摘要：本文通过对PLC及PLC在起重机的电气设计中的应用分析，重点介绍了采用PLC逻辑控制器的电气控制系统，说明了PLC技术的应用大大提高了起重机的可靠性、可操作性、维修方便性，其综合性能远远大于继电器控制系统。
关键词：PLC优点；起重机；电气设计；应用
可编程控制器是以微机技术为核心的通用工业自动控制装置，简称PLC。1969年美国在通用汽车公司生产线上首次成功地应用已有四十多年了，随着科技迅速发展和不断进步，PLC技术已与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。早期的PLC只替代传统继电接触控制系统完成简单的控制功能，而现代PLC不仅能够完全胜任大量开关逻辑控制，而且还具有很强运动控制、闭环过程控制、数据处理、通讯及联网等能力。在发达的工业化国家，现代PLC已经广泛应用在所有的工业部门。我国PLC制造技术还比较落后，目前能够生产部分功能比较单一的中、小型PLC。我国建筑机械上主要使用的还是进口PLC系统，主要有美国艾伦-布拉德利公司、德国西门子公司、法国的施耐德公司、日本三菱公司、欧姆龙公司、富士电机公司、东芝公司、松下电工公司（MEW）等公司的产品，通过PLC控制系统将机、电、液、气、声、光等子系统有机的结合起来，使工程机械智能化方面取得了很大的发展，同时对工程机械的使用、管理、保养、维修工作也提出了新的要求。
1 PLC的主要优点
1.1可靠性高，抗干扰能力强，能适应各种恶劣的环境。PLC内部由于输入端采用RC滤波器，光电隔离电路和屏蔽措施，因此具有了先进的抗干扰技术。另外，用PLC代替同等规模的继电接触器系统，各种继电器和接线触点大大减少，故障也大大降低，并可在各种工业环境下直接运行。
1.2配套齐全，功能完善，适用性强。五种标准化编程语言以及支持多种语言编程形式，可以满足特殊场合的控制要求，PLC发展到今天，涌现出大量的PLC功能单元，使PLC渗透到各种工业控制中。再加上PLC通信能力的增强和人机接口技术的发展，使用PLC组成的各种控制系统就变得非常容易。
1.3简单易学，深受工程技术人员欢迎。PLC接口容易，工程技术人员易于接受这种编程语言。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图非常接近，许多电气电路的控制功能可以通过少量开关逻辑控制指令就能有效地实现，而且不必去研究复杂的电路图，即使不懂汇编语言和计算机原理的人也可进行操作和控制。
1.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC由于控制设备外部的接线减少，使设计及建造的周期缩短，同时维护也变得更加容易。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。PLC模块大多编入故障自诊断程序、具有运行和故障指示装置，如某个模块发生故障，用户可及时更换故障模块，便于用户了解运行情况并使在出现故障的情况下系统迅速恢复运行。
此外，PLC模块还具有体积小，重量轻，能耗低、运行速度快等特点。
2 起重机的PLC电气控制系统设计
2.1 起重机的PLC设计系统简介
桥式起重机的PLC电气控制系统主要分为六个部分，分别是：主升降机构模块、副升降机构模块、配电保护模块、大车运行模块、小车运行模块以及PLC运行模块。在起重机正常工作时，通过起重机的控制操作平台、按钮以及手柄等进行操作，把控制信号传递给PLC的输入模块，然后由CPU内置的程序对这些信号进行加工处理，再经过输出模块将处理后的信号输出到继电器、指示灯、报警器或显示装置等以控制起重机的启动、停止及运行。另外，起重机的限位开关、过载保护开关和超载限制开关等也会将信号输入到PLC中，起到对起重机安全保护的作用。
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2.2 PLC输入输出模块的信号设计
根据桥式起重机的一般要求，需要控制以下信号：主副钩的升降信号以及2、3、4档和大小车的前、后、左、右方向信号及2、3、4档；主辅起升限位和大小车限位；安全门开关，启动、停止、照明、电铃、变频器复位以及热继电器、超载和变频器故障信号；所有需要手动的操作杆的输入信号。统计后的所有的输入信号共48个，输出信号31个。
2.3 PLC的逻辑运算原理
PLC控制器采用的扫描工作方式，即通过循环执行“采集输入量、执行程序、输入控制量”的方式来最终实现程序的运行，扫描将从第一条指令开始，如果无意外间断或跳转的指令，按程序的存储地址顺序逐条执行，直至最后一条指令，然后再重新从第一条命令重新扫描循环。
而PLC的内部逻辑梯形图分为4个部分：安全保护部分、功能控制部分、故障输出部分以及各控制机构。在进行PLC程序设计时，要充分考虑各部分的逻辑互锁，要在保证程序正确的情况下，尽可能的让程序图简单明了，便于分析与修改。
2.4 PLC的选型及分析
根据确定的输入输出信号的数量、性质、参数以及特性要求选择合适PLC型号，本文举例的桥式起重机选择的是SIMENS S7-200CN系列，它的CPU为226CN，这种CPU包括24集成输入和16输出共40个数字量的I/O点，而可以扩展成248路数字量I/O点或者扩展成35路模拟量的I/O点；它还包括6个独立的高速计数器和2个高速脉冲输出，26K字节的程序和数据存储空间；另外它拥有2个RS485的通讯编程口，具有PPI、MPI通讯协议以及自由通讯能力，具有极强的可靠性，特别丰富的指令功能和指令库，可以较为方便的实现数据的传递、比较和四则运算等。其中起重机的电气设计中常用的功能指令有：CMP指令可以进行数据之间的比较，MOV指令可以对数据进行传输，SRMR可以产生闪烁信号，用以报警，SRGL指令可以报系统的故障参数在数码管上显示出来。
3 PLC的应用分析
起重机采用PLC控制的电气系统后，其控制和操作拥有了以下特点
3.1调速的范围和层次有了很大改善，可以实行按速度的精确控制，满足一些控制定位要求高的作业；
3.2可以改善电动机的启动和停止，通过PLC的控制实现电动机的软启动、软停止，降低电动机的高速启动的大转矩造成的机械冲击，改善起重机的机架的承载性能，大大延长了起重机的使用寿命；
3.3大大减少继电器的个数，使组件高度集成，既能提高设备的可靠性又能有效的降低系统的故障发生率，而且维修方便；
3.4在发动机突然故障停止，或者制动器失灵、松动时，也能全力矩输出，不会出现重物滑落的现象，可以确保系统的安全性和稳定性。
3.5对起重机的满载、超载、限位等都有工作状态指示和相应报警，以便于起重机的控制。
5.结论
在现有的用PLC控制替代传统继电器控制系统的设计上，改进和完善电气控制系统和安全保护电路，不仅使起重机控制线路简化，安全性能更好，而且PLC能检测各个不正常工作现象并送往文本显示器进行显示，便于故障的发现与排除，大大提高了工作效率，因而在现在的市场有很好的发展前景。
参考文献：
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[2]胡学林.可编程控制器教程[M].北京：电子工业出版社，2003.
[3]程玉华.西门子工程应用与分析[M].北京：电子工业出版社，2008.
论文作者:邵增涛,侯珊珊,徐毅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：起重机论文; 信号论文; 指令论文; 模块论文; 控制系统论文; 故障论文; 继电器论文; 《基层建设》2018年第21期论文;