基于PLC控制的龙门吊自动转向系统的设计与实现

0 引言

　　随着我国工业技术的迅猛发展，龙门吊车在工业制造中的应用越来越广泛。采用PLC控制的龙门吊能够使生产过程中的可控性和安全性大大提高。本文设计的转向系统是由PLC按照设定的程序对采集到的信号进行集中控制与处理，同时实现了操作管理、设备管理和安全管理的有机统一，优化了控制方法，提高了工作效率。

1 PLC及控制系统的工作原理

　　1.1 PLC工作原理

　　PLC是可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它实质上是一种工业控制计算机，只不过与计算机相比，具有更强的与工业过程相连接的接口，从硬件结构看，如图1所示。

　　PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描方式，其工作过程分为输人处理、内部处理、通信操作、程序执行和输出处理。

　　1.2 控制系统的工作原理

　　龙门吊主要用来吊装各种货物。某些工矿在吊装过程中龙门吊通过限界过小，它与两侧的货架距离只有100mm,为了保证龙门吊能够顺利通过货架，使龙门吊行进方向保持一致，设计研发了PLC控制的自动转向系统，其控制系统工作原理如图2所示。

　　图中龙门吊车底部的转向轮转轴处均安装一个角度传感器，它采用智能磁敏感元件，将机械转动或角位移转化为电信号输出。角度传感器具有分辨率高，温度稳定性好的优点，可适用于水、油、汽、粉尘等恶劣环境，它提供多种输出形式，如模拟量、PWM脉宽调制波等，还可配接显示仪表，角度显示仪表具有选带报警、角度设定、计算机通讯接口和打印接口功能。根据龙门吊通过限界计算最大转向角度，从而当测量轮子转动角度超过50时，传感器产生电压信号并通过AD模块输入PLC控制器。再由过于狭窄发出程序指令，通过变频器控制螺旋升降机，推动转向轮转向。位移传感器是用来反馈螺旋升降机的当前位置，PLC可通过反馈回来的值控制螺旋升降机运动到指定的位置，使轮子转动一定的角度。由于龙门吊车左右各有一对转向轮，所以当一边转向轮开始转向时，为使吊车平稳行驶，需要控制两边转向轮同步转动。

　　如果系统处于自动转向状态，可通过角度传感器检测到轮子的转角数据进行自动转向操作。当龙门吊遇到弯道时，根据已经测量得转弯半径的转角值(50)，通过PLC控制器进行转向。龙门吊四组转向轮有四个角度传感器，当龙门吊向左转向时，角度传感器测得左转角度值，并产生电信号，输入PLC控制器中。再由PLC发出指令，控制螺旋升降机运动，使转向轮向左侧转向。当转向角度值为小于50系统主要检测来自右侧的角度传感器信号，每次使两侧轮子转动一个适当的角度，以免转角过大，撞到防撞墙。左侧角度传感器的检测值也需要获取，但只要距离没有低于警戒俏，即可不做出反应。超过转向角度值50时，进行回转调整。

2 控制系统的设计与实现

　　2.1 控制系统的分析

　　该系统采用PLC程序控制，程序的关键是要理清系统工作过程中实际需要的控制关系，以及控制器中的信号处理及程序指令。其系统功能模块分为信号控制、PLC控制、角度控制和转向控制。信号控制模块产生转向1Cl号，输人PLC控制器;PLC控制模块是系统的核心，控制着整个系统的工作过程，包括信号输入、信号处理、程序执行和输出指令位置控制主要反馈螺旋升降机的位置和角度;转动控制控制着转向轮转向;如图3所示。

　　2.2 控制系统的设计流程及实现

　　在基于PLC控制的系统中，首先控制信号模块中发出转向信号，输入PLC控制器，并山已编好的程序进行处理，再根据位置控制中的反馈信号发出程序指令控制螺旋升降机推动底轮转向。其控制系统设计流程如图4所示。

　　图中信号控制模块中主要由角度传感器测得转角值，当大于某个值时，由此产生电信号，可作为转向信号，输入PLC控制器。PLC是控制系统的核心，电任输入到PLC中利用AD模块进行数据处理，并根据程序执行指令。位置控制中存储螺旋升降机的角度值及当前所在的位置，并反馈到PLC控制器中，PLC根据转向信号和反馈的位置发出控制指令，通过变频器控制螺旋升降机，从而达到自动转向的效果。

3 结论
   
　　控制的龙门吊自动转向系统，该系统运行稳定，自动化性能强，能够快速灵活的控制龙门吊车底部转轮的转动方向与角度，从而大大提高了龙门吊的工作效率。龙门吊行走偏差在可控范围之内，操作方便，安全可靠性高，更避免了经济的损失。