起重機(jī)的PLC優(yōu)化控制方法研究

閆石

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，起重機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)的起重機(jī)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(jī)的使用需求。而PLC控制系統(tǒng)可以提升起重機(jī)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(shù)、優(yōu)化設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計進(jìn)行分析，以期設(shè)計師可以根據(jù)實(shí)際情況選擇系統(tǒng)合理的設(shè)計方式，進(jìn)而可以更好地提升機(jī)械起重機(jī)的使用性能。

關(guān)鍵詞：起重機(jī) PLC 優(yōu)化控制

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

起重機(jī)作為現(xiàn)代社會中常見的機(jī)電產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸影響人們的生活。在機(jī)械起重機(jī)的應(yīng)用中，其控制系統(tǒng)主要存在單片機(jī)、單板機(jī)、單微機(jī)和多微機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)的越來越復(fù)雜，提升了系統(tǒng)故障的發(fā)生機(jī)率。因此，在機(jī)械起重機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，對PLC進(jìn)行優(yōu)化控制具有重要的價值。

1 起重機(jī)PLC控制技術(shù)分析

1.1 系統(tǒng)設(shè)計過程分析

在機(jī)械起重機(jī)的設(shè)計過程中，PLC系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計人員要根據(jù)起重機(jī)的使用要求來確定設(shè)計目標(biāo)，并且要制定嚴(yán)格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。第二，要對系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，需要對硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行綜合的選擇和設(shè)計。第三，在起重機(jī)的設(shè)計過程中，需要對系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計，將系統(tǒng)的硬件、軟件和執(zhí)行裝置設(shè)置成為相應(yīng)的整體，并且不斷對其進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。第四，在起重機(jī)設(shè)計完成后，需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和分析，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否能夠達(dá)到使用的需求。總而言之，只有設(shè)計人員嚴(yán)格按照設(shè)計過程進(jìn)行分析，才可以更好地滿足PLC系統(tǒng)的設(shè)計需求[1]。

1.2 PLC系統(tǒng)控制原理

在機(jī)械起重機(jī)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(jī)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(jìn)行供電。在系統(tǒng)的運(yùn)行中，驅(qū)動裝置拖動相應(yīng)的裝置，之后通過鋼絲繩來拉動轎廂來做上下的運(yùn)動，從而帶動起重機(jī)的運(yùn)行[2]。

1.3 起重機(jī)的操作流程

在起重機(jī)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)可以通過PLC控制器來控制相應(yīng)的按鈕，同時可以控制起重機(jī)的安全問題。在系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)的程序來判定系統(tǒng)是否超重，如果系統(tǒng)的承重達(dá)到最大值，系統(tǒng)將會停止運(yùn)行，并且發(fā)出相應(yīng)的警報[3]。

2 PLC控制技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計

2.1 智能控制技術(shù)

在傳統(tǒng)機(jī)械起重機(jī)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(dá)到機(jī)械起重機(jī)的最佳使用性能。而在PLC機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計過程中，其采用智能操作系統(tǒng)。在系統(tǒng)的設(shè)計中，存在顯示器、控制信號和傳感器等檢測設(shè)備，可以對系統(tǒng)的耗能和承重等相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行檢測，之后系統(tǒng)通過PLC節(jié)能控制器來實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制和反饋，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。

2.2 起重機(jī)節(jié)能控制的計算

在機(jī)械起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中，其能量的消耗是設(shè)計人員重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。在系統(tǒng)的設(shè)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(shè)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(guān)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(jìn)行計算，設(shè)計人員可以根據(jù)計算結(jié)果來對其進(jìn)行優(yōu)化分析。

通過設(shè)計人員對PLC優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)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(jìn)而設(shè)計師可以針對性地根據(jù)需求來設(shè)計PLC控制系統(tǒng)。

3 PLC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計方案

3.1 PLC系統(tǒng)的機(jī)敏性與魯棒性平衡設(shè)計

在PLC系統(tǒng)的設(shè)計中，其可靠性相對較高，并且具有較快的反應(yīng)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(jī)主要在油煙和振動環(huán)境中工作，其繼電器和開關(guān)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(rèn)為是輸入操作，繼而可能會導(dǎo)致起重機(jī)停止工作。設(shè)計師在設(shè)計的過程中，需要做到以下幾點(diǎn)：首先，設(shè)計師要選擇瞬動觸點(diǎn)的工作元件。其次，設(shè)計師在輸入模塊的設(shè)計中，需要設(shè)計較長的濾波時間。最后，設(shè)計師在容易出現(xiàn)問題的區(qū)域，可以添加斷電延時保護(hù)。通過有效的系統(tǒng)設(shè)置，可以保證PLC系統(tǒng)的設(shè)計合理性[4]。

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

3.2 PLC系統(tǒng)的自我診斷程序

在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計中，部分起重機(jī)對于安全性的需求相對較高，例如大型的淬火橋式起重機(jī)，需要PLC對每個模塊的工作狀況進(jìn)行監(jiān)督，以便可以保證系統(tǒng)的使用合理性。當(dāng)PLC系統(tǒng)檢測到自身的故障時，用戶可以及時的對其進(jìn)行處理。但是如果編碼器接觸不良時，會造成系統(tǒng)反復(fù)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(shè)計中，設(shè)計師需要根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計合理的故障診斷程序，以便可以及時的獲取系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，進(jìn)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(shè)計過程中，需要對每個接觸器和模塊斤進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控，以便可以達(dá)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(shè)計，并且系統(tǒng)的循環(huán)周期大于50 ms，無法滿足起重機(jī)的使用需求。因此，設(shè)計師在設(shè)計的過程中，可以采用分時化和堆棧操作的方式來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。系統(tǒng)通過改變指針的方向來實(shí)現(xiàn)堆棧的壓棧，進(jìn)而可以減小PLC程序的循環(huán)周期。

4 結(jié)語

在起重機(jī)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(shè)計師在設(shè)計起重機(jī)的過程中，可以合理的運(yùn)用PLC控制技術(shù)，并且可以合理的對其耗能進(jìn)行分析。以便可以設(shè)計出科學(xué)、高效的起重機(jī)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳先文，李麗，張丹，等.大型冶金起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].起重運(yùn)輸機(jī)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(jī)上的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2014，11（12）：163-164.

[3] 方揚(yáng)平.變頻抓斗起重機(jī)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(jī)運(yùn)行系統(tǒng)自動控制方法及仿真實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)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(jī)變頻系統(tǒng)的應(yīng)用[J].輕工科技，2012，6（5）：34-35.