PLC和旋转编码器在塔式起重机位置控制中的应用.pdf

DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 6 ． 0 4 2 P L C和旋转编码器在塔式起重机位置控制中的应用 翁振粤 广 东省建筑科 学研 究院， 广 东广州 5 1 0 6 4 0 摘要 在塔式起重机小车变幅及起升机构传动控制系统中，很多时候都会涉及到频繁定位问题，即要求能在不同的定位点控制 牵引机构的启停 ，同时也能方便直观地显示出当前的位置。介绍一种方法 ，通过旋转编码器输出的角位移信号进行辨向和计 数 ，再使用P L C 对辨向信号和计数信号进行处理，得到牵引机构在垂直方向以及水平方向运动的位移值并在触摸屏上显示，从 而实 现精确 定位 。 关键词位置控制；定位 ； P L C ；旋转编码器；触摸屏 中图分类号 T H 2 1 3 ．3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 0 60 1 5 70 3 Ap p l i c a t i o n o f P LC a n d Ro t a r y En c o d e r i n Po s i t i o n Co n t r o l o f To we r Cr a n e WE NG Z h e n y u e G u a n g d o n g P r o v i n c i a l A c a d e my o f B u i l d i n g R e s e a r c h ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ，C h i n a Ab s t r ac t Th e pr o b l e m o fe q u e n t l o c a t i o n o fte n a r i s e s i n t o we r c r a n e t r o l l e y a s we l l a s i n d r i v e a n d c o n t r o l s y s t e m o f h o i s t i n g me c h a n i s m，t h a t i s，t h e s t a r t／ s t o p o f t r a c t i o n g e a r s c a n b e c o n t r o l l e d a t d i ffe r e n t a n c h o r p o i nt s wh i l e t h e c u r r e n t p o s i t i o n c a n b e d i s p l a y e d d i r e c t l y ．T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a wa y o f s e n s i n g a n d c o u n t i n g t h e a n g u l ar d i s p l a c e me n t s i g n a l s e x p o se d b y r o t a r y e n c o d e r s ． Th e s e s e n s e d a n d c o u n t e d s i g n a l s a r e p r o c e s s e d b y PL C S O t ha t t h e v e ai c a l a n d h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t v a l u e s o f t h e t r a c t i o n g e a r s a r e me a s u r e d a n d d i s p l a y e d o n t h e t o u c h s c r e e n i n o r d e r t o r e a l i z e a c c u r a t e l o c a t i n g ． Ke y wo r ds p o s i t i o n c o n t r o l ； l o c a t i ng ； PL C； r o t a ry e n c o d e r ； t o u c h s c r e e n 1 概述 塔式起重机是臂架安置在垂 直的塔身顶部的 可 回转臂架 型起重机。塔式起重机又称塔机或塔 吊，是现代工程建设中一种主要的起重机械川 。 目前大部分的塔机由于牵引小车牵引幅度过 大 长达上百米以及起升高度太高，操控人员 很难在工作室内通过 目测的方式得到准确数据， 一 般都是通过地面指挥人员利用对讲机协助操控 人员反复移动工件得 到大致位置 ，这就给操作者 带来了很多不便，大大降低了工作效率 ，亦有可 能造成安全事故。 此外 ，G B ／ T 5 0 3 1 - 2 0 0 8 塔式起重机 国家 标准中第5 ．6 ． 1 2 ．2 条明确指出塔机应安装有显示记 录装置，该装置应以图形和／ 或字符方式向司机显 示塔机当前主要工作参数和额定能力参数 。主要 工作参数又包括塔机的工作幅度和起升高度，因 此在原有塔机的基础上加装一套数控显示系统对 上述参数进行测量就显得尤为重要 了。 2改造的可行性分析 塔机起吊货物的工作主要是由牵引小车组成 的牵 引钢丝绳 系统 以及与电机连接的起升钢丝绳 绕绳系统来完成。牵引小车在吊臂上前进或后退 带动货物作水平方 向的移动 ，与电机相连的起升 钢丝绳系统则控制货物在垂直方 向的上升下降运 动。该旋转编码器安装在牵引卷筒的卷轴中心并 随牵引卷筒旋转，牵引卷筒由牵引电机驱动，当 牵引卷筒运转时，牵引小车运动，此时旋转编码 器随牵引卷轴运动并 向P L C系统发出连续的A B相 脉冲，P L C 系统接收到这些脉冲通过计算即可转 换为牵引小车的位置。 目前大多 P L C都具有高速计数器功能 ，不需 增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上 收稿 日期 2 0 1 2 1 22 0 r 。 。 。 ’ ’ ’ ’ 。 。 。 ’ 。 。 。 _ 。 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 - 。 。 。 。 。 ’ ’ ’ ’ ’ _ ’ ’ 。 _ 。 ’ 一 [ 1 1 5 7 翁振粤P L C 和旋转编码器在塔式起重机位置控制 中的应用 应 接 。编码 器 的 C O M端 与 P L C输入 C O M端 连接 ， A、B两 相 脉 冲 输 出线 直 接 与 P L C的输 人端 连 接 ，连接 时要注意 P L C输人 的响应时问 。有的旋 转编码器还有一条屏蔽线 ，使用时要将屏蔽线接 地 。 此 工程 中程 序 的难 点 主要 在于数 据 的处理 上。在牵引机构工作过程中除手动让重物进行水 平和起升外 ，还要实现在触摸屏上设定数据让重 物在具体位置定位功能 ，并且触摸屏上还要即时 显示定位机构的当前位置 。为 了简化程序 中的计 算 ，采用 了两个 高速计数器 C 2 5 1 和 C 2 5 3 。C 2 5 1 通过计算前进后退的脉冲数，再进行换算后用于 显示牵引机构水平方 向的当前位置 ；C 2 5 3 通过计 算上 升和下降的脉冲数 ，再进行换算后用于显示 牵引机构垂直方向的当前位置 。定位过程是这样 的，以水平移动为例 ，在触摸屏上设置好需要定 位的位置后 ，通过计算把需要的脉冲数送到一个 D 寄存器，根据机构前进还是后退C 2 5 1 进行加减 计数 ，时刻比较D寄存器与C 2 5 1 中的数值，根据 比较结果驱动相应的输 出点对变频器进行输出频 率的控制 ，实现接近设定值时进给速度变慢 ，从 而达到精确定位 。图 3 是水平方向距离 显示 的部 分程序。 图3 P L C 控制系统编程 根据上面计算得知 ，编码器发 出一个脉冲相 当于走了0 ． 0 0 3 1 4 m。也就是一个脉冲当量的距离 为 0 ． 0 0 3 1 4 1 1 3 D 2 0 0 ，C 2 5 1 表示 的 当前 的脉 冲 数 ，用脉 冲当量乘 以脉冲数即可得到 当前的距离 D 2 0 4 ，单位为米。X 6 为初始位置触发点 ，当 X6 有效时，把 当前 的距离通过换算成D 2 0 6 初始 位置 后输入 C 2 5 1 即可初始位置复位 。垂直方向 等控制程序类似 。 5结束语 塔式起重机是房屋建筑等生产的关键设备 ， 采用旋转编码器和P L C 构成的实时监测系统对钢 丝绳与卷筒之 间的相对 滑动进行实 时监测 ，具有 以下特点。 1 操作灵 活。用户只需要通过触摸屏 即可 监视和控制负载的位置。 2 可靠性高 。系统易操作 ，编程简单 ， P L C 抗干扰能力强 。 3 控制精度高。旋转编码器是一种精密元 件 ，试用P L C 高速计数器采集数据，利用P L C的 强大计算功能精确地计算车卷筒和钢丝绳之间的 相对滑动距离。 4 现场安装方便，试用寿命长，旋转编码 器 小巧 ，而 P L C大 多采用 模块 式组合 ，安 装方 便。采用光电码盘的旋转编码器无机械损耗，试 用寿命长。 该应用彻底告别 了以往靠人工 、靠估计 的历 史，极大地提高了工作效率和安全系数。 参考文献 [ 1 ]孙在鲁． 塔式起重机应用技术 [ M]． 北京中国建材 工 业 出版 社 ．2 0 0 3 ． [ 2 ]G B ／ T 5 0 3 1 2 0 0 8 ． 塔式起重机 [ S ]． [ 3 ]王信义． 机电一体化技术手册 [ M]． 北京机械工业 出版 社 ．1 9 9 4 ． [ 4 ]常春． 光电旋转编码器的研究与应用 [ J ]．仪表技术 与传感器 ，2 0 0 1 1 2 3 4 3 5 ． [ 5 ]三菱公 司． 三菱 P L C ． F X系列全部技术手册 [ Z ]． 2 011 作者简介翁振粤，男 ，1 9 8 3 年生 ，广东梅州人 ，硕士， 工程师。研究领域控制工程 、建筑工程检测。已发表论 文 4 篇 。 编辑 王智圣 [二二 二 I 二 二 [