塔式起重機是臂架安置在垂直的塔身頂部的可 回轉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條明確指出塔應安裝有顯示記錄 裝置，該裝置應以圖形和/或該裝置應以圖形和/ 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)進行測量就顯示。

塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的構成

塔機起吊貨物的過程主要為起升變幅與回 轉，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 起升變幅機構均配備有限位裝置，絕大多數(shù)是采 用多I力能轉角限位器，該限位器與卷的連接方式 均為大小齒輪嚙合的形式；G起升\變幅電機 的轉速普遍在60m/<11 in以下 '結合上述特點，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 轉角限位器處加裝一套設備，即旋轉編碼器和可編 程控制器（PL0 通過旋轉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)的構成。

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)與設定數(shù)值進行比 較，根據(jù)比較結果驅動相應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 的目的通過對2個編碼器的信號高 速計數(shù)處理得到相應的距離在觸摸屏上顯示，也可 以通過觸摸屏設置數(shù)據(jù)控制執(zhí)行機構停留在期望位 置

塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)編碼器的選取與安裝

旋轉編碼器是一種光電式旋轉測量裝置，它能 將被測的角位移直接轉換成數(shù)字信號高速脈沖信 號&]因此可將旋轉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，電機最高轉速是1500 $專/分（25轉/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：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：

在編碼器外部再加裝一個防護殼，以加強 對其進行保護，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。信號傳輸時用屏蔽電纜，屏蔽線接地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）

PLC控制系統(tǒng)編程

本文以三菱FX2N系列PLC與精工SEIKO型 旋轉編碼器為例，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本軟件設計重點主要在于數(shù)據(jù)采集及計算上； 本設計中采用了兩個高速計數(shù)器C251和C253來 簡化設計其中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 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)比較結果驅動相應的輸出點對變頻器進行 輸出頻率的控制，實現(xiàn)接近設定值時進給速度變 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即可初始位置復位。

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)界十分關注的問題采 用旋轉編碼器和PLC構成的安全監(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