1.前言

在當(dāng)前“中國(guó)制造２０２５”的大背景下，國(guó)內(nèi)工業(yè)進(jìn)入了新的階段，顯著地特征就是越來(lái)越依賴于自

動(dòng)化、智能化生產(chǎn)，越來(lái)越傾向于流水線生產(chǎn)作業(yè)．在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，電動(dòng)葫蘆越來(lái)越得到廣大國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)和輕型企業(yè)的認(rèn)可與支持，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)、尤其是具備自動(dòng)運(yùn)行的多功能電動(dòng)葫蘆，市場(chǎng)前景十分廣闊．目前國(guó)內(nèi)部分廠家已經(jīng)研制出第一代國(guó)產(chǎn)小車，但其功能單一、可靠性不穩(wěn)定，市場(chǎng)認(rèn)可度不高．本文針對(duì)輕型起重行業(yè)需求設(shè)計(jì)了一種載重量為５噸的小型化、智能化、多功能電動(dòng)葫蘆控制系統(tǒng)，其功能性和可靠性都有所增強(qiáng)．

2.系統(tǒng)組成

５Ｔ智能電動(dòng)葫蘆由起升部分和行走部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖１所示．起升部分電機(jī)采用雙速制動(dòng)減速電機(jī)，通過(guò)改變電機(jī)極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)提升速度為６：１關(guān)系的快慢兩個(gè)速度，快速與慢速結(jié)合使用達(dá)到了真正意義上的操作便捷迅速，定位準(zhǔn)確，行走部分電機(jī)采用變頻制動(dòng)減速電機(jī)，通過(guò)變頻器控制，實(shí)現(xiàn)高低速切換，可滿足電動(dòng)葫蘆行走速度要求．

整個(gè)電動(dòng)葫蘆采用無(wú)線遙控和ＰＬＣ自動(dòng)程序加以控制，所以分為手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種模式．手動(dòng)控制通過(guò)無(wú)線遙控器實(shí)現(xiàn)，完成基本操作：上升、下降、前進(jìn)、后退四個(gè)過(guò)程的雙速控制．自動(dòng)控制通過(guò) ＰＬＣ 程序?qū)崿F(xiàn)，主要完成客戶要求的特定工序或是特定功能的操作，可根據(jù)不同的客戶使用要求定制．整體控制方案如圖２所示．ＰＬＣ接收無(wú)線遙控器信號(hào)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向速度控制，通過(guò)編碼器和限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置控制和保護(hù)，手動(dòng)與自動(dòng)模式通過(guò)遙控器按鍵實(shí)現(xiàn)切換，整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)工作過(guò)程中的超載、過(guò)流、過(guò)熱等突發(fā)情況進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)．如果出現(xiàn)緊急事故，可按下遙控器上的急停按鍵，使設(shè)備停機(jī)。

３ 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

３．１

主電路設(shè)計(jì)對(duì)于起升電路而言，如圖３所示，ＱＡ１為起升電機(jī)上升觸點(diǎn)，ＱＡ２為下降觸點(diǎn)，ＱＡ３為低速運(yùn)行觸點(diǎn)，ＱＡ４為高速運(yùn)行觸點(diǎn)．通過(guò)控制接觸器的觸點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)起升電機(jī)的上升高低速與下降高低速運(yùn)行，而高低速對(duì)應(yīng)的三相電 Ｕ、Ｖ、Ｗ分別接到起升電機(jī)接線盒的對(duì)應(yīng)位置．從而實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)接線方式調(diào)速的目的．對(duì)于行走電路而言，如圖４所示，變頻器 ＡＴＶ７１控制行走電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，ＫＦ１為電機(jī)前進(jìn)觸點(diǎn)，ＫＦ２為后退觸點(diǎn)，ＫＦ３為高低速切換觸點(diǎn)．通過(guò)控制繼電器的觸點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)行走電機(jī)的前進(jìn)高低速與后退高低速運(yùn)行．高低速數(shù)值可通過(guò)變頻器內(nèi)部設(shè)置．起升與行走部分都配有制動(dòng)控制模塊，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)模塊通電，電磁制動(dòng)器吸合，電機(jī)可正常運(yùn)行；當(dāng)設(shè)備停機(jī)或不正常時(shí)，制動(dòng)模塊斷電，電磁制動(dòng)器抱閘電機(jī)，使電機(jī)不會(huì)意外反轉(zhuǎn)，從而保護(hù)貨物與人身安全。

３．２ 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路主要由 ＰＬＣ 控制模塊和線路控制模塊組成． 對(duì)于 ＰＬＣ控制部分，無(wú)線遙控器控制 ＰＬＣ，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)功能．手動(dòng)控制方面，無(wú)線遙控器通過(guò)發(fā)射模塊發(fā)出動(dòng)作指令，接收模塊接收指令，并控制 ＰＬＣ進(jìn)行起升、行走的方向與速度調(diào)節(jié)；自動(dòng)控制方面，針對(duì)電動(dòng)葫蘆特定工序或特定功能，按照一定軌跡周期運(yùn)行，ＰＬＣ 內(nèi)部編有自動(dòng)運(yùn)行程序，通過(guò)遙控器按鈕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)功能切換．如圖５所示．虛線部分為遙控器接收模塊，其信號(hào)輸出到 ＰＬＣ 輸入端，以便于手動(dòng)控制．其中，自動(dòng)按鈕可進(jìn)行模式切換，急停按鈕可使設(shè)備緊急停機(jī)．ＢＧ１－６分別為起升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)限位開(kāi)關(guān)．ＱＡ１、ＱＡ２、ＫＦ６分別為起升電機(jī)上升、下降和高低速線圈．ＫＦ１、ＫＦ２、ＫＦ３分別為行走電機(jī)前進(jìn)、后退和高低速線圈．

對(duì)于線路控制部分，如圖６所示，ＫＦ６為起升電機(jī)高低速選擇觸點(diǎn)，ＫＦ６線圈得電時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合 ＱＡ４得電，此時(shí)為上升高速或下降高速；反之線圈失 電 時(shí)，為上升低速或下降低速．ＱＡ１、ＱＡ２、ＫＦ６的線圈由ＰＬＣ控制．Ｔ１Ｔ２為起升電機(jī)溫度傳感器引入線，當(dāng)溫度傳感器報(bào)警時(shí)觸點(diǎn)斷開(kāi)，控制電路切斷，起升電機(jī)停止工作．ＡＰ為電源監(jiān)測(cè)模塊觸點(diǎn)．Ｔ３Ｔ４為起升超載限制器引入線．３．３ 電氣保護(hù)控制本文設(shè)計(jì)的５Ｔ 智能電動(dòng)葫蘆擁有完善的電氣保護(hù)功能，保障人員安全，設(shè)備穩(wěn)定可靠．除了常規(guī)的短路、斷路、熱繼電器保護(hù)外，本設(shè)計(jì)還采用了以下保護(hù)控制措施．

（１）電機(jī)過(guò)流過(guò)熱保護(hù)．起升部分與行走部分采用的電機(jī)都可在內(nèi)部加裝過(guò)流與過(guò)熱保護(hù)裝置，并將裝置的引出線 Ｔ１Ｔ２串 于 電 機(jī) 控 制 電 路，一 旦出現(xiàn)溫度過(guò)高或是過(guò)流情況，可直接切斷控制電路．

（２）設(shè) 備 電 源 保 護(hù)．配 備 電 源 保 護(hù) 器，用于三相電源保護(hù)，監(jiān)測(cè)相序、缺相、相不平衡、過(guò)壓和欠壓．該保護(hù)器接入電源控制回路，有故障時(shí)立即動(dòng)作，控制觸頭 ＡＰ切斷電路交流接觸器線圈電源，從而達(dá)到交流接觸器主觸頭動(dòng)作，對(duì)負(fù)載進(jìn)行保護(hù)．

（３）限位保護(hù)．當(dāng)電動(dòng)葫蘆運(yùn)行到上下前后極限位置時(shí)，需要有限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)．起升部分采用四級(jí)可調(diào)式旋轉(zhuǎn)起升限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)與卷筒相連，通過(guò)配合將卷筒轉(zhuǎn)數(shù)傳遞到限位裝置，最終輸入到ＰＬＣ，可設(shè)置不同的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)完成下限位—下速度切換—上速度切換—上限位的四級(jí)定位切換功能；行走部分采用十字鉤叉限位器，可以起到控制電動(dòng)葫蘆前后極限位置的作用．

（４）超載保護(hù)．在使用電動(dòng)葫蘆作業(yè)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)超載現(xiàn)象，需要配備超載限制器進(jìn)行保護(hù)．它由電阻應(yīng)變傳感器和信號(hào)控制器兩部分組成．將傳感器部分裝在一根鋼絲繩上，測(cè)量鋼絲繩所承受的載荷，并將數(shù)據(jù)傳送給控制器部分．將控制器觸點(diǎn)引入線串聯(lián)在上升控制電路中，如果過(guò)載將發(fā)出報(bào)警信號(hào)并把觸點(diǎn)斷開(kāi)限制葫蘆繼續(xù)提升重物．此時(shí)吊鉤只能向減小負(fù)荷的方向動(dòng)作，不能向增加負(fù)荷的方向動(dòng)作，對(duì)電動(dòng)葫蘆起到安全保護(hù)的作用．

４ ＰＬＣ程序設(shè)計(jì)

４．１ 手動(dòng)自動(dòng)切換

電動(dòng)葫蘆手動(dòng)、自動(dòng)工作方式是通過(guò)遙控器按鈕進(jìn)行切換的．當(dāng)系統(tǒng)上電后，默認(rèn)為手動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)遙控器按鈕控制電動(dòng)葫蘆完成手動(dòng)操作；如果需要進(jìn)入自動(dòng)操作模式，按下遙控器上的切換按鈕即可切換成自動(dòng)控制模式．如果需要再次變?yōu)槭謩?dòng)控制方式，可再次按下切換按鈕或按下急停按鈕重啟遙控器即可．遙控器有相應(yīng)的互鎖設(shè)置，避免自動(dòng)、手動(dòng)的相互干擾．

４．２ 自動(dòng)循環(huán)方式在自動(dòng)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：

（１）手動(dòng)／自動(dòng)互鎖：系統(tǒng)上電默認(rèn)為手動(dòng)狀態(tài)；主控線圈得電時(shí)，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，轉(zhuǎn)為自動(dòng)狀態(tài)．兩者是互鎖的，獨(dú)立進(jìn)行，互不干擾．

（２）順序延時(shí)：為滿足自動(dòng)程序連續(xù)運(yùn)行的特性要求，對(duì)應(yīng)支路分別串聯(lián)了接通延時(shí)定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器的常開(kāi)觸點(diǎn)作為程序順序運(yùn)行的觸發(fā)信號(hào)，常閉觸點(diǎn)作為自身復(fù)位信號(hào)，起到了橋梁紐帶作用．

（３）高低速切換：豎直方向的高低速切換控制邏輯保證吊鉤在下速度切換與上速度切換之間運(yùn)行

時(shí)，起升電機(jī)為高速擋；在其余兩端區(qū)間運(yùn)行時(shí)，起升電機(jī)為低速擋．這樣可以保證電機(jī)在達(dá)到上下極限時(shí)，減輕負(fù)載沖擊．

（４）自動(dòng)控制起點(diǎn)：由于自動(dòng)控制模式是依據(jù)工作現(xiàn)場(chǎng)特定的工序或功能而設(shè)計(jì)的，所以在執(zhí)行自動(dòng)模式之前，需要將吊鉤的位置手動(dòng)調(diào)整到循環(huán)起點(diǎn)處．

5系統(tǒng)平臺(tái)搭建

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，本文搭建了５噸電動(dòng)葫蘆自動(dòng)控制系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)如圖７所示．起升電機(jī)采用博能雙速制動(dòng) 電 機(jī)，型 號(hào) 為 ＦＣ０７，額 定 功 率 為 ６．１ｋｗ．行走電機(jī)采用博能變頻制動(dòng)電機(jī)，型 號(hào) 為ＣＲＬ３７，額定功率為０．５５ｋｗ．控制器選用西門子 ＰＬＣ２００系列，具體為 ＣＰＵ２２４—ＡＣ／ＤＣ／繼電器型．變頻器采用施耐德異步電機(jī)變頻器 ＡＴＶ７１，控制行走電機(jī)速度．遙控器選用禹鼎成套遙控產(chǎn)品，型號(hào)為Ｆ２－４Ｄ，可將開(kāi)始鍵設(shè)置為復(fù)用功能，用作手動(dòng)／自動(dòng)切換．對(duì)上述系統(tǒng)編寫自動(dòng)控制程序，使其按照如下順序自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行：下降—停止—向右—停止—上升—停止—下降—停止—向左—停止—上升—停止—下降．結(jié)果表明，電動(dòng)葫蘆自動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)確平穩(wěn)，自動(dòng)與手動(dòng)功能切換自如，性能可靠．

結(jié) 語(yǔ)

這次的更新變動(dòng)可以說(shuō)是在電動(dòng)葫蘆領(lǐng)域跨上了一個(gè)臺(tái)階，相信以此為基礎(chǔ)，工業(yè)安全生產(chǎn)會(huì)更快速更好的發(fā)展下去。