基于PLC的抓斗起重机智能化控制
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[摘 要]本文在概述传统抓斗起重机控制系统缺陷的基础上，提出了将PLC应用其中实现起重机智能化控制的理念。根据抓斗起重机的工作状况，本文完成了PLC控制器的选型，对起重机各个机构实现变频调速的原理进行分析，并对抓斗起重机的抓斗开闭功能的智能化控制和故障显示功能进行了说明。
[关键词]PLC；抓斗起重机；智能化；效率
中图分类号：TP197 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0201-01
0引言
随着机械化程度不断推广，在各大型重工行业中起重机的身影已经必不可少。抓斗起重机作为众多类型起重机中的一种也被广泛应用于工矿企业、码头以及港口等，其主要功能是实现重物、散料等的短距离水平移动[1]。实际生产中的抓斗起重机一般有桥架、大车运行机构、小车运行机构以及起升开闭机构等机构组成，且其各项动作均由电气回路控制而完成的。在如今讲究高生产效率的时代，传统有简单电气回路所控制的抓斗起重机已经不能够满足当今生产效率的要求，进而有智能化起重机的概念产生。
所谓起重机的智能化指的是实现起重机的智能化控制。鉴于可编程控制器（PLC）在工业控制中的优势，PLC在实现起重机智能化控制领域具有广阔的前景[2]。基于PLC控制的智能化起重机能够有效提升起重机的工作效率，降低起重机在工作中发生故障的概率，进而降低维修成本费用，大大提高了设备的利用率。本文着重研究以PLC为控制核心的智能化抓斗起重机的设计，具体阐述如下：
1可编程控制器（PLC）概述
抓斗起重机智能化控制实现的关键是在于PLC组件。基于PLC控制器实现抓斗起重机中各个机构的智能控制，其中以各个机构变频调速、抓斗自动开闭斗功能以及起升钢丝绳等功能的实现为主[3]。为保证上述功能的实现，选择合适型号的PLC是关键。
1.1 PLC控制器的特点研究
PLC控制器具有如下特点：（1）具有较高的可靠性。PLC控制器中的各个模块均做屏蔽处理，进而防止外部电路的干扰；PLC控制器的内部电路与现场的外电路是相互隔离的；PLC控制器具有自我诊断功能。（2）PLC控制器中各个模块组合灵活。在实际生产中，PLC控制器可以根据现场工作的需要，调用不同功能的模块，并组合起来。（3）PLC控制的功能强大。PLC控制器内部的各个模块具有基本的算术运算功、通信功能、PID调节控制功能以及数据处理功能等。（4）除上述功能外，PLC控制器还具有编程语言简单、环境适应能力强以及安装方便、维修成本低等特点。
1.2 PLC控制器的选型
PLC控制器选型所遵循的原则是在保证系统基本功能的基礎上，还需兼顾PLC控制器的可靠性、性价比及维修性等参数[4]。此外，对于现场工作条件较好的场所，常选用整体式PLC；反之，对于其他场所常选用模块化PLC控制器。基于对抓斗起重机的控制策略的研究及其主要以开关量的控制为主，故所选用的PLC控制器的型号为西门子公司的S7-300的PLC控制器。
根据抓斗起重机的控制策略及其所需实现的控制功能，所选PLC控制器的输入、输出点的设置如表1所示：
2抓斗起重机智能控制系统的设计
基于上述理论研究，抓斗起重机智能控制系统的关键部件为PLC控制器。除了PLC控制器外，组成抓斗起重机智能化控制系统还包括有：变频器（实现抓斗起重机关键结构的变频调速）、制动器、限位开关以及抓斗起重机智能控制系统控制台上各种控制开关和控制器及相关的组态软件等。抓斗起重机智能控制系统部分如图1所示：
基于上述智能控制系统只需操作者根据需求对控制台上的手柄及按钮等开关量进行操作，从而控制抓斗起重机各个机构的动作，进而完成生产的需求。其中，PLC在智能控制系统的作用在于对控制台发送的信号进行处理，并将信号传送至变频器及抓斗起重机的各个机构中，进而实现了抓斗起重机的智能化控制。
2.1抓斗起重机各机构实现变频调速的原理
抓斗起重机各个机构实现变频调速的原理：采用相应型号的变频器，并根据实际控制的需求控制驱动电机，进而作用到相应执行机构中。除此之外，系统还需依据相关标准规范，完成不同机构变频调速的接线图。
其中，起升、开闭机构所采用的变频器的型号为VS-616G5变频器，且其采用闭环控制方式。
为了保证大车机构在运行中不出现大梁扭曲的现象，需确保大车机构控制系统中两个电机的同时动作，包括同时启动、制动等。大车机构变频调速所选用的变频器的型号为IN-D变频器，且采用U/f控制模式。
小车机构变频调速的原理与大车机构类似，且其控制模式为U/f控制模式。不同的是小车机构的不需要采用制动电阻。
图1 抓斗起重机智能控制系统组成图
2.2抓斗起重机智能控制功能的实现
（1）抓斗开闭斗功能的实现
传统抓斗起重机抓斗开、闭斗功能的实现往往是依据司机的经验而完成的，往往会造成设备电机过载，从而提高了设备的故障率，是机器的机械性能受到不同程度的影响。
为了实现对抓斗的开斗、闭斗等功能的智能化控制，系统依据绝对值编码器对实现上述功能的钢丝绳的位置进行准确的定位，并在游动坐标法的基础上实现了抓斗开斗、闭斗功能的自动化控制。
（2）系统故障显示功能的实现
抓斗起重机一般在环境相对恶劣的环境中工作，因此在正常工作中往往会出现或多或少的故障。当起重机出现问题后，工作人员需要经过对机器的逐点排查才能够查出问题之所在，大大降低了工作效率[5]。故，本文基于PLC设计了起重机故障显示的功能。基于系统中限位开关的作用，当机器出现故障时限位开关会出现不到位的情况，经过PLC控制器的处理后，系统的相应指示灯会得电，从而指明发生故障的位置，便于维修人员的维修。
3总结
抓斗起重机作为搬运重物、材料以及煤炭等的关键机械设备。在实际工作中，往往由于其控制系统的缺陷导致起重机无法高效的完成生产中的任务。PLC作为工业中高效、性价比最高的控制器，其在抓斗起重机中的应用大大提升了起重机机控制系统的智能化程度，为提升抓斗起重机工作效率的提升具有十分重要的意义。
参考文献
[1]屈福政，孙铁兵，牛治刚，等.大型起重机的智能化电子控制系统[J].起重运输机械，2004（3）：25-27.
[2]秦长海.基于视觉定位的起重机智能化控制系统[J].建筑机械化，2009，30（5）：50-52.
[3]吴建华，刘焕江.起重机智能化信息管理系统现状与发展趋势[J].起重运输机械，2011（12）：8-10.
[4]本刊讯.新一代智能化起重机控制系统研制成功[J].轧钢，2014（1）：50-50.
[5]代云凯.桥门式起重机智能化设计现状及研究[J].工程技术：全文版，2017（2）：00232-00232.
作者简介
岳海豹（1987-）男，籍贯，山西省清徐县，全日制硕士研究生，研究方向：机械故障诊断，职称：工程师，单位：太原重工起重机分公司
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