Bulletin1745SLC100可编程序控制器在桥式起重机上的应用

1  引言

鞍钢股份原燃料加工储运中心钢材加工中心钢加区域现有桥式起重机40余台，龙门式起重机20余台。其大车、卷扬、抓斗系统电动机均采用三相交流绕线式异步电动机，相应的电动机由电气控制盘进行控制，由于大车、提升、抓斗机构需要反复倒向，因此控制电动机的各个电气控制盘中的继电器、接触器频繁动作，造成继电器、接触器经常损坏，既增加生产厂设备检修、维护成本，同时也大大增加了电气作业人员的劳动强度，同时由于继电接触系统的可靠性不高，导致被控电动机三相电源单相、二次线路开口或二次笼型启动等，电动机的烧损量很大。据初步统计，生产厂每年的电动机烧损量可达150余台，给生产厂的增收节支工作增加了很多的困难。基于这方面的考虑，为了降低电动机的烧损量，减少电气控制盘故障，进一步提高电气控制盘的安全性、可靠性，采用 PLC 可编程序控制器对电气控制盘的各接触器进行无触点控制。

桥式起重机应用 PLC 可编程序控制器进行控制的系统有：继电接触器系统、信号显示系统、故障显示系统，PLC 的应用，使得电气控制盘内的布线极为简单，既节省了空间，又节省了材料，尤其是可编程序控制器具有的抗干扰能力强、结构简单耐用、能在恶劣的环境下工作的特点，使得PLC 可编程序控制器在桥式起重机上的运用具有广阔的前景。

2  PLC可编程序控制器的硬件系统 

Bulletin  1745  SLC 100 可编程序控制器是以微处理器为基础的可编程序控制器。它是一种技术先进的控制系统，具有内在的灵活性、简单性。

继电器控制逻辑包括，根据输入设备的状态而接通或断开输出设备的继电器、计时器等，以及根据这个逻辑设计成的电路。

输入设备：输入设备包括手动操作设备（按钮）和自动操作设备（限位开关）。这些输入设备由机械或过程处理所决定。

输出设备：输出设备包括控制和操作机械或加工过程的电动机起动器、电磁线圈等。

表1  继电接触系统输入、输出点数量

从表 1 中可以看出，要实现对 PQS1  、PQY1 电气控制盘进行 PLC 可编程序控制器控制，所控制的输入点数大于 23 个点，输出点数大于 24 个点，因此在设计 PLC 可编程序控制器的硬件单元时，可采用如下控制方案：

图1  PLC 可编程序控制器硬件单元配置图

处理器单元：内部装有处理器，I/O 接口电路，以及存储器集合而成的固体电路。该存储器将处理和控制编程信息。在控制软件的管理下使输出设备为响应输入设备的开/关状态接通或断开。

扩展单元：继电器输出扩展单元与基本扩展单元具有相同的结构特点及尺寸，唯一不同点是后者的十个输入电路变成了六个附加的继电器（硬接点）。

处理器单元扩展单元地址分配：#1 基本，#2 基本，#3 继电器输出，这种配置提供 30 个输入和 30 个输出，完全可以满足桥式起重机的电气控制要求。

3  PLC可编程序控制器的软件设计

按照卷扬控制盘（PQS1系列）、大车控制盘（PQY1）、抓斗控制盘（PQZ1 系列）的电气控制要求，分为零位保护、运行阶段。

零位保护，其作用就是防止控制器手轮不在零位而主电路被接通电源的作用，控制器的零位触点，就是起这种保护作用的，只有控制器手轮处在零位时，才能使电路接通。

运行阶段，包括上升方向和下降方向，分别包括3 个档位，对于上升方向，随着挡位的逐渐增加，转子回路中所串接的电阻器被加速接触器依次切除，电动机的运转速度不断提高，直至达到额定转速为止。下降方向也基本相似，在下降第三档，电动机处于再生发电制动状态。

PQS1 系列控制屏具有一级单相制动、一级反接制动和一级发电反馈制动下降的主令控制电路。是一种新系列的控制屏。

它的特点：一是容量大、体积小、工作可靠、结构紧凑和操作省力而方便；二是控制线路性能比较完善，不会由于对负载重量估计不足而产生负载快速下滑或轻载上升现象，同时还具有轻载低速下降的性能，但控制线路有些复杂。

图2  PQS1 系列卷扬控制盘梯形图

3.1   复位（零位保护）

当卷扬控制器打到“0”位时，卷扬电气控制盘梯形图中的 001 断开，零压继电器线圈 011 处于“断”状态，梯形图中的1~8 阶梯都处于“假”状态，从而确保卷扬控制器位于零位时，其他装置都处于断电状态，防止卷扬控制器不在零位时由于设备突然来电而造成的设备自行启动现象的发生。

3.2   启动阶段运行

如卷扬控制器达到正向第一档的位置，从梯形图中可以看出，由于004 变为“真”，所以阶梯2 为“真”的通路，正转接触器线圈 012 接通，卷扬电动机开始正向旋转，阶梯4 中的检查断指令 012 变为“假”，保持型断计时器 901 的AC值开始递增，当达到 3s 时，阶梯 5 中计时器的检查断指令变为“真”，反接接触器线圈 014 接通，切除电动机二次转子回路中的第一段电阻。线圈014 接通后，阶梯 6 中的检查通指令014变为“真”，当卷扬主令控制器打到上升第二个位置时，检查通指令007 变为“真”，阶梯 6 为“真”的通路，加速接触器 1JSC的线圈 015 接通，切除电动机二次转子回路中的第二段电阻。当卷扬主令控制器打到上升第三个位置时，检查通指令008 变为“真”，线圈015 接通后，阶梯 7 中的检查断指令 015 变为“假”，保持型断计时器 902 的AC值开始递增，当达到 2s 时，阶梯 8 中计时器的检查断指令变为“真”，阶梯8为“真”的通路，反接接触器线圈016 接通，切除电动机二次转子回路中的第三段电阻。由于线圈016 的接通，阶梯 9 中的检查断指令 016 变为“假”，保持型断计时器 903 的AC值开始递增，当达到 2s 时，阶梯10 中计时器的检查断指令变为“真”，反接接触器线圈 111 接通，切除电动机二次转子回路中的最后段电阻，电动机在自然机械特性上运行。电动机反转的过程与正传相似，这里不再重述。

4  信号显示

在桥式起重机司机操纵室，安装一块信号显示控制盘，各输出环节的工作状态通过显示盘上的信号灯的状态，就可以在线实时监测各接触器的工作情况，以便于操作人员及时掌控设备的运行状态。同时，操纵人员可根据信号灯的工作状态，利于设备简单故障的判断、处理等，也可为设备检修维护人员处理桥式起重机电气故障提供可靠的依据。

5  结束语

采用 PLC 可编程序控制器，可大大减少设备检修维护人员的劳动强度，提高生产厂设备开动率，使设备电气部分运行的安全性、可靠性大大增强，不但降低了电气备品备件消耗，为生产厂大幅降低检修维护成本，而且也不断提高了桥式起重机的本质化安全、技术水平。

参  考  文  献

[1]   朱世义. , 桥式通用起重机使用与维护[M]. 黑龙江科学技术出版社, 1983.  

[2]   宣练中,王燕生.可编程序控制器及其应用[M]. 北京:机械工业出版社, 1993.