PLC可编程控制器在天车电气控制系统的应用技术分析

2023.08.07

宁宗藩

摘要：起重机设备在建筑领域具有广泛的应用，而在起重机众多机械设备的分类中，被称为“天车”的桥架型起重机则是应用范围最广、使用频率最高的起重机械之一，将天车的大、小车以及吊钩配合作业可基本实现工程项目所修各类基本功能。文章主要探讨PLC可编程控制器在天车电气控制系统的应用价值，对编程控制器的配置以及程序的编写方面提出自己的见解，用以更好的完善天车电气控制系统。期望文章能对相关专业人士的工程作业流程提供些许研究价值。

关键词：可编程控制器;PLC技术;天车电气控制系统

近些年来，伴随着工业进程的不断发展，工程作业流程也在向着复杂化、精细化、智能化方向不断前进，对于生产工人的使用逐渐减少，取而代之的是，对于工业机械设备的使用越来越多。同时，科技在给人类带来高效与便捷的同时，对于工业机械设备的工业化程度以及操作及维修人员的专业素质提出了新的要求，而天车作为其中的代表设备，亦是如此。文章就利用PLC技术的可编程控制器对天车电气控制系统为切入点展开介绍，用以便捷化实现设备提升以及水平搬运货物运行路线的选择、运行速率大小等方面的应用。

一、桥架型起重机结构简述

桥架型起重机即天车的主要由控制系统、桥架系统、构造系统三部分组成。其中构造系统又可按其主要功能来划分，将其划分为大、小车两种类型以及吊钩和安全防护系统，桥架型起重机构造系统主要如下：

（一）小车工作系统

桥架型起重机的小车工作系统的主要作用为将吊钩做的水平方向位移用以微调吊物等其他物件的运行速率、轨迹等若干参数。小车的结构主要由电动机、减速系统、传动系统以及联轴器组成，其在实际操作作业中起着不可或缺的重要作用[1]。

（二）大车工作系统

桥架型起重机的大车工作系统的主要作用为驱动作用，使起重机沿着既定轨道做前进或后退动作。其主要结构除同小车工作系统较为相似的电动机、传动系统、减速系统、联轴器以及制动系统等常规部件以外，还包含主动轮、从动轮等其特有部件结构。

（三）安全防护系统

桥架型起重机的安全防护系统主要起保护作用，是装置在处于负载荷、过载荷以及碰撞等其他非正常状态时的最有利的保护手段。此系统主要由过载荷限制处理系统、下降高度限制系统、起升高度限制系统、大、小车行程范围限制系统以及防撞击安全保护系统等相关装置组成。

（四）吊钩系统

吊钩系统作为桥架型起重机的起吊装置，在整个起重机的结构中起着举足轻重的作用。其部件结构主要由电动机、制动系统、联轴器、吊钩系统以及称重仪等相关起重构件组成。

二、PLC可编程控制器的系统应用

（一）PLC可编程控制器

基于PLC技术的可编程控制器在其原有的电子机械控制以及科学技术的基础上，将工业用相关技术取其精华并融入自身系统，逐渐形成了将微型处理器系统作为核心的，具有数学运算能力、数据以及文件等信息传递能力和互联网通讯能力以及逻辑推算能力、定时、计时能力等众多功能为一体的新型具有自身特色的工业用编程控制处理器。其还可以将各类信息转化为数字、文字等可视化、具体化数据并模拟出真实工业生产状态进行分析各类生产制造流程。此项技术现阶段已经逐渐成为工业生产领域最为常见、最为主要的控制系统，被广泛的应用于工业生产行业中，此项成就的完成主要归因于PLC技术的发展及成熟。PLC技术的主要特点有：

（1）PLC作为一种编程语言，其逻辑处理能力和数据处理能力均有较高水平，且编程形式较为通俗，易于上手，具有较低的专业素养要求[2]。

（2）PLC技术发展至今，其使用功能已经趋于完善，在各行各业中的应用通用化程度较高，且以长远眼光来看，其成本的投入相较于其他类型来说偏低，可持续性强。

（3）PLC技術较稳定，应用灵活广泛，在以天车电气控制系统为例的正序控制系统中应用广泛。

（二）PLC可编程系统的工作原理及原理图

PLC可编程控制系统最重要的核心控制思想是用弱电来控制强电，再用强电来控制整个执行的相关机械，进而实现相关功能。而系统输入的信号源大多数操作人员输入的相关指令及操作，除此之外，还有部分信号属于传感器的检测类信号，其主要根据PLC可编程系统内部的组合以及逻辑性来实现各部件、各构件的控制工作。如下图所示，其为门机类升降结构、旋转结构以及变幅结构流程图。

门机类升降结构流程图

PLC可编程控制系统的程序中包含多个功能块子程序，每个子类相关程序代表一个基本功能，如升降类功能子程序、前进后退类功能子程序、闭锁保护类功能子程序等，输出类的相关控制指令以常开或者常闭的形式与变频器的二次性控制电路之间相互串联触点，电机由变频器驱动，用以实现升降等相关位移功能，最终使系统达到操作人员的设计要求，一般情况下，为满足现场工作人员操作的便捷性，会配有专用的显示屏、报警的喇叭、指示灯光等相关设备，方便操作人员随时掌握门式起重机的运行情况和作业过程的实际状况。

（三）PLC系统编程说明

主接触控制电路：漏电故障装置、程序紧急停止、线路紧急停止、钥匙开关等构成PLC系统的主接触器控制环。为了维持正常操作，主要接触器可通过钥匙开关控制[3]。因此，钥匙开关是机车控制的关键。限位保护：为了保证机器设备的可靠性运行，当机构回到最上面的极限或下限时，机械设备停止运行，控制环以上限切断，从而将接触器的动力传递停止并停止运转。在指定位置进行保护：每个动作的顺序相对固定，通过完成前的动作可以进行下一个动作。零保护：在主电路进行通电的时候，假如操作手柄的位置没有停在零位处，那么构件则不能进行运行。不受到零位的保护，系统会发生突然操作的现象，从而发生生产事故。联锁保护：可在两处或多处操作的起重机，应有联锁保护，以保证智能在一处操作，防止两处或多处同时都能操作。

（四）最大限度满足被控对象的控制要求

在进行PLC可编程控制系统的功能相关参数的设计时，一定要明确其所设计目标的需要，严格把控目标对象与产品所需的规格参数以及相关性能参数保持一致，这也是工厂企业方所想要达成的生产过程以及生产标准，必须在此两个角度均符合相应的生产要求，才能全面的体现出PLC可编程控制系统的实际价值，所以，这是在初期生产设计阶段过程中最需要考虑问题，否则将失去PLC可编程控制系统最初的设计理念。当然，在实际的现场设计工作中，研究人员会完成现场调查，全面地掌握工厂生产中所使用的生产设备以及设备的生产流程，采集生产过程中关键的生产数据，再根据国内外相关领域中最为先进的设计原则，逐步地进行其设计理念的完善工作，与此同时，还要考虑到在实际生产过程中，各种操作人员相互之间的合作效果，从而实现高效合作，提高工作率。还可以制定设计方案和战略，听取员工的意见和建议，共同解决存在的不足。

（五）保证PLC控制系统的安全性和可靠性

为了满足PLC系统的基本功能和需求，设计人员应考虑如何长久地维持PLC可编程操作系统的正常模式，以及如何进一步地确保系统的安全以及稳定，降低事故发生的频率，提高操作系统的便捷性以及可靠性。设计人员应从PLC电子设备的细节部分和控制系统的功能部件开始，特别是在程序储存阶段，一定确保相关结构其位置信息等参数保持合理性，不断地创新PLC可编程系统的设计理念，进一步地保证各类零部件的产品质量，以生产过程安全为准，提高系统运行的可靠性，并在生产过程中，对各种人员的协作关系及效果、设备等因素，整体形成综合控制系统，实现高效合作和合作，提高运营效率。

（六）对PLC控制系统进行经济和实惠、简单的管理

在PLC系统的架构和功能设计时，不能一直追求性能的无限提升以及功能的多样性，要根据目前这个阶段生产的实际情况和需求，在合理的范围内控制系统的功能标准，并且系统的操作要快而简单，操作程序要尽量精简，程序越复杂，就越容易出错，生产率也会下降，根据企业的生产和管理需求，PLC系统的设计也要考虑到经济需求，在合理的价格范围内控制设计和制作成本，否则将有可能大幅度地提高相关工厂引入PLC可编程系统的引入成本，不利于PLC可编程控制系统的广泛使用。另外，在设计阶段注重系统功能的实用性，避免表面华丽的功能需求，在實际的生产过程中重视基本要求和标准，减少维护工作量。

三、结语

PLC可编程控制系统的工作流程体现了设备以及技术有机结合领域的巨大潜力，当然需要注意的是，其中仍然存在着多种尚未解决的问题，但是这个并没有阻碍PLC的控制系统在生产过程中扮演着重要的角色。在PLC可编程控制系统的设计过程中有多种多样的设计要素。为了不断地满足生产过程中的生产要求，需要在保证其完善的功能、合适的价格、便捷的运维操作的基础上不断地完善与改进设计模式。在PLC系统的实际设计过程中，必须要保证相关程序的安全性，切忌在生产过程中出现错误的指示等相关问题，从而并引起一系列的问题。所以，保证操作程序的高精度以及高可靠性，提升PLC系统的便捷性和普及性是非常有必要的。

参考文献：

[1]石玉刚.无人天车电气控制系统中的变频器选择与PLC通信[J].中国金属通报，2019（01）：154+156.

[2]李海明.浅谈桥式起重机电气控制系统设计[J].中国战略新兴产业，2018（32）：140.