小型起吊机的结构设计与PLC控制

沈兰兰

摘 要 针对起吊机物体下坠伤人事故时有发生的问题，设计一个运行稳定、性能可靠的起吊机控制系统。起吊机控制系统的实现通过确定总体设计方案，选择合理的材料，逐步实现机械结构、电路硬件的连接。最后编写梯形图通过PLC驱动外部继电器控制直流减速电机的正反转。通过同步带的传动使起吊物体前后移动，实现起吊机将物体送往目标地点或升高到某一高度等功能，且在起吊机运动到达目标地点或高度后能够自行制动，同时利用离合器能实现快速下降，避免发生冲击。该设计控制方便、高性能、成本低廉，适用于当今社会。

关键词 起吊机 PLC 控制 结构设计

一、现状分析

起吊机[1]在现实生活中是人们在运输、修建楼房等方面都需要使用到搬运工具。在以前，国内的大部分起吊机的控制都是直接控制电机的正、反转，其设计简单、接线容易、但电路硬件组合起来体积大，起吊时不够稳定，容易出现安全事故。如果在起吊过程中出现断电等突发情况，会造成物体直接下落，对电机会造成一定的损坏。现在起吊机在国内的发展相当可观，在大型复杂的吊装作业中为了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模块组合的方式，用较少规格的零件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要，起吊设备逐渐走向智能化。所以，通过合理的设计电路和选择电路硬件，并且运用PLC根据需求编程，对起吊机进行逻辑控制，可以减短起吊机的研发时间，而且提高了起吊机的可靠性。

二、系统的总体设计方案与结构设计

起吊机的控制系统采用三菱FX2N系列PLC、232通信协议，只需要用指定的电缆将PLC与计算机连接起来便可将运用梯形图编程、对程序实时监控。本次设计分别由结构部分、硬件部分、软件部分组成。起吊机系统整体三维图如图1所示。

（一）V型轨道轮的模型设计

V型轨道轮的结构组装是将亚克力板，按照设计尺寸切割至一定的数量，最后采用氯仿将亚克力板粘合成。在组装V型轨道轮时应注意一定要在通风处进行。V型轨道轮组装完成后应该放在通风处等待氯仿完全挥发后，在进行整体组装，组装时注意角度尺寸等问题。V型轨道轮的模型设计图如图2所示。

（二）轨道轮的移动设计

V型轨道轮的移动结构设计采用国产MGN7C型滑块和长度为200mm的滑轨，导轨与加工后的铝方进行连接，滑块与加工后的亚克力板连接。最后由电机转动带动滑块向前、向后移动，从而达到运送货物的目的。为了让滑块在前进或者后退时有个限度，不在到达最高限度时损伤结构和电机，应装上相应的限位开关限制电机的继续运行。导轨运动图如图3所示。

（三）起吊臂传动结构设计

起吊机在运行时噪音不应过大，移动速度不应过快，考虑到以上因素，选择工作电压为DC24V型号为XD37GB520的转速为30r/min的直流减速电机作为开起吊臂V型轨道轮前后移动的主要动力。起吊臂传动机构设计图如图4所示。

三、系统硬件设计

（一）主控电路设计

控制系统主要采用电气按钮结合触摸屏控制输入，控制电磁继电器输出，实现对设备的控制，三菱PLCFX2N-64MT系列为64个接口，基本单元带32点输入32点继电器输出，可满足模拟控制、数字控制、定位控制等基本元件的连接和不同的自动控制需求。本次硬件设计首先根据控制要求合理的设计了I/O原理图，方便后续的设计工作，共占用7点输入、9点输出。

（二）直流电机设计

由于起吊机升、降和起吊臂的V型轨道轮的移动都需要通过电机的正反转来实现，而PLC直接输出控制一个电机比较麻烦，且电机启动电流较大，单个触点输出电流不能超过2A，不宜直接通过触点控制电机，故采用通过PLC控制电磁继电器来间接控制电机的方法。当KM1线圈得电时，常开触点KM1吸合，电机加正向电压开始正转。当KM2线圈得电时，常开触点KM2吸合，电机加反向电压开始反转。在编程和接线时应注意，KM1和KM2线圈不能出现同时得电的情况，否则会出现电源短路现象，所以在设计时要将两个电磁继电器进行互锁。本次设计总体控制两个直流电机和一个离合器，所以使用一共使用5个电磁继电器，根据正反转原理图的设计采用了八脚的电磁继电器，共有两路常开触点，两路常闭触点，可以完全满足本次设计。

四、系统软件设计

因起吊机运行中出现的可能性比较多，适合运用顺序控制的方式编程，所以将控制系统分部分编程，方便后续的调试与查找问题。主要分为初始化部分、上电自动复位部分、手动操作部分、自动运行部分、自动运行参数设定部分。起吊机程序控制流程图如图5所示。

五、结论

通过对于起吊机系统结构的优化、软件的多次修改，终于在三菱FX2N系列PLC的基础上，成功设计出了运行稳定，性能可靠的起吊机控制系统模型。虽然起吊机体积小，但是它可以完成起吊机的运行的基本动作，模拟了实际起吊機的运行。