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摘 要：应用PLC对电力起重机械进行控制可以提高其效率并降低故障率。本文在介绍PLC在汽车式起重机中的应用并对比其相对于传统继电器控制的优点的同时，还分析了应用变频器配合PLC控制塔式、龙门式起重机原理及对于提升起重机械性能的帮助。
关键词：PLC；可编程逻辑控制器；电力起重机械；应用
1 引言
电力起重机械有非常广的应用层面，例如在建筑施工、煤矿开采、运输物流等行业，作为这些行业不可缺少的动力来源，其应用量非常大。但是，低效率和高故障率的传统施工机械并不能满足电力行业迅猛发展的要求。近些年来，随着逻辑可编程控制器的发展，使得用PLC对电力起重机械进行控制成为了可能，尤其在诸如汽车式起重机、塔式或龙门式起重机这类大型起重机械中，使用PLC对其进行控制的普及，起到了对大型机械的改造和完善的作用，有效的提升了机械的自动化水平。使用PLC并配合计算机技术和微电子技术，还可以对电力机械的控制回路进行简化，在实现传统顺序控制的同时，还可以轻松实现执行逻辑功能，提高了回路调节的能力，完善了程控系统。并且由于应用PLC对系统进行控制，具有较强的抗干扰能力，对工作环境要求不高，可以替代传统的用继电器进行控制和操作的方法。因此，采用PLC实现对起重机械的自动化控制，除了编程不复杂、操作可靠等优点外，还具有很好的控制效果。
2 在汽车式起重机中的应用
2.1 应用基本原理
汽车式起重机的传统控制方法是利用低压直流继电器对电气回路进行控制，在这种控制方法中，回路中的继电器受电后各触点被制约，常闭触点处于吸合状态，常开触点处于断开状态，这类控制形式称为并行工作方式。其中利用继电器控制的部位主要包括：起重壁的伸缩开关、起升限位升降开关、回转限位开关等。但是，对于实现起重机复杂的动作、控制较为复杂的开关、完善机械操作系统、提高显示功能等，利用继电器变显得捉襟见肘，此时便需应用PLC进行编程。在PLC控制方法中，其多以梯形图控制形式实现，控制回路中各软继电器处在“待机”状态，即一直被循环扫描，等待接通。程序扫描的顺序确定了各继电器的动作的先后，这类控制形式称为并行工作方式串行工作方式。
2.2 基本应用情况及优点
西门子公司是最先开发并应用PLC控制的厂商，随后全球众多厂家也开始涉及这一领域，PLC产品中较为出色的是西门子s7-200系列和三菱FR系列，它们都是集CPU、电源、数字I/O于一体的优秀产品。使用PLC替代继电器实现回转停机控制动作，优点主要为：一是减少继电器反复开关动作，使故障率加大幅度降低。二是将复杂的开关控制改为编程控制，实现高度集成化，节省空间。三是接线方便，使用可插拔整机端子。四是使用编程控制具备记忆功能。
2.3 应用实例分析
以S7-200系列PLC控制为例，使汽车式起重机能够实现以下动作：向左回转200°，之后向右分别回转200°，再向左回转200°，最后限位动作使其停止自动回轉。若利用继电器对此系列动作进行控制，主要是利用开关限位接触开关来控制继电器，其中各个继电器受的开关状态控制采用逻辑真值表对应。并且为实现此系列动作，其继电器电路中继电器数量最少需要5个，并且需要引入11个继电器辅助触点对线路实现控制，电路很复杂，虽然用继电器实现的方案能够完成动作，但是这一电路没有记忆功能，倘若在回转过程中失电，那么起重机停留的位置将被误认为初始位置，再次得电动作时会发生错误，想要对其进行纠正，需将起重机恢复到正确初始位置，可见断电情况下，这类方案的模拟逻辑回路的缺点是在停电的情况下不能限位停机。
若应用PLC控制实现上述一系列动作，在PLC逻辑控制方案中，首先应编写对应逻辑动作的程序，然后将程序导入PLC存储模块，再将输入端子分别连接对应的开关量，再将所对应的输出端子连接两个继电器，经过这些步骤后，开关量的动作将反映给PLC的处理器，经处理后通过输出端子直接控制继电器得失电。在此方案中，电路的结构较为简单，用到的继电器数量也相对较少，并且PLC中有自带内部电源，遇到突发断电情况，其编程控制具备记忆功能，可以准确的记录起重机断电时停留的位置的电平信号
2.4 其它辅助系统应用
在诸如汽车起重臂的仰角自动校正这类辅助系统中，应用PLC对其进行控制也能达到良好的效果：起重臂多由电液比例伺服直动式多路换向阀和PCD线控比例控制系统，双卷扬配专用吊具进行作业，要求吊具仰角大于7度或小于5度时，自动控制卷扬机减速，可以通过信号传输，当比例信号大于4伏时，PLC输出高电平，判断为起升动作，反之同理，实现良好控制。
3 在塔式、龙门式起重机中的应用
3.1 应用基本原理
应用PLC对塔机、龙门式起重机进行控制的原理框图如图1所示。从图中可见，为使塔式、龙门式起重机能够完成多种复杂动作、具备回转启动功能，并且使其具备停机平滑调速功能，目前较为主流的方法是应用变频器配合PLC对控制回路进行操控，其动力来源不同于汽车式起重机的液压驱动方式，塔式、龙门式起重机的动力来源应该用380V直流电压驱动电动机获取。为了能够提升调速性能，其电动机多采用多速电机；为了消除电机工作时的冲击力，并降低噪声，需建立软连接缓冲，为此应在电机与控制回路之间加设液力耦合器。
为达到平滑无级调速，其基本方法是用SPWM正弦波去驱动异步电动机，正弦波的获取需要用将电压和频率均可变的交流电输入给微处理器，进行正弦脉宽调制。为此，首先应将工业电（380V、50Hz）的交流电利用整流器整流成为平滑的直流电，然后通过三相逆变器再将平滑的直流电转变为电压和频率均可变的交流电，其中三相逆变器由诸如IGBT、晶闸管和三极管等半导体器件所组成，以上步骤可以成为交流-直流-交流的变频方式。
在配置PLC的硬件方面，需要根据控制塔机具体需要的输入、输出量决定。常规情况下控制吊塔的旋转机构的电机正反转的接触器应连接输入端子，控制电磁制动器的接触器应连接输出端子。应各自配备一台异步电动机，通过控制其正传或反转，使动力作用于起重臂上的小车上或齿轮传动系，达到对吊塔的变幅机构和旋转机构动作的驱动。此外，需用一台可以用三种不同速度完成正反转的三速电机控制塔吊的起升机构，可以实现不同的提升或下降速度。操作人员通过向PLC中输入控制命令便可以控制起重机的一系列动作。此外，应用PLC控制还可以设置限位保护功能，如若出现故障，可以马上停止操作。
3.2 基本应用情况及优点
鼠笼式电机在启动时，其冲击电流很大，严重冲击起重机设备，且噪声较大，长期运行必然缩短设备的使用寿命、降低设备的性能。应用PLC配合变频器对塔机、龙门式起重机进行控制，可以有效解决电流冲击的问题，提升了系统的稳定性。以四川建筑机械厂生产的40吨塔吊（C7050B）为例，其系统包括一个操作台和对应的两个柜体，其中两台FR-A740变频器配合PLC共同构成了两个柜体的控制系统。利用可编程控制器对变频器的控制，实现了电机软起动的功能，且可以以多段速运行。在PLC中加入限位，并将制动装置加设到变频器上，可以准确定位，使得在控制刹车时，即便电动机未以高速运行，也可以达到200%力矩输出制动转矩，当制动器故障时，重物也不会出现下滑事故，同时能够防止出现溜钩现象，大为提升塔吊、龙门起重机的制动性能。控制系统中使用了PLC，不但对其控制回路有大规模简化，还实现了逻辑控制，提高了系统的可靠性，出现故障的几率大为减少。
综上，利用PLC并配合变频器对塔机、龙门式起重机进行变频控制，可以有效提高整机性能：例如可以使起升行走更加平滑、稳定，可以使被吊物件准确定位。上下、左右、前后整个立体面的操作都可以实现无级变速，适合各种工况要求。并且变频器具有限流作用，可以减少启动时对电网冲击，有利于同范围内内其它设备正常运行。
4 结语
目前，多数电力起重机械在其控制方面仍采用传统的用多个继电器对各个控制回路进行控制的分布式控制方式，这种方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能严重。相比之下，采用PLC对电力起重机械进行控制，在很大程度上减少了设备的维护成本，提高了系统工作效率，并且利用PLC中的PID模块，可以将带有闭环控制的变频调速技术应用于起重机控制中，提高了机器的可调速性，进而达到减小能耗、提高节能效果、提高系统调节质量的目的，从而使起重机械能够经济可靠地运行。
参考文献：
[1]王国伟，李佳新.起重机械PLC控制系统的抗干扰问题[J].起重运输机械，2010，（10）；187-188.
[2]彭良玉，徐长浩.逻辑可编程控制器原理及应用[M].华南理工大学出版社有限公司，2011，（03）；167-168.
关键词：PLC；可编程逻辑控制器；电力起重机械；应用
1 引言
电力起重机械有非常广的应用层面，例如在建筑施工、煤矿开采、运输物流等行业，作为这些行业不可缺少的动力来源，其应用量非常大。但是，低效率和高故障率的传统施工机械并不能满足电力行业迅猛发展的要求。近些年来，随着逻辑可编程控制器的发展，使得用PLC对电力起重机械进行控制成为了可能，尤其在诸如汽车式起重机、塔式或龙门式起重机这类大型起重机械中，使用PLC对其进行控制的普及，起到了对大型机械的改造和完善的作用，有效的提升了机械的自动化水平。使用PLC并配合计算机技术和微电子技术，还可以对电力机械的控制回路进行简化，在实现传统顺序控制的同时，还可以轻松实现执行逻辑功能，提高了回路调节的能力，完善了程控系统。并且由于应用PLC对系统进行控制，具有较强的抗干扰能力，对工作环境要求不高，可以替代传统的用继电器进行控制和操作的方法。因此，采用PLC实现对起重机械的自动化控制，除了编程不复杂、操作可靠等优点外，还具有很好的控制效果。
2 在汽车式起重机中的应用
2.1 应用基本原理
汽车式起重机的传统控制方法是利用低压直流继电器对电气回路进行控制，在这种控制方法中，回路中的继电器受电后各触点被制约，常闭触点处于吸合状态，常开触点处于断开状态，这类控制形式称为并行工作方式。其中利用继电器控制的部位主要包括：起重壁的伸缩开关、起升限位升降开关、回转限位开关等。但是，对于实现起重机复杂的动作、控制较为复杂的开关、完善机械操作系统、提高显示功能等，利用继电器变显得捉襟见肘，此时便需应用PLC进行编程。在PLC控制方法中，其多以梯形图控制形式实现，控制回路中各软继电器处在“待机”状态，即一直被循环扫描，等待接通。程序扫描的顺序确定了各继电器的动作的先后，这类控制形式称为并行工作方式串行工作方式。
2.2 基本应用情况及优点
西门子公司是最先开发并应用PLC控制的厂商，随后全球众多厂家也开始涉及这一领域，PLC产品中较为出色的是西门子s7-200系列和三菱FR系列，它们都是集CPU、电源、数字I/O于一体的优秀产品。使用PLC替代继电器实现回转停机控制动作，优点主要为：一是减少继电器反复开关动作，使故障率加大幅度降低。二是将复杂的开关控制改为编程控制，实现高度集成化，节省空间。三是接线方便，使用可插拔整机端子。四是使用编程控制具备记忆功能。
2.3 应用实例分析
以S7-200系列PLC控制为例，使汽车式起重机能够实现以下动作：向左回转200°，之后向右分别回转200°，再向左回转200°，最后限位动作使其停止自动回轉。若利用继电器对此系列动作进行控制，主要是利用开关限位接触开关来控制继电器，其中各个继电器受的开关状态控制采用逻辑真值表对应。并且为实现此系列动作，其继电器电路中继电器数量最少需要5个，并且需要引入11个继电器辅助触点对线路实现控制，电路很复杂，虽然用继电器实现的方案能够完成动作，但是这一电路没有记忆功能，倘若在回转过程中失电，那么起重机停留的位置将被误认为初始位置，再次得电动作时会发生错误，想要对其进行纠正，需将起重机恢复到正确初始位置，可见断电情况下，这类方案的模拟逻辑回路的缺点是在停电的情况下不能限位停机。
若应用PLC控制实现上述一系列动作，在PLC逻辑控制方案中，首先应编写对应逻辑动作的程序，然后将程序导入PLC存储模块，再将输入端子分别连接对应的开关量，再将所对应的输出端子连接两个继电器，经过这些步骤后，开关量的动作将反映给PLC的处理器，经处理后通过输出端子直接控制继电器得失电。在此方案中，电路的结构较为简单，用到的继电器数量也相对较少，并且PLC中有自带内部电源，遇到突发断电情况，其编程控制具备记忆功能，可以准确的记录起重机断电时停留的位置的电平信号
2.4 其它辅助系统应用
在诸如汽车起重臂的仰角自动校正这类辅助系统中，应用PLC对其进行控制也能达到良好的效果：起重臂多由电液比例伺服直动式多路换向阀和PCD线控比例控制系统，双卷扬配专用吊具进行作业，要求吊具仰角大于7度或小于5度时，自动控制卷扬机减速，可以通过信号传输，当比例信号大于4伏时，PLC输出高电平，判断为起升动作，反之同理，实现良好控制。
3 在塔式、龙门式起重机中的应用
3.1 应用基本原理
应用PLC对塔机、龙门式起重机进行控制的原理框图如图1所示。从图中可见，为使塔式、龙门式起重机能够完成多种复杂动作、具备回转启动功能，并且使其具备停机平滑调速功能，目前较为主流的方法是应用变频器配合PLC对控制回路进行操控，其动力来源不同于汽车式起重机的液压驱动方式，塔式、龙门式起重机的动力来源应该用380V直流电压驱动电动机获取。为了能够提升调速性能，其电动机多采用多速电机；为了消除电机工作时的冲击力，并降低噪声，需建立软连接缓冲，为此应在电机与控制回路之间加设液力耦合器。
为达到平滑无级调速，其基本方法是用SPWM正弦波去驱动异步电动机，正弦波的获取需要用将电压和频率均可变的交流电输入给微处理器，进行正弦脉宽调制。为此，首先应将工业电（380V、50Hz）的交流电利用整流器整流成为平滑的直流电，然后通过三相逆变器再将平滑的直流电转变为电压和频率均可变的交流电，其中三相逆变器由诸如IGBT、晶闸管和三极管等半导体器件所组成，以上步骤可以成为交流-直流-交流的变频方式。
在配置PLC的硬件方面，需要根据控制塔机具体需要的输入、输出量决定。常规情况下控制吊塔的旋转机构的电机正反转的接触器应连接输入端子，控制电磁制动器的接触器应连接输出端子。应各自配备一台异步电动机，通过控制其正传或反转，使动力作用于起重臂上的小车上或齿轮传动系，达到对吊塔的变幅机构和旋转机构动作的驱动。此外，需用一台可以用三种不同速度完成正反转的三速电机控制塔吊的起升机构，可以实现不同的提升或下降速度。操作人员通过向PLC中输入控制命令便可以控制起重机的一系列动作。此外，应用PLC控制还可以设置限位保护功能，如若出现故障，可以马上停止操作。
3.2 基本应用情况及优点
鼠笼式电机在启动时，其冲击电流很大，严重冲击起重机设备，且噪声较大，长期运行必然缩短设备的使用寿命、降低设备的性能。应用PLC配合变频器对塔机、龙门式起重机进行控制，可以有效解决电流冲击的问题，提升了系统的稳定性。以四川建筑机械厂生产的40吨塔吊（C7050B）为例，其系统包括一个操作台和对应的两个柜体，其中两台FR-A740变频器配合PLC共同构成了两个柜体的控制系统。利用可编程控制器对变频器的控制，实现了电机软起动的功能，且可以以多段速运行。在PLC中加入限位，并将制动装置加设到变频器上，可以准确定位，使得在控制刹车时，即便电动机未以高速运行，也可以达到200%力矩输出制动转矩，当制动器故障时，重物也不会出现下滑事故，同时能够防止出现溜钩现象，大为提升塔吊、龙门起重机的制动性能。控制系统中使用了PLC，不但对其控制回路有大规模简化，还实现了逻辑控制，提高了系统的可靠性，出现故障的几率大为减少。
综上，利用PLC并配合变频器对塔机、龙门式起重机进行变频控制，可以有效提高整机性能：例如可以使起升行走更加平滑、稳定，可以使被吊物件准确定位。上下、左右、前后整个立体面的操作都可以实现无级变速，适合各种工况要求。并且变频器具有限流作用，可以减少启动时对电网冲击，有利于同范围内内其它设备正常运行。
4 结语
目前，多数电力起重机械在其控制方面仍采用传统的用多个继电器对各个控制回路进行控制的分布式控制方式，这种方式不但可靠性差、效率低下，而且耗能严重。相比之下，采用PLC对电力起重机械进行控制，在很大程度上减少了设备的维护成本，提高了系统工作效率，并且利用PLC中的PID模块，可以将带有闭环控制的变频调速技术应用于起重机控制中，提高了机器的可调速性，进而达到减小能耗、提高节能效果、提高系统调节质量的目的，从而使起重机械能够经济可靠地运行。
参考文献：
[1]王国伟，李佳新.起重机械PLC控制系统的抗干扰问题[J].起重运输机械，2010，（10）；187-188.
[2]彭良玉，徐长浩.逻辑可编程控制器原理及应用[M].华南理工大学出版社有限公司，2011，（03）；167-168.