起重機的PLC優(yōu)化控制方法研究

閆石

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，起重機的應用越來越廣泛。傳統(tǒng)的起重機控制系統(tǒng)相對落后，并且維修難度相對較大，無法滿足人們對起重機的使用需求。而PLC控制系統(tǒng)可以提升起重機的智能化，同時可以較好地反映系統(tǒng)的故障。該文主要對PLC系統(tǒng)的控制技術、優(yōu)化設計和關鍵技術設計進行分析，以期設計師可以根據(jù)實際情況選擇系統(tǒng)合理的設計方式，進而可以更好地提升機械起重機的使用性能。

關鍵詞：起重機 PLC 優(yōu)化控制

中圖分類號：TH21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0102-02

起重機作為現(xiàn)代社會中常見的機電產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸影響人們的生活。在機械起重機的應用中，其控制系統(tǒng)主要存在單片機、單板機、單微機和多微機控制方式，控制主要集中在數(shù)據(jù)的采集和權(quán)限控制。但是隨著科技的不斷發(fā)展，起重機控制系統(tǒng)的越來越復雜，提升了系統(tǒng)故障的發(fā)生機率。因此，在機械起重機控制系統(tǒng)的設計中，對PLC進行優(yōu)化控制具有重要的價值。

1 起重機PLC控制技術分析

1.1 系統(tǒng)設計過程分析

在機械起重機的設計過程中，PLC系統(tǒng)的設計過程主要包括以下幾個方面：第一，對系統(tǒng)需求的分析。設計人員要根據(jù)起重機的使用要求來確定設計目標，并且要制定嚴格的驗收標準。第二，要對系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進行設計。在設計系統(tǒng)的過程中，需要對硬件和軟件系統(tǒng)進行綜合的選擇和設計。第三，在起重機的設計過程中，需要對系統(tǒng)進行集成設計，將系統(tǒng)的硬件、軟件和執(zhí)行裝置設置成為相應的整體，并且不斷對其進行改進和創(chuàng)新。第四，在起重機設計完成后，需要對系統(tǒng)進行調(diào)試和分析，檢驗系統(tǒng)是否能夠達到使用的需求。總而言之，只有設計人員嚴格按照設計過程進行分析，才可以更好地滿足PLC系統(tǒng)的設計需求[1]。

1.2 PLC系統(tǒng)控制原理

在機械起重機的PLC系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)與常規(guī)的系統(tǒng)存在較大的差異。在PLC機械控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)會將自身的電能通過變頻裝置或者直接向驅(qū)動裝置進行供電。在系統(tǒng)的運行中，驅(qū)動裝置拖動相應的裝置，之后通過鋼絲繩來拉動轎廂來做上下的運動，從而帶動起重機的運行[2]。

1.3 起重機的操作流程

在起重機的運行過程中，系統(tǒng)可以通過PLC控制器來控制相應的按鈕，同時可以控制起重機的安全問題。在系統(tǒng)的設計過程中，承載重量的PLC控制系統(tǒng)可以接收傳感器輸送的信息，同時通過相應的程序來判定系統(tǒng)是否超重，如果系統(tǒng)的承重達到最大值，系統(tǒng)將會停止運行，并且發(fā)出相應的警報[3]。

2 PLC控制技術的優(yōu)化設計

2.1 智能控制技術

在傳統(tǒng)機械起重機的使用過程中，其存在維修難度大、故障發(fā)生率高和耗能相對較大等問題，不利于達到機械起重機的最佳使用性能。而在PLC機械系統(tǒng)的設計過程中，其采用智能操作系統(tǒng)。在系統(tǒng)的設計中，存在顯示器、控制信號和傳感器等檢測設備，可以對系統(tǒng)的耗能和承重等相應的指標進行檢測，之后系統(tǒng)通過PLC節(jié)能控制器來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制和反饋，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。

2.2 起重機節(jié)能控制的計算

在機械起重機PLC控制系統(tǒng)的設計中，其能量的消耗是設計人員重點關注的問題之一。在系統(tǒng)的設計過程中，其耗能計算的公式如公式1所示。

ΣR=i1（C12H1+C21+C22H2+C02HI） （1）

在公式1中，R為系統(tǒng)的消耗，i為系統(tǒng)設備的電阻，H為輸出電路的電阻，同時系統(tǒng)的電流變化與電流之間的關系如公式2所示：

C1=C0-C2 （2）

通過公式1和公式2的計算，可以較好地對系統(tǒng)的電能損耗進行計算，設計人員可以根據(jù)計算結(jié)果來對其進行優(yōu)化分析。

通過設計人員對PLC優(yōu)化系統(tǒng)的設計分析，其最終得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如公式3所示：

△w（m）=Mr×△g（m）+M1×g（m）+MF×[△g（m）-△g（m-1）]

（3）

在公式3中，m表示系統(tǒng)的控制信號，g表示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸差，w表示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)離散變化。通過公式的計算，可以較好地反映系統(tǒng)的耗能情況，進而設計師可以針對性地根據(jù)需求來設計PLC控制系統(tǒng)。

3 PLC控制系統(tǒng)的關鍵技術設計方案

3.1 PLC系統(tǒng)的機敏性與魯棒性平衡設計

在PLC系統(tǒng)的設計中，其可靠性相對較高，并且具有較快的反應速度和靈活性。但是在系統(tǒng)的使用過程中，會存在魯棒性平衡問題。同時在系統(tǒng)的使用中，淬火起動機主要在油煙和振動環(huán)境中工作，其繼電器和開關時常會出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，由于PLC系統(tǒng)的反映較為靈敏，會將系統(tǒng)的故障誤認為是輸入操作，繼而可能會導致起重機停止工作。設計師在設計的過程中，需要做到以下幾點：首先，設計師要選擇瞬動觸點的工作元件。其次，設計師在輸入模塊的設計中，需要設計較長的濾波時間。最后，設計師在容易出現(xiàn)問題的區(qū)域，可以添加斷電延時保護。通過有效的系統(tǒng)設置，可以保證PLC系統(tǒng)的設計合理性[4]。

系統(tǒng)的觸點可以起到控制程序的目的，同時可以對系統(tǒng)的元件進行保護，在PLC控制系統(tǒng)的設計中，其會將觸點的功能軟件化。因此，設計師在設計的過程中，需要做到以下幾點措施：首先，設計師將觸點輸入到PLC系統(tǒng)中，但是這種方式雖然可以反映觸點的真實工作情況，卻可能會促使系統(tǒng)出現(xiàn)無休止的基礎不良問題。其次，在軟件的編程過程中，設計師可以針對性的設計觸點監(jiān)視程序，以便可以更好的反映系統(tǒng)的運行狀況。因此，在設計師的設計過程中，需要結(jié)合實際情況對其進行合理的設計。

3.2 PLC系統(tǒng)的自我診斷程序

在PLC控制系統(tǒng)的設計中，部分起重機對于安全性的需求相對較高，例如大型的淬火橋式起重機，需要PLC對每個模塊的工作狀況進行監(jiān)督，以便可以保證系統(tǒng)的使用合理性。當PLC系統(tǒng)檢測到自身的故障時，用戶可以及時的對其進行處理。但是如果編碼器接觸不良時，會造成系統(tǒng)反復出現(xiàn)故障，從而會影響系統(tǒng)的使用功能。因此，在PLC系統(tǒng)的設計中，設計師需要根據(jù)實際情況，設計合理的故障診斷程序，以便可以及時的獲取系統(tǒng)的運行狀況，進而可以保證系統(tǒng)的使用合理性[5]。

3.3 縮短系統(tǒng)的循環(huán)周期

在PLC系統(tǒng)的設計過程中，需要對每個接觸器和模塊斤進行相應的監(jiān)控，以便可以達到最佳的使用性能。在常規(guī)的系統(tǒng)中，其存在200 ms的延時設計，并且系統(tǒng)的循環(huán)周期大于50 ms，無法滿足起重機的使用需求。因此，設計師在設計的過程中，可以采用分時化和堆棧操作的方式來進行優(yōu)化設計。系統(tǒng)通過改變指針的方向來實現(xiàn)堆棧的壓棧，進而可以減小PLC程序的循環(huán)周期。

4 結(jié)語

在起重機傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，其存在耗能較大和故障相對較多等問題，無法滿足新時期人們的使用需求。希望通過該文的探討，設計師在設計起重機的過程中，可以合理的運用PLC控制技術，并且可以合理的對其耗能進行分析。以便可以設計出科學、高效的起重機控制系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 吳先文，李麗，張丹，等.大型冶金起重機電氣控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].起重運輸機械，2011，7（11）：31-33.

[2] 宋洪光，殷志輝，郭宗華.淺析變頻器與PLC控制在橋式起重機上的應用[J].工業(yè)控制計算機，2014，11（12）：163-164.

[3] 方揚平.變頻抓斗起重機的PLC程序優(yōu)化[J].變頻器世界，2014，12（5）：76-80.

[4] 張博，曹旭陽，王殿龍.橋式起重機運行系統(tǒng)自動控制方法及仿真實現(xiàn)[J].機械設計與制造，2015，10（10）：184-187.

[5] 黃喜生.PLC在上煤系統(tǒng)抓斗起重機變頻系統(tǒng)的應用[J].輕工科技，2012，6（5）：34-35.