3000吨浮吊吊机PLC应用
巢峰
摘要：海上大型浮吊控制系统复杂，主要包括变幅、主钩、辅钩、小钩、旋转驱动电机的控制，此外还牵涉到许多辅助系统如限位、刹车、离合器、重量传感器等，它们之间存在着错综复杂的逻辑关系，因此电气系统是否可靠直接关系到浮吊的安全作业。
关键词：3000吨浮吊 起重机 PLC
0 引言
传统的继电器控制系统将继电器，定时器，接触器等电气原件按一定的逻辑关系连接起来，如果应用在大型吊机这样的复杂系统上，则会导致设计连线繁琐，控制柜庞大， 故障点多， 维修困难。而采用PLC系统则可以通过设计控制逻辑程序和即插件式模块化结构，组成网络化控制系统，进行数据通讯，因此维修方便，可靠性高，体积小，速度快[1]。
1 3000吨吊机上PLC硬件[2]
该吊机所采用的Rockwell PLC主要硬件如图1所示：
图 1 3000吨吊机PLC硬件组成
1756-PA72背板型电源模块不仅为CPU、输入和输出模块提供工作电源，而且CPU、输入和输出模块也通过背板进行通讯。
CPU模块是可编程控制器的核心， 由微处理器和存储器组成，吊机上使用的是Logix 5563 CPU主要用于存储和运行吊机控制程序，CPU中带有1756-BA2型蓄电池，需定期进行更换，以保证程序不丢失。
输入输出模块是PLC与现场设备连接的接口。输入模块用于接收和采集现场设备的输入信号，吊机上主要包括24V DC 1756-IB16开关量输入模块和4-20mA 1756-IF61模拟量输入模块。开关量输入信号主要是限位和驾驶室的按钮信号，如驱动电机的刹车限位、驾驶室的主钩离合器选择按钮等。模拟量输入信号主要是操作手柄的电机速度参考指令信号和重量传感器信号，如主钩电机转速参考值信号和主钩吨位传感器信号。
输出模块用于向执行机构输出控制信号。主要包括24V DC 1756-OW16I开关量输出模块和4-20mA 1756-OF6CI模拟量输出模块。在吊机上开关量输出模块主要通过电磁阀来执行，如大绞车刹车离合器控制电磁阀，驱动电机刹车控制电磁阀。模拟量输出都是输出给变频器来控制各个驱动电机的转速。
上述所提到的刹车电位、按钮、操作手柄、重量传感器、电磁阀、变频器等都是属于外部设备，PLC通过接受各种外部设备的输入信号，在程序内部经过预先编写好的程序处理然后输出给同样属于外部设备的相应执行机构来实现吊机的各种功能控制。
编程设备通常为一台PC，通过以太网和PLC上的1756-ENBT模块通讯，可以将编写好的程序下载到PLC的CPU中，也可以将CPU中已储存的程序上传到PC中进行在线修改，在修改时吊机不可处于运转状态。
2 3000吨吊机上Rockwell PLC软件
本吊机使用的是Rockwell RsLogix 5000型PLC，首先通过通讯管理工具Rslink可以查看处于在线工作状态的站点。选择站点IP地址为192.168.100.1756的1756-A13/A背板，可以看到如图2所示的所有模块，其中PLC2133为CPU，用于存储和运行程序，1756-ENBT是不同IP地址站点之间的以太网通讯模块，SST-PFB-CLX是可用来进行扩展的Pribus通讯模块，1756-IB16和1756-OW16I是开关量输入输出模块，1756-IR16I和1756-IF61是模拟量输入模块，1756-OF6CI是模拟量输出模块。输入模块通过背板将信号传给CPU，CPU又通过背板将输出信号传给输出模块。
图 2处于在线工作状态的站点
常规电气系统出现问题时，我们需要对应图纸一段段的用万用表排除故障，比较费时间和精力，而应用RsLogix 5 000 PLC软件则可以使故障点的检查过程简化。我们可以通过编程电脑把CPU中的程序上传，然后打开梯形图，如图3所示，这段程序是允许吊机变幅操作的梯形图，通过梯形图我们可以直观地看出变幅操作需要满足哪些条件，也就是这段程序上的所有触点必须为都绿色，假如Power_On_24VDC触点没有变绿，那么Boom_RPI继电器也不会变绿，由此我
们可以判断是因为没有24V电源导致变幅无法操作，这样省去了大量花时间查图纸和量电路的过程，争取在最短的时间内恢复吊机功能[3]。
图 3 允许吊机变幅进行操作的梯形图
吊机主钩由两部电机驱动，因此两部电机的同步至关重要，我们可以在主钩进行吊重的时候利用PLC建立趋势图来观察主钩两个电机的转速和电流是否一致。如图4所示，建立操作手柄参考转速、吊重、1号电机电流、1号电机转速、2号电机电流、2号电机转速这5条曲线，主钩在吊重2 946吨的情况下慢慢释放吊重至1 385吨，在这段过程的趋势图中我们发现1号和2号电机的电流下降曲线与吊重负荷下降曲线一致，2部电机的转速也能很好的跟随操作手柄发出的参考信号，因此可以判断主钩处于良好的运转状态[4][5]。
3 结论
经过3 000吨浮吊建造交付使用两年的实践检验证明，这套PLC系统的软件运行稳定可靠，硬件故障率低。并且根据实际经验，利用PLC可现场修改控制逻辑的优点对软件进行的改进更是不断完善了吊机的性能。
参考文献
[1] 薛迎成. 罗克韦尔PLC技术基础及应用[M]. 中国电力出版社，2009.
[2] Allen Bradley. ControlLogix Controllers 1756-um001[M]. Rockwell Automation， 2005.
[3] 刘庆诗. 吊机控制系统改造[J]. 中国修船，2004.
[4] 曹玲芝. 基于偏差耦合的起重机起升机构同步控制[J].计算机工程与应用，2008.
[5] 陈庆伟. 双电机同步联动控制系统[J]. 南京理工大学学报，2005.
摘要：海上大型浮吊控制系统复杂，主要包括变幅、主钩、辅钩、小钩、旋转驱动电机的控制，此外还牵涉到许多辅助系统如限位、刹车、离合器、重量传感器等，它们之间存在着错综复杂的逻辑关系，因此电气系统是否可靠直接关系到浮吊的安全作业。
关键词：3000吨浮吊 起重机 PLC
0 引言
传统的继电器控制系统将继电器，定时器，接触器等电气原件按一定的逻辑关系连接起来，如果应用在大型吊机这样的复杂系统上，则会导致设计连线繁琐，控制柜庞大， 故障点多， 维修困难。而采用PLC系统则可以通过设计控制逻辑程序和即插件式模块化结构，组成网络化控制系统，进行数据通讯，因此维修方便，可靠性高，体积小，速度快[1]。
1 3000吨吊机上PLC硬件[2]
该吊机所采用的Rockwell PLC主要硬件如图1所示：
图 1 3000吨吊机PLC硬件组成
1756-PA72背板型电源模块不仅为CPU、输入和输出模块提供工作电源，而且CPU、输入和输出模块也通过背板进行通讯。
CPU模块是可编程控制器的核心， 由微处理器和存储器组成，吊机上使用的是Logix 5563 CPU主要用于存储和运行吊机控制程序，CPU中带有1756-BA2型蓄电池，需定期进行更换，以保证程序不丢失。
输入输出模块是PLC与现场设备连接的接口。输入模块用于接收和采集现场设备的输入信号，吊机上主要包括24V DC 1756-IB16开关量输入模块和4-20mA 1756-IF61模拟量输入模块。开关量输入信号主要是限位和驾驶室的按钮信号，如驱动电机的刹车限位、驾驶室的主钩离合器选择按钮等。模拟量输入信号主要是操作手柄的电机速度参考指令信号和重量传感器信号，如主钩电机转速参考值信号和主钩吨位传感器信号。
输出模块用于向执行机构输出控制信号。主要包括24V DC 1756-OW16I开关量输出模块和4-20mA 1756-OF6CI模拟量输出模块。在吊机上开关量输出模块主要通过电磁阀来执行，如大绞车刹车离合器控制电磁阀，驱动电机刹车控制电磁阀。模拟量输出都是输出给变频器来控制各个驱动电机的转速。
上述所提到的刹车电位、按钮、操作手柄、重量传感器、电磁阀、变频器等都是属于外部设备，PLC通过接受各种外部设备的输入信号，在程序内部经过预先编写好的程序处理然后输出给同样属于外部设备的相应执行机构来实现吊机的各种功能控制。
编程设备通常为一台PC，通过以太网和PLC上的1756-ENBT模块通讯，可以将编写好的程序下载到PLC的CPU中，也可以将CPU中已储存的程序上传到PC中进行在线修改，在修改时吊机不可处于运转状态。
2 3000吨吊机上Rockwell PLC软件
本吊机使用的是Rockwell RsLogix 5000型PLC，首先通过通讯管理工具Rslink可以查看处于在线工作状态的站点。选择站点IP地址为192.168.100.1756的1756-A13/A背板，可以看到如图2所示的所有模块，其中PLC2133为CPU，用于存储和运行程序，1756-ENBT是不同IP地址站点之间的以太网通讯模块，SST-PFB-CLX是可用来进行扩展的Pribus通讯模块，1756-IB16和1756-OW16I是开关量输入输出模块，1756-IR16I和1756-IF61是模拟量输入模块，1756-OF6CI是模拟量输出模块。输入模块通过背板将信号传给CPU，CPU又通过背板将输出信号传给输出模块。
图 2处于在线工作状态的站点
常规电气系统出现问题时，我们需要对应图纸一段段的用万用表排除故障，比较费时间和精力，而应用RsLogix 5 000 PLC软件则可以使故障点的检查过程简化。我们可以通过编程电脑把CPU中的程序上传，然后打开梯形图，如图3所示，这段程序是允许吊机变幅操作的梯形图，通过梯形图我们可以直观地看出变幅操作需要满足哪些条件，也就是这段程序上的所有触点必须为都绿色，假如Power_On_24VDC触点没有变绿，那么Boom_RPI继电器也不会变绿，由此我
们可以判断是因为没有24V电源导致变幅无法操作，这样省去了大量花时间查图纸和量电路的过程，争取在最短的时间内恢复吊机功能[3]。
图 3 允许吊机变幅进行操作的梯形图
吊机主钩由两部电机驱动，因此两部电机的同步至关重要，我们可以在主钩进行吊重的时候利用PLC建立趋势图来观察主钩两个电机的转速和电流是否一致。如图4所示，建立操作手柄参考转速、吊重、1号电机电流、1号电机转速、2号电机电流、2号电机转速这5条曲线，主钩在吊重2 946吨的情况下慢慢释放吊重至1 385吨，在这段过程的趋势图中我们发现1号和2号电机的电流下降曲线与吊重负荷下降曲线一致，2部电机的转速也能很好的跟随操作手柄发出的参考信号，因此可以判断主钩处于良好的运转状态[4][5]。
3 结论
经过3 000吨浮吊建造交付使用两年的实践检验证明，这套PLC系统的软件运行稳定可靠，硬件故障率低。并且根据实际经验，利用PLC可现场修改控制逻辑的优点对软件进行的改进更是不断完善了吊机的性能。
参考文献
[1] 薛迎成. 罗克韦尔PLC技术基础及应用[M]. 中国电力出版社，2009.
[2] Allen Bradley. ControlLogix Controllers 1756-um001[M]. Rockwell Automation， 2005.
[3] 刘庆诗. 吊机控制系统改造[J]. 中国修船，2004.
[4] 曹玲芝. 基于偏差耦合的起重机起升机构同步控制[J].计算机工程与应用，2008.
[5] 陈庆伟. 双电机同步联动控制系统[J]. 南京理工大学学报，2005.
