1、引言

塔式起重機(jī)是臂架安置在垂直的塔身頂部的可 回轉(zhuǎn)臂架型起重機(jī)塔式起重機(jī)又稱塔機(jī)或塔吊，是現(xiàn)代工程建設(shè)中一種主要的起重機(jī)械'

目前大部分的塔機(jī)在工作室由于牽引小車牽引 幅度過大長(zhǎng)達(dá)上百米以及起升高度太高，操控 人員很難通過目測(cè)的方式得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，一般都是 通過地面指揮人員利用對(duì)講機(jī)協(xié)助操控人員反復(fù)移 動(dòng)工件等得到大致位置，這就給操作者帶來了很多 不便，大大降低了工作效率，亦有可能造成安全事故

此外，GB/T 5031-2008丨塔式起重機(jī)^國家標(biāo) 準(zhǔn)中第5.6.12.2條明確指出塔應(yīng)安裝有顯示記錄 裝置，該裝置應(yīng)以圖形和/或該裝置應(yīng)以圖形和/ 或字符方式向司機(jī)顯示塔機(jī)當(dāng)前主要工作參數(shù)和額 定能力參數(shù)H主要工作參數(shù)又包括塔機(jī)的工作幅 度和起升高度,因此在原有塔機(jī)的基礎(chǔ)上加裝一套 數(shù)控顯示的安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行測(cè)量就顯得尤為重要了

2、塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

塔機(jī)起吊貨物的過程主要為起升變幅與回 轉(zhuǎn)，其中起身變幅的工作原理為：由于電機(jī)的運(yùn) 作，聯(lián)軸器帶&穿繞在卷筒上的鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，從而 實(shí)現(xiàn)物體在垂直水平方向中運(yùn)動(dòng)本人通過長(zhǎng)期 對(duì)塔機(jī)的研究，k現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)：（1所有塔機(jī)的 起升變幅機(jī)構(gòu)均配備有限位裝置，絕大多數(shù)是采 用多I力能轉(zhuǎn)角限位器，該限位器與卷筒的連接方式 均為大小齒輪嚙合的形式；G起升\變幅電機(jī) 的轉(zhuǎn)速普遍在60m/<11 in以下 '

結(jié)合上述特點(diǎn)，分析加裝塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的 可行性：我們可以利用齒輪嚙合的特點(diǎn)，在多功能 轉(zhuǎn)角限位器處加裝一套設(shè)備，即旋轉(zhuǎn)編碼器和可編 程控制器（PL0通過旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的角位移信號(hào)進(jìn)行辨向和計(jì)數(shù)，再使用PLC對(duì)辨向信號(hào)和 計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理，得到牽引機(jī)構(gòu)在垂直方向以及 水平方向運(yùn)動(dòng)的位移值并在觸摸屏上顯示，從而實(shí)現(xiàn)精確定位整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成方案如圖

目前大多PLC都具有高速計(jì)數(shù)器功能，不需 增加特殊功能單元就可以處理頻率高達(dá)幾十或上百 KHz的脈沖信號(hào)而塔機(jī)對(duì)垂直方向水平方向精 度和響應(yīng)速度要求不是很高，因此可&通過對(duì)塔機(jī) 垂直方向水平方向運(yùn)動(dòng)信號(hào)通過齒輪嚙合進(jìn)行采 樣、

合理地選用編碼器，讓脈沖頻率既能在PLC 處理的范圍內(nèi)又可以滿足測(cè)量的精度要求在測(cè)量 時(shí)，讓PLC對(duì)所接收的脈沖數(shù)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比 較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出點(diǎn)對(duì)牽引小車變 頻器進(jìn)行輸出頻率的控制，實(shí)現(xiàn)接近設(shè)定值時(shí)電機(jī) 輸出頻率降低，從而減小系統(tǒng)慣性，達(dá)到精確定位 的目的m

圖2為塔機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)觸摸屏控制界面的示意 圖，從圖中可以看出，通過對(duì)2個(gè)編碼器的信號(hào)高 速計(jì)數(shù)處理得到相應(yīng)的距離在觸摸屏上顯示，也可 以通過觸摸屏設(shè)置數(shù)據(jù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)停留在期望位置

3、編碼器的選取與安裝

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，它能 將被測(cè)的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)高速脈沖信 號(hào)&]因此可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接 輸入給PLC,利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信 號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果編碼器的選取要符 合兩個(gè)方面，一是PLC接收的最高脈沖頻率，二 是測(cè)量的精度0〇毫米我們選用的是編碼器分 辨率是100P/R海轉(zhuǎn)每相輸出100個(gè)脈噸的 以測(cè)量水平方向位移為例，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是1500 $專/分（25轉(zhuǎn)/秒卷揚(yáng)機(jī)卷筒直徑為400毫米， 卷揚(yáng)機(jī)卷筒大齒輪數(shù)為40,檢測(cè)用的減速小齒輪 數(shù)10,齒輪減速比為4驗(yàn)證如下：

本系統(tǒng)脈沖最高頻率=25轉(zhuǎn)/#x 100個(gè)/ Kx2 兩相 /4=1.25KHz

理論測(cè)量分辨率= 3.14 x 400 x 1/(4 x 100)=3.M 毫米=0.00314瞇）

同時(shí)由上面的數(shù)據(jù)知道系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖行走 了 3.14mm 由于系統(tǒng)脈沖最高頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PLC 采用的最高頻率，因此滿足了第一個(gè)條件；我們的 行走距離精度要求是10mm,可知理論精度完全滿 足此要求

在旋轉(zhuǎn)編碼器屬于精密元件，塔機(jī)工作環(huán)境極 為惡劣，在使用中遇到的重要問題是如何抗干擾 具體措施有：

0在編碼器外部再加裝一個(gè)防護(hù)殼，以加強(qiáng) 對(duì)其進(jìn)行保護(hù)

Q在安裝使用時(shí)不要?jiǎng)×艺饎?dòng)和敲打，安裝 于檢測(cè)齒輪上的編碼器要求其安裝與傳動(dòng)軸誤差不 大于0.2mm

0信號(hào)傳輸時(shí)用屏蔽電纜，屏蔽線接地

谷選用不怕雨水灰塵，耐酸堿腐蝕防護(hù)等級(jí)IP68的工業(yè)級(jí)編“器 '

4、PLC控制系統(tǒng)編程

本文以三菱FX2N系列PLC與精工SEIKO型 旋轉(zhuǎn)編碼器為例，介紹編碼器與PLC的硬件接線 方式以及編程e

旋轉(zhuǎn)編碼器有4條引線，其中2條是脈沖輸出 線，1條是COM端線，1條是電源線編碼器的電 源可以是外接電源，也可直接使用PLC的DC24V電源電源端要與編碼器的COM端連接,“+”與編碼器的電源端連接編碼器的COM端與 PLC輸入COM端連接，A B兩相脈沖輸出線直接 與PLC的輸入端連接如'圖3所示（以垂直向?yàn)?例

本軟件設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要在于數(shù)據(jù)采集及計(jì)算上； 本設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器C251和C253來 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)其中C251通過計(jì)算前進(jìn)后退的脈沖 數(shù)，再進(jìn)行換算后用于顯示牽引機(jī)構(gòu)水平方向的當(dāng) 前位置；C253通過計(jì)算上升和下降的脈沖數(shù)，再 進(jìn)行換算后用于顯示牽引機(jī)構(gòu)垂直方向的當(dāng)前位 置；以垂直移動(dòng)為例簡(jiǎn)述定位過程，在觸摸屏上設(shè) 置好需要定位的位置后，通過計(jì)算把需要的脈沖數(shù) 送到一個(gè)D寄存器，根據(jù)機(jī)構(gòu)上升還是下降C253 進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，時(shí)刻比較D寄存器與C253中的 值，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行 輸出頻率的控制，實(shí)現(xiàn)接近設(shè)定值時(shí)進(jìn)給速度變 慢，從而達(dá)到精確定位圖4是垂直方向距離顯示的部分程序

根據(jù)上面計(jì)算得知，編碼器發(fā)出一個(gè)脈沖相當(dāng) 于走了 0.00314米也就是一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離為 0.00314米0204), C253表示的當(dāng)前的脈沖數(shù)，用 脈沖當(dāng)量乘以脈沖數(shù)即可得到當(dāng)前的距離0210), 單位為米X7為初始位置觸發(fā)點(diǎn)，當(dāng)X7有效時(shí)， 把當(dāng)前的距離通過換算成D207(初始位置)后輸入 C251即可初始位置復(fù)位

5、結(jié)束語

塔機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的主要施工機(jī)械 之一，在現(xiàn)代化建筑施工過程中的應(yīng)用越來越廣 作用越來越大，扮演的角色越來越重要，因此塔機(jī) 的安全操作和使用是建筑業(yè)界十分關(guān)注的問題采 用旋轉(zhuǎn)編碼器和PLC構(gòu)成的安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于塔 機(jī)的安全使用具有重大意義通過實(shí)際使用的效 果，得出特點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)便使用壽命長(zhǎng)可靠性 高控制精度高、使用簡(jiǎn)彳i快捷、成本k '該應(yīng)用能大'大提高塔機(jī)的工#效率和安全系 數(shù)，使塔機(jī)的使用與監(jiān)控趨于智能化，徹底告別以 往靠人工估算的歷史