1. 自动控制技术的要求

起重机重复动作自动控制功能的实现过程，实际上是控制系统完成自动定位、自动判断、自动运行的过程。控制系统以起重机运行机构的定位信号为依据，根据程序的逻辑与运算，发出相应的运行指令，控制起重机的运行机构完成相应的动作。为了实现起重机重复动作的自动控制，对起重机的大车机构、小车机构、起升机构进行准确的定位至关重要。必须考虑经济性、规范性、安全性、可靠性、环境适应性、操纵性的要求。其研制、使用、维护费用不能太高，能够让使用单位承受。起重机的设计、制造及使用必须满足相应技术规范的要求。其环境适应性和电磁兼容性必须得到保证。应同时具备自动控制功能与手动控制功能，2种功能能方便地进行切换。

2. 自动控制技术的原理

2.1 硬件组成

硬件组成主要有主控制器和定位传感器的选择、选型2个方面。

自动化设备通常采用3种类型控制系统：PLC控制系统、嵌入式控制系统、工控机系统。使用PLC完成无需复杂的数据处理，即时通讯的中、小型的控制任务时，具有经济、可靠、环境适应性好、操作方便、技术简单、工作有效、系统升级方便等独特的优点。采用PLC构建起重机的重复动作自动控制系统，是一个恰当的选择。

确定控制器的类型后，就可以根据控制任务的功能要求、程序大小、输入（出）点数、输入（出）信号的类型等因素，进行控制器的具体选型。对于本文提出的起重机重复动作的控制任务，常见的小型PLC已经能够胜任。如果不考虑控制器的扩展，此处选用的PLC至少应具备8位开关信号输入、7路开关信号输出，见下图5。

能实现起重机运行机构的定位元件（方法）可以有多种：行程开关、接近开关、磁性传感器、光电传感器、旋转编码器、直线编码带、电信号测量定位、图像处理技术等。考虑到起重机的运行距离长、运行环境恶劣、冲击振动频繁、需求定位精度低等因素，并且考虑到成本、可靠性与技术难度等方面的因素，采用行程开关、接近开关、磁性传感器、直线编码带作为起重机的运行机构的定位元件比较合适。

磁性传感器、磁性开关具有安装简单、使用维护方便、环境适应性好、功能可靠的优点，非常适合作为起重机大车机构、小车机构、起升机构的定位元件。使用磁性元件进行定位，具有结构简单、控制可靠的优点。缺点是定位点数（定位点数=定位磁铁数）少，不能对定位点以外的位置进行精确定位的缺点。因此，起重机只能沿固定的线路运行，起重机所能完成的工作任务相对简单。实际使用时，磁性传感器、磁性开关与定位磁铁配合时用。

如果使用编码带作为起重机大、小车机构的定位元件，与光电传感器配合使用，就能够为PLC提供起重机大、小车机构的实时、精确的定位数据。如果在起重机的起升电机上直接（或间接）安装旋转编码器，用于起重机起升机构的定位，就能够为PLC提供起重机起升机构的实时、精确的高度数据。采用编码带（或编码器）作为定位元件，可以通过操纵系统为起重机设置复杂的运行线路，起重机可以完成复杂的工作任务。

采用磁性传感器+PLC构成起重机的重复动作自动控制系统，或在起重机大、小车机构上采用编码带+PLC构成起重机的重复动作自动控制系统的起重机设置方案分别如图1、图2所示。

2.2 控制电路原理

起重机的重复动作自动控制系统同时具有2种操纵电路：由PLC和定位元器件构成的自动控制电路，起重机的手动控制电路。2种电路分别完成起重机的手动控制功能和重复动作的自动控制功能。通过控制盒（控制面板）上的 手动／自动切换 开关实现手动功能和自动功能的转换。

起重机的安全装置的信号不是输入到PLC中，由程序对起重机是否处于危险状态进行判别，而是将起重机的安全装置与起重机的控制线路（手动控制线路、自动控制线路）进行串联，即将起升机构的上（下）极限开关、大（小）车机构的行程限位开关、失压保护、急停保护等安全装置串接在线路中，实现对起重机的可靠保护。

起重机的手动／自动控制装置、安全保护装置、运行机构的相对线路关系如图3所示。

起重机重复动作自动控制系统的控制盒（控制面板）上应当至少具备下列控制按钮（开关）： 启动 按钮、 急停 按钮、 上升 按钮、 下降 按钮、 左行 按钮、 右行 按钮、 前行 按钮、 后行 按钮、 程序暂停 按钮、 程序动作 按钮、 自动／手动转换 开关。

起重机的动力电路原理图和控制线路的原理分别如图4、图5所示。

2.3 自动控制系统的控制程序原理

图5所示的启动起重机后，将 手动／自动转换 开关拨到 自动 位，并按下 启动 按钮后，PLC开始接受来自起重机运行机构定位装置的信号以及操纵人员的控制信号，通过控制程序的运算，控制起重机的运行机构进行相应的动作。PLC控制程序的原理如图6所示。

PLC的控制程序驱动起重机的运行过程，被设计成一个断续运行的过程。起重机每完成一个阶段的动作（如刚启动自动控制功能，运行机构从当前位置运行到工作原点后暂停；起重机从工作原点运行到起吊位，放下吊钩后暂停；起重机从起吊位起升吊钩并运行到放料位放下吊钩后暂停；起重机放下物料后，起升吊钩回到起吊位后，放下吊钩后暂停等），当操作人员再次按下 程序动作 钮后，PLC才会发出后续的运行指令，控制起重机完成下一阶段的动作。

在起重机自动运行时，如果操作人员按下了 程序停止 按钮，PLC将暂时停止起重机的当前动作，只有当操作人员再次按下了 程序动作 按钮后，PLC控制起重机继续刚才的运行。

在起重机运行的任何时刻，操作人员可以切换到手动运行状态，进行手动操纵。

在程序运行的任何时刻，如果操作人员按下了 急停 按钮，起重机将停止运行。此时，只有操作人员按下 启动 按钮后，并且重新选择自动运行（当 自动／手动 开关停留在自动运行位时），只有操作人员按下 程序运行 按钮后，起重机重新开始自动运行过程。

在起重机运行时，如果起重机触动了安全保护装置，起升机构的上（下）极限开关、大（小）车机构的行程限位开关等时，起重机将停止相应机构相应方向的运行。起重机上还设置有失压保护、漏电保护、相位保护、过流保护、过热保护等功能，相应保护装置未在图4、图5中标出。