基于PLC技术的起重机防溜钩系统的设计

胡忠华 孙钦友 上海铁路局徐州机务段

起重机在工作过程中，无论是桥式起重机、龙门起重机还是其它形式的起重机，都存在溜钩的危险。当溜钩现象发生时，通常的处理方法是：起重机司机按下紧急停止按钮，强迫起重机断电，制动器制动、阻止吊装物下溜。若司机处理不当或制动器失灵，就可能造成严重的后果。起重机防溜钩系统就是为消除起重机工作过程中的溜钩隐患而研制的。

1 系统组成与作用

"起重机防溜钩系统"由测速装置、PLC控制器、电制动控制装置组成（如图1）。

图1防溜钩系统结构示意图

⑴ 测速装置。测量电机的方向和速度，并将信号送给PLC控制器。

⑵ PLC控制器。PLC控制器是系统的核心，作用是接收并分析测速装置发来的电机方向、速度信号和主令控制器的上升、下降信号，判定溜钩现象发生后向电制动控制装置发出工作指令。

⑶电制动控制装置。电制动装控制置是系统的执行机构，使电机转子产生电制动力矩而制动。

2 技术原理

PLC控制器根据主令控制器的控制信号和电机运行方向及速度自动分析、判断溜钩现象是否发生，一旦判定发生溜钩现象，控制器输出信号到电制动控制装置；电制动控制装置切断原供电系统电源，使起重机制动器失电而抱闸制动，同时给起重机电机定子通直流电，电机转子产生电制动力矩而制动。

3 硬件设计

3.1 测速装置设计

测速装置是系统的原始信号来源，它对控制装置的反应时间和反应速度起决定作用。测速方法有直流电机法、光电穿孔法、旋转编码器等多种。考虑起重机的工作环境条件，测速装置选用抗震动性能好、安装简单的旋转编码器测速方法。

旋转编码器通过一个固定组件固定在起升电机尾部防尘端盖上，电机的防尘端盖中心打一个Φ20mm孔，电机轴与旋转编码器之间用弹性联轴器连接，电机运转时产生其速度和方向脉冲送给控制器，既能测量电机的运行速度，又能测量电机的运行方向。

3.2 控制器设计

控制器是对起重机状态的分析和输出执行信号的装置，它将速度信号、方向信号、主令信号读入并分析比较，起重机工作在正常状态不输出保护执行信号；起重机发生溜钩现象输出保护指令。考虑起重机工作环境、电流冲击、谐波干扰等因素，系统采用PLC控制器作为控制核心（图2为控制器结构示意图）。

图2 控制器硬件结构示意图

⑴检测信号。将电机转速按400倍率的两个相互成900的脉冲信号送给PLC控制器。上升、下降两个主令控制器信号同时送给PLC控制器。

⑵PLC控制器选型。考虑到控制装置的通用性，充分利用PLC控制器编程的灵活性，无论起重机的吨位大小，统一控制器型号。

⑶参数设定。电机的额定速度、起重机的吨位等参数通过文本编辑器输入。

⑷执行指令。PLC控制器输出继电器信号，通过中间继电器输出触点信号。该信号并接在原起重机控制柜中的紧急停止按钮的端子上，一旦控制器输出保护，相当于该紧急停止按下。

3.3 电制动装置设计

在不改变起重机结构、电路的前提下，并接一套控制装置，做到即使制动器失效也能有效制动。该装置将380V三相交流电经半波整流变成直流电，在接收到PLC控制器保护指令后切断起重电机电源，同时给起重电机定子通直流电，电机转子产生电制动力矩制动。

4 PLC控制程序设计

在PLC设置一个计数器以每秒的脉冲数代替主钩运行速度，计数器每秒清零一次。起重机主钩动作顺序设计如下：

⑴上升段。起重机主钩在空中吊起重负荷时，主钩和电气制动配合基本同步，但仍应考虑重力和机械的原因，初始上升力矩不够，主钩会先下溜一小段距离然后再上升；也可能发生慢速下降的现象。如果此时某个电器故障出现，溜钩现象就会发生。我们只要给定允许下溜速度和时间，一旦超过该设定速度，认为溜钩现象产生，立即动作保护。

⑵下降段。在重负荷下降时，电阻调速特性比较软，司机必须采用"点动"制动的方法来控制，这时候司机只能靠经验和感觉来控制重负荷的下降速度。只要设定重负荷下降时的允许最大速度，一旦下降速度超过设定速度，视为溜钩现象产生，立即保护。

5 结束语

防溜钩系统研制成功后，安装在一台32t起重机主钩起升机构上，取得了预期的效果：该起重机自从安装防溜钩装置以来，再也没有发生溜钩现象，不仅作业人员和设备的安全得到了保障，而且起重机司机在作业过程中更加精力专注，提高了作业效率。

该系统与起重机原控制电路采用并接方式，不改变起重机原电气结构，不影响原起重性能，可广泛应用于桥式起重机、门式起重机、龙门起重机、塔式起重机、装卸桥等起升机构中，具有良好的推广应用前景。