桥式起重机无线遥控电气系统的设计

杭州机械设计研究所 杨欣 厉红娅 《控制与传动》2012年第3期

　　1.引言

　　现有嘉兴德英机械厂55t/10t桥机，原设计为司机室主令开关操作的常规控制方式。由于厂房内桥机司机室靠近房顶温度较高，司机室操作人员长时间工作会感觉身体不适，导致工作效率降低。同时操作时地面需要人来指挥操作，造成人员的浪费，并且指挥人员与司机室操作员的沟通不当或者指挥不当都会引起事故的发生。因此厂家希望对桥机进行无线遥控的改造，操作人员可直接在地面无线操作，以避免上述情况的发生。

　　2.常规控制系统

　　桥机共有四个机构组成：主起升机构、副起升机构、大车行走机构、小车行走机构。四个机构均采用常规控制，由主令开关控制机构动作。主起升机构和副起升机构采用QR1S控制方式。大车行走机构和小车行走机构采用QR1Y控制方式。所以本文就以主起升机构控制和小车运行机构控制为例进行介绍。



　　图1主起升主回路图

　　图1为主起升主回路图，接触器KM21闭合时，起升机构状态为上升或下降的反接制动状态；接触器KM23闭合时，起升机构为下降的单相制动状态；接触器KM22闭合时，起升机构为下降的再生制动状态。转子串电阻-R21，由接触器KM240~KM243来控制串入转子的电阻，实现机构的平滑起制动。



　　图2主起升控制回路原理图

　　图2为主起升控制回路原理图，机构采用主令开关控制，上升/下降均为3挡控制。上升控制时先串入全部电阻，电机低转矩起动，延时后再闭合接触器KM243，切除一段电阻，如此设计可以减少冲击。下降控制时，挡位从零位至一挡，电动机不动作，制动器处于抱闸状态；从一挡至二挡时，制动器打开，闭合接触器KM243，切除一段电阻，电动机处于单相制动状态；从二挡至三挡，制动器打开，闭合接触器KM242，切除二段电阻，并延时切除剩余电阻，电动机处于再生制动状态，运行速度最高；从三挡回二挡，电动机从再生制动状态变成单相制动状态，降低机构的运行速度；从二挡回一挡时，电动机从单相制动状态变成反接制动状态，再次降低运行速度；挡位回零时，接触器KM21延时断开，制动器先于电机断电抱闸，防止溜钩。

　　小车运行机构采用可逆对称电路，主令控制器挡位为3-0-3。起动电阻为4级，第1、2级由手动切除，第3、4级由时间继电器控制自动切除，实现平稳的起制动。起升机构与运行机构采用的常规控制系统在实际操作应用过程中效果较好，所以改造过程中并没有改动原有系统的控制方式。

　　3.遥控系统设计

　　遥控系统分为遥控硬件线路和PLC软件。遥控器发出操作信号传输给PLC装置，PLC装置通过软件逻辑控制输出控制信号，经过中间继电器控制控制回路，从而控制主回路。遥控系统通过遥控器、PLC装置和PLC软件实现主令开关的控制功能。

　　3.1遥控系统硬件设计

　　为满足无线遥控和挡位控制的操作要求，遥控器采用台湾禹鼎F24-60的无线双摇杆遥控器，五挡可调，最远操作距离为100米。如图4进行遥控器硬件设计。遥控器五挡操作，前3挡操作分别对应主令开关的3挡操作；遥控器4挡、5挡与3挡短接。实现遥控器操作的挡位与主令开关挡位的一致。



　　图4遥控器硬件设计

　　PLC采用三菱FX2n-80MR。图5为PLC硬件设计接线图。将遥控器输出的挡位信号通过中间继电器输入到PLC装置中，PLC根据输入信号进行逻辑处理，输出相应的控制信号，通过中间继电器控制机构的控制回路。



　　图5 PLC硬件设计接线图

　　如图6对原有控制线路进行改造，每个PLC输出触点就对应主令开关控制的触点。在原有控制回路没有改变的前提下，实现改造后遥控器控制系统与司机室主令操作相同的功能。系统的安全装置如限位保护，超速保护均沿用原系统，安全可靠。



　　图6改造后的主起升控制回路

　　3.2遥控系统软件设计

　　3.2.1GXDeveloper软件

　　由于本遥控系统CPU采用了三菱FX2n-80MR，因此PLC软件用GXDeveloper编程软件进行编制。GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。

　　3.2.2PLC程序设计

　　遥控系统送电后，先检查司机室中司机室/无线遥控转换开关是否选择在无线遥控位置，再检查系统是否准备好（如安全装置有没动作、遥控器操作手柄是否在零位等），然后由司机操作遥控命令，PLC接收命令信号后，由PLC程序完成整个工艺控制过程，并输出相应信号，通过改进后的硬件控制回路对各个机构进行控制运行。具体流程如图7所示：



　　图7 PLC控制流程图

　　4.结束语

　　本文根据原有桥机的控制要求和操作工艺，将桥机电气系统改造为无线遥控电气系统。实现了桥机在原有控制系统未变的情况下的无线遥控操作。实现遥控操作和主令操作的一致性，使无线遥控操作和司机室操作可以切换使用。该无线遥控操作系统成功应用于嘉兴德英机械厂55t/10t桥机（如图8）上，安全可靠，效果良好。实际操作时，可由一个操作人员完成操作任务，提高了工作效率，节省了人力资源，提高了安全性可靠性。



　　图8嘉兴德英机械厂55t/10t桥机