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摘要：随着科学技术水平的不断提高，桥式起重机被广泛地应用于国民经济的各个领域之中，其主要的用途是物料搬运、装卸。桥式起重机不仅有利于减轻或代替人们的体力劳动，更有利于提高劳动率。近年来，随着实际作业复杂程度的加大，对桥式起重机的电气控制难度也越来越大，而PLC被广泛地应用其中，并起到了良好的控制效果。基于此，本文从对PLC变频调速的简述出发，对基于PLC的桥式起重机电气控制总体设计以及控制系统设计进行了研究。
关键词：PLC；桥式起重机；电气控制系统设计
引言
桥式起重机主要是依靠按照起升机构与在同一平面内的两个互相垂直的移动，不仅可以在场地上作业，还可以应用于上空作业，是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。它具有承载能力大、工作可靠性高、制造工艺相对简单等优点。但在实际使用中，由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，控制方式为“继电-接触器”控制，采用这种控制方式的起重机机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低；继电-接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高，控制柜体积大；桥式起重机工作环境差，工作任务重时，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。要从根本上解决这些问题，只有彻底改变起重机传统的电气控制方式。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，同时也带动了电气传动和自动控制领域的发展。其中，具有代表性的交流变频调速装置和可编程控制器获得了广泛的应用，基于PLC在桥式起重机电气控制系统中的应用提供了有利条件。
1对PLC变频调速的简述
PLC作为一种在数字运算的基础上进行操作的工程电子系统，已经在各类自动控制系统当中被大范围的使用，有助于对机械设备的运转状态进行控制。其中心部分为一个能够进行编写程序的储存器，之后工作人员将数字输入、模拟输入、定时、控制流程、逻辑运算等一系列程序和指令在编写好之后储存在中心储存器当中、利用I/O设备或者相关接口进行输出，从而在各类机械设备运转和展开生产的过程当中实施控制。PLC可编程控制器本身具备繁多的编程原件以及使用梯形图，因此较为容易上手和掌握，同时也能够满足各种复杂情况下的控制功能，而且因为使用软件替代了继电器，很大程度的减少了触点接触，也直接的提升了系统内部的稳定和可靠性。PLC能够极大地节约电力现在出现的PLC可编程控制器的结合引发的PLC变频调速技术的诞生，则解决了传统旧有的起重机系统工作模式的耗电问题，处理了不合理性，实现了桥式起重机在日常生产生活工程中的广泛运用，符合国家大力提倡的环保节能理念，节能电力。使用PLC变频调速技术，可以在机器电机的负载情况的波动不同的情况下，做到依据各汇总不同的实际工作的需要和场景，控制出适合的电机转速；同时，还可以利用点击的低速转动来增加工程工作的精准度和减少在工程过程中的空隙间隔时间，整体上促进起重机工作效率。在工程工作中，可以利用PLC变频调速技术，进而发挥起重机的高水平的工作能力。
2基于PLC的桥式起重机电气控制总体设计
2.1安全设计要求
桥式起重机PLC完成各种动作的信号输入是通过控制台或控制手柄来完成的。例如起降主副钩、小车前进及后退、大车的左右行等，并且互锁同一动作的不同运动方向及执行装置的速度。设置报警或电铃装置一旦出现故障可自动启动报警。报警应在起重机启动之前，必须是电铃未响前起重机绝对不运行。同时应设置各种限位开关、限制器和紧急断电开关，以满足各种情况下电源报警或自动切断的需要。还应在通道口设置联锁保护电路，以控制门栏。
2.2设计控制信号
控制信号的设计应在桥式起重机的运行结构及情况和主电路分析的基础上进行。控制信号主要包括：主副钩速度、升、降控制信号；大车及小车速度、前、后控制信号；运行的启、止及安全栏的开关；主副升限位、小车前进与后退限位、大车左右行限位等限位信号；超载限动、过流继电器和电铃信号等。共有35个输入信号和反馈信号。输出信号包括：主副钩降、升及其速度，小车高、低速、前、后和高速自保；大车速度、左、右和两个高速自保以及启动信号的输出，紧急停止和电铃输出等共计22个。
3基于PLC的桥式起重机电气控制系统设计
3.1PLC设计
确定PLC设计必须按照以下原则进行：符合控制分析系统要求，按照被控对象的情况来确定动作及其完成的顺序，并概括出顺序的功能；PLC类型的确定应适合工艺要求，确定I/O点类型及点数，估计其内存存量；而后选取相应硬件设计，了解所选PLC产品功能，并根据实际需要对其进行软件编程和设计外电路，绘制出控制系统接线原理图；按照控制系统要求把功能顺序图转为梯形图，并应用软元件列表将其程序用途详细标明，以供设计、维护、调试和检修使用；对PLC控制系统进行模拟调试和现场调试，检查各种外接信号源及控制信号的运行情况，并观察其输入、输出间的变化是否符合要求，并进行调整修改。现在调试时应设置工作方式为“RUN”，进行反复试调，解决所有可能出现的问题。PLC设计部分均用模块化的方法进行，其四个程序模块分别是通信模块、按钮处理模块、故障报警模块和PID控制模块。各个模块的功能分别如下。按钮处理模块主要是好对电机同电磁阀启停控制的处理。通信模块：通信模块主要是对主令控制器和按钮开关等控制指令的接收，使其在CPU系统中运算，利用输出模块把运算结果传送给变频器，进而驱动机器完成运行任务。故障报警模块：PLC程序中，对传感器输入信号不停地扫描，一旦出现超重和变频器故障，程序将立刻切断设备电源，并进行报警。在处理报警时采用组态软件同PLC变量的直接对应方法进行，不需对其编程。
3.2内部逻辑运算原理
PLC通过运行相应的程序来达到一定的控制效果。PLC利用扫描的形式，通过“采集输入量、执行程序、输出控制量”的形式实现程序的运行。该过程就是从第１条指令开始，在无间断或跳转指令时，按照程序存储的相应地址号按一定的顺序逐句运行有关命令，一直到程序的最后一条命令为止，然后再一次从头进行扫描，这样一直循环下去。梯形图的绘制程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式进行。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。另外，依据桥式起重机的工作要求，应注意输入、输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线，触点不能放在线圈的右边。
3.2变频器的确定
电动机工作中交流电源的提供通常是由变频器提供，变频器对电动机调节速度起着重要作用。设计中，通常采用安川CIMR系列专用变频器。此类变频器的使用能够减少大功率电阻中电动转子的使用，减少了电动机的交流接触器和加速接触器的使用。同时，使用变频器能够调整加速时间，使用系统软停止、软启动功能得以有效运行，且使其运行平稳、速度变化平滑及性能更加稳定。另外，变频器能够满足起重机运行中低频、调速需要，防止重载时空中溜钩现象的发生。
结语
总之，PLC控制技术在桥式起重机电路设计中具有重要作用。起重机电气控制系统是整合起重机的核心，这一核心主要通过PLC控制系统的设计来实现。使用PLC控制代替继电器控制系统，不仅完善了电气控制系统，而且还强化了系统电路的保护及安全，更是简化了其系统的控制线路，使其性能更加安全，由此可见，PLC控制系统在桥式起重机中的应用将具有更广阔的前景。
参考文献：
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