1、引言

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

目前大部分的塔機在工作室由于牽引小車牽引 幅度過大長達上百米以及起升高度太高，操控 人員很難通過目測的方式得到準確數(shù)據(jù)，一般都是 通過地面指揮人員利用對講機協(xié)助操控人員反復(fù)移 動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^國家標 準中第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/ 或字符方式向司機顯示塔機當前主要工作參數(shù)和額 定能力參數(shù)H主要工作參數(shù)又包括塔機的工作幅 度和起升高度,因此在原有塔機的基礎(chǔ)上加裝一套 數(shù)控顯示的安全監(jiān)控系統(tǒng)對上述參數(shù)進行測量就顯得尤為重要了

2、塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

塔機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：由于電機的運 作，聯(lián)軸器帶&穿繞在卷筒上的鋼絲繩運動，從而 實現(xiàn)物體在垂直水平方向中運動本人通過長期 對塔機的研究，k現(xiàn)幾個特點：（1所有塔機的 起升變幅機構(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 的轉(zhuǎn)速普遍在60m/<11 in以下 '

結(jié)合上述特點，分析加裝塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的 可行性：我們可以利用齒輪嚙合的特點，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進行辨向和計數(shù)，再使用PLC對辨向信號和 計數(shù)信號進行處理，得到牽引機構(gòu)在垂直方向以及 水平方向運動的位移值并在觸摸屏上顯示，從而實現(xiàn)精確定位整個安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成方案如圖

目前大多PLC都具有高速計數(shù)器功能，不需 增加特殊功能單元就可以處理頻率高達幾十或上百 KHz的脈沖信號而塔機對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&通過對塔機 垂直方向水平方向運動信號通過齒輪嚙合進行采 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)又可以滿足測量的精度要求在測量 時，讓PLC對所接收的脈沖數(shù)與設(shè)定數(shù)值進行比 較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動相應(yīng)的輸出點對牽引小車變 頻器進行輸出頻率的控制，實現(xiàn)接近設(shè)定值時電機 輸出頻率降低，從而減小系統(tǒng)慣性，達到精確定位 的目的m

圖2為塔機安全監(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2個編碼器的信號高 速計數(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)測量裝置，它能 將被測的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號高速脈沖信 號&]因此可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接 輸入給PLC,利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信 號進行計數(shù)，以獲得測量結(jié)果編碼器的選取要符 合兩個方面，一是PLC接收的最高脈沖頻率，二 是測量的精度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個脈噸的 以測量水平方向位移為例，電機最高轉(zhuǎn)速是1500 $專/分（25轉(zhuǎn)/秒卷揚機卷筒直徑為400毫米， 卷揚機卷筒大齒輪數(shù)為40,檢測用的減速小齒輪 數(shù)10,齒輪減速比為4驗證如下：

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

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

同時由上面的數(shù)據(jù)知道系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖行走 了 3.14mm 由于系統(tǒng)脈沖最高頻率遠遠低于PLC 采用的最高頻率，因此滿足了第一個條件；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防護殼，以加強 對其進行保護

Q在安裝使用時不要劇烈震動和敲打，安裝 于檢測齒輪上的編碼器要求其安裝與傳動軸誤差不 大于0.2mm

0信號傳輸時用屏蔽電纜，屏蔽線接地

谷選用不怕雨水灰塵，耐酸堿腐蝕防護等級IP68的工業(yè)級編“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（以垂直向為 例

本軟件設(shè)計重點主要在于數(shù)據(jù)采集及計算上； 本設(shè)計中采用了兩個高速計數(shù)器C251和C253來 簡化設(shè)計其中C251通過計算前進后退的脈沖 數(shù)，再進行換算后用于顯示牽引機構(gòu)水平方向的當 前位置；C253通過計算上升和下降的脈沖數(shù)，再 進行換算后用于顯示牽引機構(gòu)垂直方向的當前位 置；以垂直移動為例簡述定位過程，在觸摸屏上設(shè) 置好需要定位的位置后，通過計算把需要的脈沖數(shù) 送到一個D寄存器，根據(jù)機構(gòu)上升還是下降C253 進行加減計數(shù)，時刻比較D寄存器與C253中的 值，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動相應(yīng)的輸出點對變頻器進行 輸出頻率的控制，實現(xiàn)接近設(shè)定值時進給速度變 慢，從而達到精確定位圖4是垂直方向距離顯示的部分程序

根據(jù)上面計算得知，編碼器發(fā)出一個脈沖相當 于走了 0.00314米也就是一個脈沖當量的距離為 0.00314米0204), C253表示的當前的脈沖數(shù)，用 脈沖當量乘以脈沖數(shù)即可得到當前的距離0210), 單位為米X7為初始位置觸發(fā)點，當X7有效時， 把當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

塔機作為現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑的主要施工機械 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 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)對于塔 機的安全使用具有重大意義通過實際使用的效 果，得出特點：安裝簡便使用壽命長可靠性 高控制精度高、使用簡彳i快捷、成本k '該應(yīng)用能大'大提高塔機的工#效率和安全系 數(shù)，使塔機的使用與監(jiān)控趨于智能化，徹底告別以 往靠人工估算的歷史