張家龍

（連云港市拉夫丹重工科技有限公司，江蘇 連云港 222141）

近年來，基于PLC的控制核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在各種起重機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用，其中大多數(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)集中在起重機(jī)械基本功能的實(shí)現(xiàn)上。提梁機(jī)工作環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜，起升機(jī)構(gòu)所承擔(dān)的重量較大，在多吊鉤聯(lián)動(dòng)的時(shí)候無法與卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)同步性運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致荷載重心出現(xiàn)偏差，產(chǎn)生一系列事故。

1 起升機(jī)構(gòu)卷場(chǎng)機(jī)同步性運(yùn)動(dòng)原理

起升機(jī)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)同步性運(yùn)動(dòng)控制是一種交流電機(jī)動(dòng)的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制，也被稱為反饋控制，其是利用負(fù)反饋原理來降低系統(tǒng)誤差的一種機(jī)構(gòu)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制信號(hào)通過計(jì)算指揮，利用執(zhí)行部件到被控對(duì)象，再通過測(cè)量部件實(shí)現(xiàn)反饋，形成了閉環(huán)傳遞。偏差信號(hào)在作用于控制器時(shí)，系統(tǒng)的輸出量就會(huì)與既定的數(shù)值相符合，其運(yùn)動(dòng)原理如圖1所示。

圖1 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理示意圖

2 基于PLC控制的同步性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件

基于PLC的輪軌式提梁機(jī)起升機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)由PLC軟件、硬件、變頻器、增量式電編碼器、儀表開關(guān)等部分組成。系統(tǒng)中的PLC、變頻器以及電編碼器為控制核心，實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)運(yùn)行控制工作，若是運(yùn)行中出現(xiàn)超載、超速等不合理現(xiàn)象，其傳感器就會(huì)立即停止機(jī)器運(yùn)行。本系統(tǒng)的PLC為松下電工FP0型號(hào)，其具備高速掃描、高擴(kuò)展性特征；本系統(tǒng)的變頻器為西門子的MM440變頻器，其具備低速高轉(zhuǎn)矩輸出、強(qiáng)動(dòng)態(tài)特征以及過載功能。本系統(tǒng)的增量式光電編碼器為GSX型，電機(jī)運(yùn)行中所輸出的單路脈沖信號(hào)到PLC高速計(jì)數(shù)器通道能夠?qū)㈦姍C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接反饋出來。按照系統(tǒng)不同控制需求將PLC的輸出與輸入端口進(jìn)行定義以及分配，如表1、2所示。信號(hào)輸入共為59個(gè)點(diǎn)，輸出的共有55個(gè)點(diǎn)。

表1 系統(tǒng)輸入定義分配情況

表2 系統(tǒng)輸出定義分配情況

2.2 系統(tǒng)軟件

按照控制系統(tǒng)工作過程對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其功能模塊包括：（1）雙吊聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模塊，該模塊是利用對(duì)PLC雙吊聯(lián)動(dòng)子程序來調(diào)用兩卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)工作的，其主要是由單吊運(yùn)行程序以及同步控制程序構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的同步運(yùn)行。（2）4吊聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模塊，利用PLC4吊聯(lián)動(dòng)子程序促使四卷揚(yáng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)，由4個(gè)單吊運(yùn)行程序以及同步控制程序構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的同步控制。該控制系統(tǒng)的軟件使用的是模塊化的編程理念，控制系統(tǒng)在工作過程中，按照PLC程序內(nèi)容，變頻器所輸出的相關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與其同軸相連的光電編碼器輸出的連續(xù)脈沖到PLC高速計(jì)數(shù)器通道，數(shù)值會(huì)被保存在PLC的內(nèi)部寄存器中，而將其中的數(shù)值進(jìn)行比較得到的最大值就是運(yùn)行超前狀態(tài)的卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)。而在PLC程序中，其會(huì)將其他的3臺(tái)電機(jī)變頻器調(diào)節(jié)到高一級(jí)輸出電流頻率狀態(tài)中，以便能夠使這3臺(tái)的電機(jī)運(yùn)行速度快一步，一直到這4臺(tái)的寄存器數(shù)值相一致，則表示這些電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)同步運(yùn)行。利用程序?qū)⑦@4臺(tái)電機(jī)的變頻器直接調(diào)到初始值，就能夠保證卷揚(yáng)機(jī)的同步運(yùn)行。

表2 四吊聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果

3 基于PLC控制的同步性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試

通過實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備對(duì)同步性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件、硬件設(shè)計(jì)展開系統(tǒng)模擬調(diào)試工作，但是由于系統(tǒng)控制中的輸出與輸入端口不能夠全部表現(xiàn)出來，因此只能夠通過對(duì)局部的輸出與輸入接口進(jìn)行模擬調(diào)試，調(diào)試的情況如圖2所示，其中左側(cè)為PLC輸出與輸入端口的一部分，而右側(cè)則是FP0-C32型的PLC。在控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施連接完成后，通過計(jì)算機(jī)利用RS232的數(shù)據(jù)接口能夠?qū)崿F(xiàn)PLC程序的傳輸工作。

圖2 模擬調(diào)試面板示意圖

本文卷揚(yáng)機(jī)的同步性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試是將四吊聯(lián)動(dòng)程序作為模擬調(diào)試對(duì)象，在模擬調(diào)試中，其調(diào)試的過程主要分為2種現(xiàn)象，其中一種現(xiàn)象就是將PLC高速計(jì)數(shù)器中的DT9044/DT9048/DT9104/DT9108這4個(gè)通道數(shù)據(jù)寄存器分別輸入不同的初始操作值，代表著4個(gè)吊卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)光電電編碼器所反饋的脈沖值是處于不同狀態(tài)的，也就是四吊卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行是不同步的。在PLC的執(zhí)行程序后利用輸出判斷其所輸出的頻率能否保證是卷揚(yáng)機(jī)所屬變頻器輸出的最高設(shè)定的頻率值，但是又要確保其他卷揚(yáng)機(jī)的變頻器所輸出的頻率要能比該變頻器所輸出的頻率要高。另一種現(xiàn)象就是將相同的初始數(shù)據(jù)值寫入到四通道數(shù)據(jù)寄存器中，這就表示了四吊卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)運(yùn)行是處于同步狀態(tài)的，利用程序的輸出頻率對(duì)四吊變頻器原有的頻率設(shè)定不變情況進(jìn)行判斷，也就是能夠?qū)λ牡踝冾l器的同步程序的功能準(zhǔn)確性進(jìn)行模擬。通過以上的調(diào)試可以得到其結(jié)果（如表2所示）。結(jié)果表明四吊聯(lián)動(dòng)程序執(zhí)行與其控制要求相符合。

4 結(jié)論

本文將PLC、變頻器以及光電編碼器技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了輪軌式提梁機(jī)起升機(jī)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)同步性控制系統(tǒng)，將電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化，完成了機(jī)電一體化的自動(dòng)化控制。通過對(duì)同步性運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)研究，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬調(diào)試。研究表明控系統(tǒng)PLC軟硬件設(shè)計(jì)工作準(zhǔn)確，程序的執(zhí)行能夠與提梁機(jī)起升機(jī)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)同步性運(yùn)動(dòng)控制要求相符合，能夠在工業(yè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)作。本系統(tǒng)能夠在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)系統(tǒng)高故障率、無法實(shí)現(xiàn)電機(jī)同步性的等缺陷，具有實(shí)際應(yīng)用效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)控制。