摘要：以进口专用电液吊具为研究对象,提出了一种基于PLC的控制系统设计框架，设计反馈电压信号的归一化处理接口，实现对2种不同供电方式下吊具的控制。其多对象的适用性及内部电压的处理技术对类似控制工程的实现有很好的参考价值。

关键词：电液吊具；控制系统；国产化；PLC

1．前言

用于结晶冶炼炉结晶坯料起吊的吊具具有施力面积小、夹紧力大、可靠性高、操作简单、控制系统分离布置等多重特点；被吊工件具有尺寸变化大、重量波动范围大的特点。某冶炼公司为满足以上需求，与起重机配套进口了1台专用电液吊具。

该吊具自重轻，集机电液于一体，借助液压系统产生夹紧力，适用于多种材料及多种尺寸。可吊夹的铜锭最大重量为21t，其夹紧力由安装于吊具本体上的液压缸产生。

吊具控制采用继电逻辑实现，为实现多种工况下的稳定作业，采用了数十个继电器、特种继电器、传感器等完成控制，如压力保持、防误操作、声光报警等功能。传感器及按钮信号在经过继电器的逻辑组合控制后，输出到吊具的控制对象。但作为机电系统核心的控制系统，其不足为中间继电环节多，线路复杂，维护难度较大，而且由于设计及操作要求，安装地点分散在3处。吊具多种故障动作未作区分，在故障指示方面仅有大概范围，难以准确辨析。

本文结合专用吊具的作业要求及其原有的继电控制逻辑，提出一种基于PLC技术的控制系统的改进设计思路与方法；设计了一种不同于原吊具控制系统的供电电压可切换方式，实现了既可用于原进口吊具控制，又可用于国产吊具控制的系统互换设计目标。 

2．原吊具结构及工作原理

2．1吊具组成

从安放位置来分析，吊具由吊具本体A2、电控柜A1、安放于驾驶室内的控制盒P1及其相互之间的2组连接电缆组成。

(1)吊具本体A2

包括机械结构及液压站。机械结构主要分为机架、左/右夹持板、左/右夹爪、定位装置。机架上安装有限位开关、工况指示灯。液压站作为吊具的主要控制对象，其主要控制部件为闭合吊具电磁阀、松开吊具电磁阀、定位装置上升电磁阀、定位装置下降电磁阀、卸荷阀；而安装于液压系统的传感器则为控制系统提供输入信号，包括定位板上位接近开关、定位板下位接近开关、液压缸压力开关、最低油位传感器、油温监测传感器、油污传感器、油路开关。

(2)电控柜A1

柜内包括继电器、电压转换、电机驱动、安全保护等模块、其供电系统为：AC380V在电控柜内经过变压整流后变成AC48V和DC24V，用于驱动继电器、电磁阀、指示灯及传感器，其中定位板上下位接近开关采用DC24V供电，其余传感器采用AC48V供电。

(3)控制盒P1

按钮盒安放于驾驶室内，其上包括松开、安全松开、夹紧3个按钮及状态指示灯。工作人员通过按钮盒操作该吊具。 

3．控制系统分析及改进

3．1原控制系统特点

分析原吊具控制系统发现，外部输入由传感器信号和按钮信号构成，输入到安装在起重机上的电控柜中，电控柜中共有26个中间继电器，在经过继电器的逻辑组合控制后，再输出到吊具液压系统的电磁阀、电机接触器、状态指示灯以及报警喇叭。该系统触点多，线路复杂，且传感器、继电器等元件的电压规格都为AC48V，在国内市场不常见，因此可维护性较差。

3．2国产化技术难点

通过对原吊具的研究分析，国产化的主要技术难点如下：

(1)进口吊具的液压系统控制元件采用了国内少见的AC48V驱动，而国内市场的控制元件一般采用DC24V驱动。

(2)国产化控制系统要求既能适用于进口吊具又能适用国产化吊具，即同时可以驱动控制2类控制系统。

(3)根据吊具的工作要求和工作原理，选用PLC作为控制系统的控制器，取代多种继电器，并且使PLC能同时接收AC48V与DC24V电压下的输入信号。 

3．3改进方案

(1)保留原有电压转换、电机驱动、安全保护等模块。

(2)新系统采用富士SPB系列PLC，具有可靠性高，抗干扰能力强，应用灵活，编程方便，易于进行控制系统设计，安装、调试及维修等一系列优点而得到广泛应用，因此成为此次改进设计的首选。参考原有控制逻辑，为输入输出对象分配I/O点，整个系统的输入15点，输出17点，将原有继电控制系统改为以PLC为控制核心的系统。可以将原继电逻辑翻译成PLC的梯形图程序语言，或者借助新编写的动作顺序表完成PLC程序编写。

(3)增加电源转换模块及切换开关。因原系统的元器件为德国生产，采用AC48V供电，而国内采购的元器件均为DC24V供电，为使新系统能与原吊具系统进行替换控制实验，故增加了电源转换模块及切换开关，当替换原吊具控制系统进行实验时，切换为48V交流；与国产后吊具配套使用时，则切换为DC24V供电，从而解决了一套控制系统控制2类吊具的难题。

(4)为保证PLC控制系统能与原继电控制系统进行互换，针对原系统输入信号电压为AC48V而PLC的输入信号电压只能为DC24V的情况，在PLC输入端之前设计信号电压转换隔离电路，用于将AC48V信号转换为DC24V信号。借助半波整流及稳压器件7818进行降压，其中7818的输入电压范围为21～35V。 

4．新系统效果

改进后的控制系统在经过现场替换实验及新系统集成后，完全实现了原进口吊具的功能。与原有系统相比，本系统充分利用PLC的编程优势，实现了新的报警及指示功能，使控制系统功能更趋于完善；同时硬件集成环节少，响应时间短，可靠性可维护性更高。 

5．结论

对进口专用电液吊具的国产化研究及改进，完成了利用PLC技术对吊具控制系统进行改进的方案，并提高了控制系统的稳定性及可靠性，使新系统可适用国产吊具，也可在进口吊具控制系统故障时进行替换控制，可减少进口吊具配件的维护成本。另外吊具还可进行功能扩展，即结合起重机进行吊具二次功能开发，如吊具的自动定位限位，防撞防碰功能。综上所述，本文对于将普通继电器工业控制系统改造为PLC控制系统具有较好的参考价值。