5 张万忠 可编程控制器入门与应用实例 M 北京 中国电力出版社 2005 6 李泰炯 田中平 谢其盛 塔式起重机控制系统的改进 J 维普 资讯 2006 2 62 63 7 李秀忠 PLC 在门座式起重机控制电路中的应用 A 煤矿机械 2004 1 97 99 8 吴中俊 黄永红