基于PLC的轮轨式提梁机起升机构卷扬机同步性运动控制设计

张家龙

（连云港市拉夫丹重工科技有限公司，江苏 连云港 222141）

近年来，基于PLC的控制核心的自动化控制系统在各种起重机械设计中得到了大规模的应用，其中大多数的应用重点集中在起重机械基本功能的实现上。提梁机工作环境相对比较复杂，起升机构所承担的重量较大，在多吊钩联动的时候无法与卷扬机实现同步性运动，进而导致荷载重心出现偏差，产生一系列事故。

1 起升机构卷场机同步性运动原理

起升机构卷扬机同步性运动控制是一种交流电机动的闭环运动控制，也被称为反馈控制，其是利用负反馈原理来降低系统误差的一种机构。在闭环控制系统中，控制信号通过计算指挥，利用执行部件到被控对象，再通过测量部件实现反馈，形成了闭环传递。偏差信号在作用于控制器时，系统的输出量就会与既定的数值相符合，其运动原理如图1所示。

图1 闭环控制系统原理示意图

2 基于PLC控制的同步性运动控制系统设计

2.1 系统硬件

基于PLC的轮轨式提梁机起升机构控制系统由PLC软件、硬件、变频器、增量式电编码器、仪表开关等部分组成。系统中的PLC、变频器以及电编码器为控制核心，实现卷扬机的电机运行控制工作，若是运行中出现超载、超速等不合理现象，其传感器就会立即停止机器运行。本系统的PLC为松下电工FP0型号，其具备高速扫描、高扩展性特征；本系统的变频器为西门子的MM440变频器，其具备低速高转矩输出、强动态特征以及过载功能。本系统的增量式光电编码器为GSX型，电机运行中所输出的单路脉冲信号到PLC高速计数器通道能够将电机的运行状态直接反馈出来。按照系统不同控制需求将PLC的输出与输入端口进行定义以及分配，如表1、2所示。信号输入共为59个点，输出的共有55个点。

表1 系统输入定义分配情况

表2 系统输出定义分配情况

2.2 系统软件

按照控制系统工作过程对软件结构进行设计，其功能模块包括：（1）双吊联动运行模块，该模块是利用对PLC双吊联动子程序来调用两卷扬机实现联动工作的，其主要是由单吊运行程序以及同步控制程序构成，实现了卷扬机电机的同步运行。（2）4吊联动运行模块，利用PLC4吊联动子程序促使四卷扬机的联动，由4个单吊运行程序以及同步控制程序构成，实现了卷扬机电机的同步控制。该控制系统的软件使用的是模块化的编程理念，控制系统在工作过程中，按照PLC程序内容，变频器所输出的相关频率驱动卷扬机电机运转与其同轴相连的光电编码器输出的连续脉冲到PLC高速计数器通道，数值会被保存在PLC的内部寄存器中，而将其中的数值进行比较得到的最大值就是运行超前状态的卷扬机电机。而在PLC程序中，其会将其他的3台电机变频器调节到高一级输出电流频率状态中，以便能够使这3台的电机运行速度快一步，一直到这4台的寄存器数值相一致，则表示这些电机能够实现同步运行。利用程序将这4台电机的变频器直接调到初始值，就能够保证卷扬机的同步运行。

表2 四吊联动控制系统的调试结果

3 基于PLC控制的同步性运动控制系统调试

通过实验室中的设备对同步性运动控制系统的软件、硬件设计展开系统模拟调试工作，但是由于系统控制中的输出与输入端口不能够全部表现出来，因此只能够通过对局部的输出与输入接口进行模拟调试，调试的情况如图2所示，其中左侧为PLC输出与输入端口的一部分，而右侧则是FP0-C32型的PLC。在控制系统的硬件设施连接完成后，通过计算机利用RS232的数据接口能够实现PLC程序的传输工作。

图2 模拟调试面板示意图

本文卷扬机的同步性运动控制系统调试是将四吊联动程序作为模拟调试对象，在模拟调试中，其调试的过程主要分为2种现象，其中一种现象就是将PLC高速计数器中的DT9044/DT9048/DT9104/DT9108这4个通道数据寄存器分别输入不同的初始操作值，代表着4个吊卷扬机的电机光电电编码器所反馈的脉冲值是处于不同状态的，也就是四吊卷扬机电机的运行是不同步的。在PLC的执行程序后利用输出判断其所输出的频率能否保证是卷扬机所属变频器输出的最高设定的频率值，但是又要确保其他卷扬机的变频器所输出的频率要能比该变频器所输出的频率要高。另一种现象就是将相同的初始数据值写入到四通道数据寄存器中，这就表示了四吊卷扬机的电机运行是处于同步状态的，利用程序的输出频率对四吊变频器原有的频率设定不变情况进行判断，也就是能够对四吊变频器的同步程序的功能准确性进行模拟。通过以上的调试可以得到其结果（如表2所示）。结果表明四吊联动程序执行与其控制要求相符合。

4 结论

本文将PLC、变频器以及光电编码器技术结合起来，设计了轮轨式提梁机起升机构卷扬机同步性控制系统，将电气系统实现了简化，完成了机电一体化的自动化控制。通过对同步性运动控制系统的软硬件设计研究，并对系统进行了模拟调试。研究表明控系统PLC软硬件设计工作准确，程序的执行能够与提梁机起升机构卷扬机同步性运动控制要求相符合，能够在工业作业现场进行实际运作。本系统能够在一定程度上弥补传统系统高故障率、无法实现电机同步性的等缺陷，具有实际应用效应，能够实现同步运动控制。