姜明國

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264006

0 引言

隨著我國工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，龍門吊床在制造業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。利用PLC控制龍門吊的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可使其可控性和安全性大大提高。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由PLC按照設(shè)定的程序?qū)Σ杉降男盘?hào)進(jìn)行集中控制和處理，實(shí)現(xiàn)了操作管理、設(shè)備管理和安全管理的有機(jī)統(tǒng)一，優(yōu)化了控制方法，提高了工作效率。

0引言

1 PLC及控制系統(tǒng)的工作原理

1.1 PLC工作原理

PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。作為可編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算和算數(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

信號(hào)采集

圖 1PLC 組成

PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的周期掃描方式，其工作過程分為：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出處理3個(gè)階段。

1.2 控制系統(tǒng)的工作原理

龍門吊在吊裝貨物過程中經(jīng)常會(huì)遇到通過限面過小，為了保證龍門吊能夠順利通過貨架，使龍門吊行進(jìn)方向保持一致，我們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)了PLC控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

龍門吊車底部的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)軸處安裝一個(gè)角度傳感器，它采用智能磁敏感元件，將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。根據(jù)龍門吊通過限界計(jì)算最大轉(zhuǎn)向角度，從而當(dāng)測量輪子轉(zhuǎn)動(dòng)角度超過5°時(shí)，傳感器產(chǎn)生電壓信號(hào)并通過AD模塊輸入PLC控制器。再由過于狹窄發(fā)出程序指令，通過變頻器控制螺旋升降機(jī)，推動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。位移傳感器是用來反饋螺旋升降機(jī)的當(dāng)前位置，PLC可通過反饋回來的值控制螺旋升降機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定的位置，使輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。由于龍門吊左右有一對(duì)轉(zhuǎn)向輪，所以當(dāng)一邊轉(zhuǎn)向輪開始轉(zhuǎn)向時(shí)，為使吊車平穩(wěn)行駛，需要控制兩邊轉(zhuǎn)向輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 PLC控制系統(tǒng)工作原理

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 控制系統(tǒng)的分析

如果系統(tǒng)處于自動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，可通過角度傳感器檢測到輪子的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向操作。當(dāng)龍門吊遇到彎邊時(shí)，根據(jù)已經(jīng)測量得轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)角值（5°），通過PLC控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)向。龍門吊四組轉(zhuǎn)向輪有四個(gè)角度傳感器，當(dāng)龍門吊向左轉(zhuǎn)向時(shí)，角度傳感器測得左轉(zhuǎn)角度值，并產(chǎn)生電信號(hào)，輸入PLC控制器中。再由PLC發(fā)出指令，控制螺旋升降機(jī)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)向輪向左側(cè)轉(zhuǎn)向。當(dāng)轉(zhuǎn)向角度值小于5°系統(tǒng)主要檢測來自右側(cè)的角度傳感的信號(hào)，每次使兩側(cè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，以免轉(zhuǎn)角過大，撞到防撞墻。左側(cè)角度傳感器的檢測值也需要獲取，但只要距離沒有低于警戒值 ，即可不作出反應(yīng)。超過轉(zhuǎn)向角度值 5°時(shí) ，進(jìn)行回轉(zhuǎn)調(diào)整。

該系統(tǒng)采用PLC程序控制，程序的關(guān)鍵是要理清系統(tǒng)工作過程中實(shí)際需要的控制關(guān)系，以及控制器中的信號(hào)處理及程序指令。其系統(tǒng)功能模塊分為信號(hào)控制、PLC控制、角度控制和轉(zhuǎn)向控制。信號(hào)控制模塊產(chǎn)生轉(zhuǎn)向信號(hào)，輸入PLC控制器；PLC控制模塊是系統(tǒng)的核心，控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作過程，包括信號(hào)輸入、信號(hào)處理、程序執(zhí)行和輸出指令，位置控制主要反饋螺旋升降機(jī)的位置和角度；轉(zhuǎn)動(dòng)控制控制著轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向。如圖3所示。

圖 3自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)功能圖

2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程及實(shí)現(xiàn)

在基于PLC控制的系統(tǒng)中，首先控制信號(hào)模塊中發(fā)出轉(zhuǎn)向信號(hào)，輸入PLC控制器，并由已編好的程序進(jìn)行處理，再根據(jù)位置控制中的反饋信號(hào)發(fā)出程序指令控制螺旋升降機(jī)推動(dòng)底輪轉(zhuǎn)向。其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖中信號(hào)控制模塊中主要由角度傳感器測得轉(zhuǎn)角值，當(dāng)大于某個(gè)值時(shí)，由此產(chǎn)生電信號(hào)，可作為轉(zhuǎn)向信號(hào)，輸入PLC控制器。PLC是控制系統(tǒng)的核心，電壓輸入到PLC中利用AD模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)程序執(zhí)行指令。位置控制中存儲(chǔ)螺旋升降機(jī)的角度值及當(dāng)前所在的位置，并反饋到PLC控制器中，PLC根據(jù)轉(zhuǎn)向信號(hào)和反饋的位置發(fā)出控制命令，通過變頻器控制螺旋升降機(jī)，從而達(dá)到自動(dòng)轉(zhuǎn)向的目的。

3 結(jié)論

針對(duì)龍門吊的特殊要求，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了PLC控制的龍門吊自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化性能強(qiáng)，能夠快速靈活的控制龍門吊車底部轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與角度，從而大大提高了龍門吊的工作效率。龍門吊行走偏差在可控范圍之內(nèi)，操作方便，安全可靠性高，更避免了經(jīng)濟(jì)的損失，可推廣使用。

[1]龔春曙，劉立飛.淺析龍門吊機(jī)控制系統(tǒng)[J].廣船科技，2008.

[2]王兆明.電氣控制與PLC技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2006，7.