PLC 在仿真门座起重机电控系统改造中的应用

摘要：针对我校港口机械专业门机仿真实训室一台门座起重机电控系统大修，结合该机

原有的电控方式和结构布置，提出采用PLC控制的技术方案对电控系统实施技术改造。用

PLC来控制起重机的起升、变幅、旋转三大运行机构，从而提高门座起重机运行的可靠性

，同时降低故障率。

关键词：门座起重机；电控改造；PLC

【中图分类号】U260.352

1台5t仿真固定门座起重机，2004年投入使用，主要用来培训学生的电气控制系统及

实训操作同时用来进行学员上岗前的认识操作。该机由起升、变幅和旋转3大机构组成。

原机电气系统为常规继电器控制，使用主令控制器、控制继电器、时间继电器、热继电

器、断路器和限位等多种元器件对接触器进行控制。各机构电动机转子回路采用串接电

阻方法启动和调速。各机构均采用3档速度，利用时间继电器自动延时切除电阻。

1改造目的与预期目标

1.1改造目的

该机原电控配置落后，经过多年连续运行，电器元件老化明显，故障频繁，已经影

响到学习和培训的正常进行，决定结合电气系统大修实施技术改造。

1.2预期目标

根据起重机作业工况和电控系统技术状况，结合起重机结构特点，本着技术进步、

安全可靠的PLC控制技术对整机电气操纵控原则，确定采用PLC控制技术对整机电气操纵

控制系统进行改造。通过改造，预期实现以下目标：

1）改造后的系统必须保持起重机原有功能、速度和工作等级不变；载重量、速度工作等级

不变；

2）电气系统改造后实现PLC控制，使起升、变幅和旋转3大机构保持既可单独又能复合操

作，其操作的灵敏可靠性要优于原系统，使起重机装卸作业效率有所提高；

3）通过整机PLC控制改造，相对于原机常规继电器控制，减少所有的时间继电器和中间继

电器触点，利用PLC内部无触点继电器特点，降低故障率，提高运行可靠性和可开动率。

2改造方案

2.1起重机结构与改造方案确定

2.1.1起重机基本结构

起重机1层平台为机房，布置有操作室、起升和回转工作机构、电源和3大工作机构

及起重电磁铁控制柜。2层露天平台装有变幅机构、吊机门架、起重电磁铁变压器和停电

保磁装置。2层平台的结构布置十分紧凑，无多余空间。

2.1.2总体改造方案

在PLC控制中，一般都以变频器实现调速控制。受该机结构所限，改造方案放弃使用

变频器而保留切电阻调速，仅对各接触器及其相关部分PLC控制。涉及范围包括起升、变

幅和旋转采用3大工作机构，联动操作台以及各工作机构的安全联锁和联动控制。由变幅

旋转及电源控制柜、起升及PLC控制柜、联动操作台、电阻箱等结构单元组成。

2.2控制功能的实现

1）起升机构的4级全常规切电阻加速与能耗制动和变幅、旋转机构的4级全常规切电阻加

速控制，实现3大工作机构的启动和调速。

2）起升、变幅和旋转机构的限位开关线、主令控制线均汇集到PLC设备。PLC得到限位和

主令信号后对各机构的接触器等元件实施控制，使系统实现运行功能。

3）中文故障监控系统对各机构工作状况进行实时监控记录，实现故障监控功能，包括各

个限位、热继电器、断路器和各接触器的状态反馈，故障点位置，历史故障记录，都通

过触摸屏显示。

3改造后电气系统控制原理

3.1电源控制

电源电缆由接线箱通过起重机中心受电器引至总电源总断路器，再引至变幅/旋转控

制柜、起升PLC控制柜，向各工作机构及其它用电系统供电。总电源断路器设置在电源/

起升柜中，整机工作电源由总电源断路器出线端引出，向机上各机构的主回路供电。联

动台上设有紧停按钮，紧急情况下可用来分断总电源断路器，切断整机工作电源。总电

源部分设置了电流表、电压表和电压表换相开关，检测电源各相电压是否平衡或缺相以

及工作电流。设置的相序检测功能在进线电源相序相反的情况下，系统将会无法启动并

报故障。电源柜中设置AC380V/AC220V的控制变压器和照明变压器各1个，为紧停回路、

各工作机构控制回路、PLC电路、系统信号和照明提供电源。

3.2起升机构

起升机构2台YZR280S-8型10KW电动机采用常规转子串电阻调速，能耗制动控制方式

。通过联动台主令控制器给PLC信号，相应切除各级电阻实现电动机调速。抓斗开闭通过

联动台脚踏开关控制。PLC根据程序输出各信号，控制上升或下降速度。力矩限制器设定

为100%额定负载（或力矩）时自动报警，10%额定负载则安全装置起作用，货物只能下降不

能上升且旋转变幅。起升机构设有起升（下降）减速机构不能动作

和终点2道独立限位。

3.3变幅机构

变幅机构1台YZR225M-6型8kW电动机采用常规转子串电阻调速。通过联动台主令控制器

给PLC信号来相应切除各级电阻实现电动机调速。变幅机构设有减幅（增幅）减速和终点2

道独立限位。

3.4旋转机构

旋转机构1台YZR225-8型6KW电动机，采用转子回路串电阻调速。旋转机构的静压缸制动

器通过脚踏制动联锁开关，保证切断电动机电源，避免电动机在通电情况下抱闸引起过

载通过动台主令控制器给PLC信号，相应切除各级电阻实现旋转转速的改变。

4.主要元件选型

1）柜内低压元器件（断路器、接触器、中间继电器、热继电器、选择开关、信号指示灯、

按钮等）采用西门子产品，其它电器件选用合资或国产优质产品；

2）PLC选用OMRONC200HE系列产品；

3）端子排采用AZ1系列产品，端子排上接线端子采用O型冷压头；

4）触摸屏采用GP2301S彩色中文触摸屏。

5.使用效果

1）该机于2012-4月底改造调试完成，经现场安全检验合格，正式投入教学中。PLC控制的

可靠性使电控系统原先频发的故障得到了消除，至目前为止，改造后的电控系统已连续

无故障运行1年时间。较改造前相比，吊机可开动率提高5%左右。

2）PLC控制使起重机起升、变幅和旋转3种工况的复合操作更为灵敏可靠，装卸作业效率

得到提高。

3）触摸屏应用使故障原因得到快速查找在学生的操作中有时会出现故障，这时在触摸屏

准确的提示下通过设计人员的远程指导使故障很快得到确认并排除。