小型起吊機的結構設計與PLC控制

沈蘭蘭

摘 要 針對起吊機物體下墜傷人事故時有發生的問題，設計一個運行穩定、性能可靠的起吊機控制系統。起吊機控制系統的實現通過確定總體設計方案，選擇合理的材料，逐步實現機械結構、電路硬件的連接。最后編寫梯形圖通過PLC驅動外部繼電器控制直流減速電機的正反轉。通過同步帶的傳動使起吊物體前后移動，實現起吊機將物體送往目標地點或升高到某一高度等功能，且在起吊機運動到達目標地點或高度后能夠自行制動，同時利用離合器能實現快速下降，避免發生沖擊。該設計控制方便、高性能、成本低廉，適用于當今社會。

關鍵詞 起吊機 PLC 控制 結構設計

一、現狀分析

起吊機[1]在現實生活中是人們在運輸、修建樓房等方面都需要使用到搬運工具。在以前，國內的大部分起吊機的控制都是直接控制電機的正、反轉，其設計簡單、接線容易、但電路硬件組合起來體積大，起吊時不夠穩定，容易出現安全事故。如果在起吊過程中出現斷電等突發情況，會造成物體直接下落，對電機會造成一定的損壞。現在起吊機在國內的發展相當可觀，在大型復雜的吊裝作業中為了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模塊組合的方式，用較少規格的零件和各種模塊組成多品種、多規格和多用途的系列產品，充分滿足各類用戶的需要，起吊設備逐漸走向智能化。所以，通過合理的設計電路和選擇電路硬件，并且運用PLC根據需求編程，對起吊機進行邏輯控制，可以減短起吊機的研發時間，而且提高了起吊機的可靠性。

二、系統的總體設計方案與結構設計

起吊機的控制系統采用三菱FX2N系列PLC、232通信協議，只需要用指定的電纜將PLC與計算機連接起來便可將運用梯形圖編程、對程序實時監控。本次設計分別由結構部分、硬件部分、軟件部分組成。起吊機系統整體三維圖如圖1所示。

（一）V型軌道輪的模型設計

V型軌道輪的結構組裝是將亞克力板，按照設計尺寸切割至一定的數量，最后采用氯仿將亞克力板粘合成。在組裝V型軌道輪時應注意一定要在通風處進行。V型軌道輪組裝完成后應該放在通風處等待氯仿完全揮發后，在進行整體組裝，組裝時注意角度尺寸等問題。V型軌道輪的模型設計圖如圖2所示。

（二）軌道輪的移動設計

V型軌道輪的移動結構設計采用國產MGN7C型滑塊和長度為200mm的滑軌，導軌與加工后的鋁方進行連接，滑塊與加工后的亞克力板連接。最后由電機轉動帶動滑塊向前、向后移動，從而達到運送貨物的目的。為了讓滑塊在前進或者后退時有個限度，不在到達最高限度時損傷結構和電機，應裝上相應的限位開關限制電機的繼續運行。導軌運動圖如圖3所示。

（三）起吊臂傳動結構設計

起吊機在運行時噪音不應過大，移動速度不應過快，考慮到以上因素，選擇工作電壓為DC24V型號為XD37GB520的轉速為30r/min的直流減速電機作為開起吊臂V型軌道輪前后移動的主要動力。起吊臂傳動機構設計圖如圖4所示。

三、系統硬件設計

（一）主控電路設計

控制系統主要采用電氣按鈕結合觸摸屏控制輸入，控制電磁繼電器輸出，實現對設備的控制，三菱PLCFX2N-64MT系列為64個接口，基本單元帶32點輸入32點繼電器輸出，可滿足模擬控制、數字控制、定位控制等基本元件的連接和不同的自動控制需求。本次硬件設計首先根據控制要求合理的設計了I/O原理圖，方便后續的設計工作，共占用7點輸入、9點輸出。

（二）直流電機設計

由于起吊機升、降和起吊臂的V型軌道輪的移動都需要通過電機的正反轉來實現，而PLC直接輸出控制一個電機比較麻煩，且電機啟動電流較大，單個觸點輸出電流不能超過2A，不宜直接通過觸點控制電機，故采用通過PLC控制電磁繼電器來間接控制電機的方法。當KM1線圈得電時，常開觸點KM1吸合，電機加正向電壓開始正轉。當KM2線圈得電時，常開觸點KM2吸合，電機加反向電壓開始反轉。在編程和接線時應注意，KM1和KM2線圈不能出現同時得電的情況，否則會出現電源短路現象，所以在設計時要將兩個電磁繼電器進行互鎖。本次設計總體控制兩個直流電機和一個離合器，所以使用一共使用5個電磁繼電器，根據正反轉原理圖的設計采用了八腳的電磁繼電器，共有兩路常開觸點，兩路常閉觸點，可以完全滿足本次設計。

四、系統軟件設計

因起吊機運行中出現的可能性比較多，適合運用順序控制的方式編程，所以將控制系統分部分編程，方便后續的調試與查找問題。主要分為初始化部分、上電自動復位部分、手動操作部分、自動運行部分、自動運行參數設定部分。起吊機程序控制流程圖如圖5所示。

五、結論

通過對于起吊機系統結構的優化、軟件的多次修改，終于在三菱FX2N系列PLC的基礎上，成功設計出了運行穩定，性能可靠的起吊機控制系統模型。雖然起吊機體積小，但是它可以完成起吊機的運行的基本動作，模擬了實際起吊機的運行。