基于PLC小型礦用橋式起重機的設計

李盼盼

【摘 要】針對繼電接觸器控制的傳統橋式起重機在復雜環境下的礦區持續高負荷運行時，具有能耗大、故障多、不靈敏等缺點，而變頻器控制的新式橋式起重機成本較高且調速范圍窄，本設計采用三菱PLC作為控制系統，應用雙速變極調速模式，整合軟硬件技術雙重設置，確保此礦用橋式起重機在礦井上下安全高效地運作，同時較大的降低了其應用成本。

【關鍵詞】PLC；橋式起重機；雙速變極；礦用

【Abstract】Aiming at the problems of energy-wasting， multi-fault and insensitive on the traditional mining bridge crane controlled by relay contactor in the complex environmental mining areas when operating continuously with high load， and the cost of the new bridge crane controlled by VFD is very high with a narrow range of speed. In this design ，the mining bridge crane uses Mitsubishi PLC as bridge crane control system， it adopts the control mode of two-speed pole-changing， and integrates software and hardware technologies into dual set， which ensures that this kind of bridge crane can operate safely and efficiently in mining areas. At the same time， this design greatly reduces the cost of mining bridge crane.

【Key words】PLC； Bridge crane； Two-speed pole-changing； Mining

橋式起重機專用于近距離轉移設備和物料，主要包括橫向機構、進退機構和升降機構三部分。目前，小型礦區普遍采用的橋式起重機較為傳統，其主要采用繼電接觸器和凸輪控制器進行控制和調速。由于礦區的工作環境較差，粉塵多，任務重，傳統橋式起重機的電路和機械系統易受外圍環境影響，表現出較高的故障率、較差的可靠性和極為復雜的維護保養；而近年來流行的變頻器控制的橋式起重機價格昂貴，且變頻調速的范圍較窄，有一定的技術缺陷[2]。鑒于PLC的安全高效特性，現以高性價比和安全操作為出發點，應用三菱PLC對礦用橋式起重機的控制系統加以設計改造，提高礦用橋式起重機的操作精度，減小故障率；考慮到礦區機械需低速啟動，高速作業的實際需求，通過改變電機內部電路優化其調速特性，避免電火花的產生，使其能夠符合礦區復雜的生產要求和安全標準；此外，井下作業時，井下空間對橋式起重機有較為苛刻的限制，本設計通過縮減橫向機構的機械體積，減少升降機構的數量等方式，有效的適應了井下復雜的作業條件。

1 硬件設計

為了簡化操作流程，本設計采用單獨主鉤模式，主電路的主要功能包括主鉤升降運行、小車進退運行、大車橫向運行和電動機變極高低速運行。大車、小車和主鉤的電動機均選擇鼠籠型電機，其額定功率大小需分等級，大車的雙電動機的額定功率最大，小車和主鉤的單電動機的額定功率略小。異步電動機的轉速n=60f（1-s）/p，改變其極對數就可以實現雙速模式。主電路的內部和外部保護包括短路保護、過載保護和機械制動保護。短路保護和過載保護分別采用標準的熔斷器和熱繼電器，機械制動設計模塊應用電磁抱閘。改進設計的礦用橋式起重機的主電路圖如圖1所示。本礦用橋式起重機的PLC控制系統的整體設計需要分配17個輸入點和14個輸出點，綜合考慮整體20%的裕量：需輸入點數為： 17*（1+20%）=20.4；需輸出點數為： 14*（1+20%）=16.8；考慮到橋式起重機在礦區需要有較低的運行頻率和較大的運行電流，其PLC型號選擇繼電器輸出方式的三菱FX2N-48MR。為防止PLC軟硬件之間的響應速度發生沖突，本設計采用PLC軟件和硬件雙重互鎖的方式來保障系統電路的安全。PLC接線圖如圖2所示。

2 軟件設計

考慮同一運行機構的各部分或者不同運行機構同時運行時易發生安全事故，需要在軟件中設置主運行機構的軟件互鎖，其包括升降互鎖、進退互鎖、左右行互鎖以及其它必要的互鎖；為了保證地面人員和物品的安全，礦用橋式起重機所吊物品需高于安全高度，大車和小車在運行前應該確保主鉤上升到上限位，考慮井下作業的空間有限，橫向機構尺寸縮減1/3，并且去掉副鉤裝置。

調速控制軟件要求兼有雙速互鎖和單向短延時功能：直接低速運行命令時，正常響應運行；直接高速運轉行命令時，軟件作用電動機優先短時間低速運行后，再轉向高速運行。暫停軟件設計中應用線圈型特殊輔助繼電器實現暫停功能；限位報警的軟件設計要求起重機各部位觸動限位開關時，對應的限位軟件作用，停止當前運行，硬件響應具體對應的限位報警。橋式起重機的PLC控制梯形圖如圖3所示。

3 結論

傳統礦用橋式起重機的控制系統故障率高，損耗較大，技術日趨落后；PLC聯合變頻器控制的橋式起重機成本非常高，且調速范圍局限。本設計將三菱PLC應用于礦用橋式起重機的改進設計中，整合新老技術和軟硬件資源，提高礦用橋式起重機的可靠性和靈活性，減小操作難度和能源損耗，簡化整機的操作與維護難度。在綜合考慮低成本和礦區實用性的前提下，采用雙速電動機變極調速取代傳統調速和變頻調速，調速特性平穩的同時兼顧防爆性，場所針對性較強；此外，本設計優化機械裝置，縮減體積和多余功能以適應其在井下特定空間作業。目前此種橋式起重機已在礦區得到初步測試。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]