關(guān)鍵詞：安全生產(chǎn) 橋式起重機(jī) 行星齒輪減速機(jī) PLC

    1 前言

    可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)生于1969年，最初只具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。英文名稱為：PROGRAMMABLE LOGICAL CONTROLLER，簡(jiǎn)稱PLC。隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其性能指標(biāo)也進(jìn)一步完善，完全適應(yīng)起重機(jī)等工作場(chǎng)所的需要。可編程控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。它代替了傳統(tǒng)的硬接線的邏輯控制電路，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)控制。

    本文中所涉及的是西門子S7系列PLC，它的特點(diǎn)是體積小、功能強(qiáng)、時(shí)間相應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制精度可以隨工藝而改變同時(shí)具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，因此被廣泛應(yīng)用到機(jī)械制造、冶金、交通、電子紡織、印刷等工業(yè)領(lǐng)域，作為通用的自動(dòng)控制設(shè)備，它既可以用于單一機(jī)電設(shè)備的控制，也可用于工藝流程的控制。它易與計(jì)算機(jī)連接，維修方便，這是傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上的。

    2 行星齒輪減速機(jī)

    2.1行星齒輪減速機(jī)的工作原理

    行星齒輪減速機(jī)的齒輪，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線是不固定的，而是安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架上，行星齒輪除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)之外，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"自轉(zhuǎn)"，繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為"公轉(zhuǎn)"，就象太陽(yáng)系中的行星那樣，因此得名。

    也如太陽(yáng)系一樣，成為行星齒輪公轉(zhuǎn)中心的那些軸線固定的齒輪被稱為"太陽(yáng)輪"， 在一個(gè)行星齒輪上、或者在兩個(gè)互相固定連接的行星齒輪上通常有兩個(gè)嚙合點(diǎn)，分別與兩個(gè)太陽(yáng)輪發(fā)生關(guān)系。內(nèi)齒輪軸線與外齒輪軸線重合，也是太陽(yáng)輪。

    2.2行星齒輪減速機(jī)的缺點(diǎn)

    由于一套行星齒輪無(wú)法滿足較大的傳動(dòng)比，有時(shí)需要二套或三套來(lái)滿足用戶對(duì)較大傳動(dòng)比的要求。由于增加了行星齒輪的數(shù)量，所以二級(jí)或三機(jī)減速級(jí)的長(zhǎng)度會(huì)有所增加，效率會(huì)有所下降。另外，由于行星齒輪減速機(jī)安裝有差速器，如果是多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它可以調(diào)節(jié)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速上轉(zhuǎn)速差，保證輸出的穩(wěn)定。但是由于差速的原因，當(dāng)高速側(cè)發(fā)生故障后，低速側(cè)就完全失去了控制，因?yàn)橹苿?dòng)器是安裝在高速側(cè)，這是相當(dāng)危險(xiǎn)的，如果這時(shí)起重機(jī)正在吊運(yùn)重物，那么重物就會(huì)在沒(méi)有任何保護(hù)和制動(dòng)的情況下，墜落到地面。

    由于行星齒輪減速機(jī)存在的這些缺點(diǎn)，對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)的影響是非常大的，因此，必須針對(duì)它存在的問(wèn)題，采取必要的措施，以保證企業(yè)的安全生產(chǎn)。我廠所屬的幾部80T以上的大噸位起重機(jī)，其起升系統(tǒng)均采用的是行星齒輪減速機(jī)，作業(yè)任務(wù)是吊運(yùn)液體金屬，對(duì)其安全性要求相當(dāng)高，因此國(guó)家要求在吊運(yùn)液體金屬的、屬于行星齒輪減速機(jī)的起重機(jī)上安裝利用PLC控制的安全制動(dòng)系統(tǒng)。

    3 解決方案

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    3.1方案原理

    采用可編程控制器及編碼器采集電動(dòng)機(jī)和卷筒上的轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部程序進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出系統(tǒng)目前是否工作在正常狀態(tài)，并做出相應(yīng)的判斷。如果出現(xiàn)機(jī)械方面故障，首先切斷起升機(jī)構(gòu)的電源；同時(shí)發(fā)出指令，通知卷筒上的液壓盤式制動(dòng)器動(dòng)作，迅速對(duì)卷筒進(jìn)行制動(dòng)，來(lái)避免安全事故的發(fā)生。

    3.2工作原理

    首先，選擇一個(gè)（1＃卷筒）卷筒的編碼器信號(hào)作為基準(zhǔn)，每當(dāng)采集到80個(gè)脈沖信號(hào)，便將此信號(hào)同其他編碼器采集到的信號(hào)進(jìn)行比較。如果沒(méi)有誤差或錯(cuò)誤，則重新開(kāi)始下一次計(jì)數(shù)與比較，如果發(fā)現(xiàn)存在誤差或錯(cuò)誤，就會(huì)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，控制液壓制動(dòng)器動(dòng)作將低速的卷筒抱死。

    1＃卷筒如果 采集并發(fā)出80個(gè)脈沖信號(hào)，那么對(duì)應(yīng)2＃卷筒也應(yīng)該是80個(gè)脈沖信號(hào)，我們考慮到機(jī)械傳動(dòng)中存在的誤差，所以給出了故障動(dòng)作的信號(hào)范圍是：≤60或者≥100,即采集信號(hào)正常的范圍是在60～100個(gè)脈沖之間。1＃、2＃卷筒之間做比較，如果這時(shí)兩個(gè)卷筒有一個(gè)發(fā)生了故障，則脈沖信號(hào)的這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系便會(huì)被打破，制動(dòng)器就會(huì)動(dòng)作保護(hù)。

    同時(shí)，卷筒和電機(jī)的脈沖信號(hào)也在做比較，比較計(jì)算的數(shù)值為：80個(gè)脈沖×173.5＝13880個(gè)脈沖（注：173.5是減速機(jī)減速比）。這是為了檢測(cè)高速側(cè)的信號(hào)，當(dāng)高速輸入出現(xiàn)斷軸等故障時(shí)，也會(huì)打破脈沖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，制動(dòng)器也會(huì)動(dòng)作保護(hù)。同樣考慮到機(jī)械傳動(dòng)中存在的誤差，我們給定的范圍是：≤12000或者≥15000，即高速側(cè)的脈沖工作的正常范圍是：12000～15000。

    由于采集的數(shù)據(jù)比較小，經(jīng)過(guò)我們的計(jì)算，得出：若以1＃卷筒為基準(zhǔn)，當(dāng)高速側(cè)發(fā)生故障時(shí)，反映到卷筒鋼絲繩上的長(zhǎng)度僅有40cm，可以看出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是靈敏可靠的。

    3.3硬件組成

    該系統(tǒng)的硬件組成分為機(jī)械部分和電氣部分。其中機(jī)械部分包括：液壓系統(tǒng)、液壓盤式制動(dòng)器、油路等組成； 電氣部分包括：西門子S7－200 PLC、差分脈沖編碼器、電氣控制箱、編程用筆記本電腦、屏蔽電纜線等

    3.4安裝及維護(hù)

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    由于該系統(tǒng)的特殊作用，因此在安裝時(shí)要特別的仔細(xì)，特別是編碼器和油路方面的安裝。編碼器一共有四個(gè)，分別安裝在兩個(gè)卷筒和兩臺(tái)電機(jī)上，安裝時(shí)一定要將編碼器固定牢固，否則將會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸造成很大的影響，另外，在和卷筒與電機(jī)的軸連接時(shí)要注意，軸的中心要盡可能的在一條直線上，如果安裝不好會(huì)造成編碼器的損壞以及信號(hào)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。其次，在冶金企業(yè)里面，環(huán)境比較惡劣，所有的電氣設(shè)備一定做好防塵工作。

    安全制動(dòng)器是為了在機(jī)械傳動(dòng)故障時(shí)，防止起重機(jī)發(fā)生事故的最后一道防線，因此維護(hù)工作是相當(dāng)重要的，重點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    設(shè)備的衛(wèi)生狀況要良好；

    檢查編碼器的工作是否正常；

    PLC的輸入輸出指示燈，工作良好；

    人為的制造故障，安全制動(dòng)器是否可以起到保護(hù)作用。

    所有的油路和油管連接必須牢固，密封良好。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    我們利用了的一段時(shí)間在我廠80T以上的起重機(jī)上，凡是起升機(jī)構(gòu)是行星齒輪減速機(jī)的起重機(jī)，全部安裝了液壓盤式的安全制動(dòng)器。經(jīng)過(guò)了幾年時(shí)間的運(yùn)行，除了個(gè)別車輛由于參數(shù)設(shè)置的不太準(zhǔn)確發(fā)生了幾次誤動(dòng)作以外，其他車輛均運(yùn)行良好，為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。