關鍵詞：安全生產 橋式起重機 行星齒輪減速機 PLC
1 前言
可編程序邏輯控制器PLC產生于1969年，最初只具備邏輯控制、定時、計數等功能。英文名稱為：PROGRAMMABLE LOGICAL CONTROLLER，簡稱PLC。隨著現代電子工業的快速發展，在各個領域的應用越來越廣泛，其性能指標也進一步完善，完全適應起重機等工作場所的需要。可編程控制器是一種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程序的存儲器，在其內部存儲、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數、算數運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。它代替了傳統的硬接線的邏輯控制電路，實現了生產的自動控制。
本文中所涉及的是西門子S7系列PLC，它的特點是體積小、功能強、時間相應快、控制精度高、可靠性好、控制精度可以隨工藝而改變同時具有較大的靈活性和可擴展性，因此被廣泛應用到機械制造、冶金、交通、電子紡織、印刷等工業領域，作為通用的自動控制設備，它既可以用于單一機電設備的控制，也可用于工藝流程的控制。它易與計算機連接，維修方便，這是傳統的繼電控制系統遠遠比不上的。
2 行星齒輪減速機
2.1行星齒輪減速機的工作原理
行星齒輪減速機的齒輪，它們的轉動軸線是不固定的，而是安裝在一個可以轉動的支架上，行星齒輪除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉動軸轉動之外，它們的轉動軸還隨著支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線轉動。繞自己軸線的轉動稱為"自轉"，繞其它齒輪軸線的轉動稱為"公轉"，就象太陽系中的行星那樣，因此得名。
也如太陽系一樣，成為行星齒輪公轉中心的那些軸線固定的齒輪被稱為"太陽輪"， 在一個行星齒輪上、或者在兩個互相固定連接的行星齒輪上通常有兩個嚙合點，分別與兩個太陽輪發生關系。內齒輪軸線與外齒輪軸線重合，也是太陽輪。
2.2行星齒輪減速機的缺點
由于一套行星齒輪無法滿足較大的傳動比，有時需要二套或三套來滿足用戶對較大傳動比的要求。由于增加了行星齒輪的數量，所以二級或三機減速級的長度會有所增加，效率會有所下降。另外，由于行星齒輪減速機安裝有差速器，如果是多臺電動機驅動，它可以調節每臺電動機在轉速上轉速差，保證輸出的穩定。但是由于差速的原因，當高速側發生故障后，低速側就完全失去了控制，因為制動器是安裝在高速側，這是相當危險的，如果這時起重機正在吊運重物，那么重物就會在沒有任何保護和制動的情況下，墜落到地面。
由于行星齒輪減速機存在的這些缺點，對企業安全生產的影響是非常大的，因此，必須針對它存在的問題，采取必要的措施，以保證企業的安全生產。我廠所屬的幾部80T以上的大噸位起重機，其起升系統均采用的是行星齒輪減速機，作業任務是吊運液體金屬，對其安全性要求相當高，因此國家要求在吊運液體金屬的、屬于行星齒輪減速機的起重機上安裝利用PLC控制的安全制動系統。
3 解決方案
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3.1方案原理
采用可編程控制器及編碼器采集電動機和卷筒上的轉速信號，通過內部程序進行計算，推導出系統目前是否工作在正常狀態，并做出相應的判斷。如果出現機械方面故障，首先切斷起升機構的電源；同時發出指令，通知卷筒上的液壓盤式制動器動作，迅速對卷筒進行制動，來避免安全事故的發生。
3.2工作原理
首先，選擇一個（1＃卷筒）卷筒的編碼器信號作為基準，每當采集到80個脈沖信號，便將此信號同其他編碼器采集到的信號進行比較。如果沒有誤差或錯誤，則重新開始下一次計數與比較，如果發現存在誤差或錯誤，就會發出動作信號，控制液壓制動器動作將低速的卷筒抱死。
1＃卷筒如果 采集并發出80個脈沖信號，那么對應2＃卷筒也應該是80個脈沖信號，我們考慮到機械傳動中存在的誤差，所以給出了故障動作的信號范圍是：≤60或者≥100,即采集信號正常的范圍是在60～100個脈沖之間。1＃、2＃卷筒之間做比較，如果這時兩個卷筒有一個發生了故障，則脈沖信號的這個對應關系便會被打破，制動器就會動作保護。
同時，卷筒和電機的脈沖信號也在做比較，比較計算的數值為：80個脈沖×173.5＝13880個脈沖（注：173.5是減速機減速比）。這是為了檢測高速側的信號，當高速輸入出現斷軸等故障時，也會打破脈沖信號的對應關系，制動器也會動作保護。同樣考慮到機械傳動中存在的誤差，我們給定的范圍是：≤12000或者≥15000，即高速側的脈沖工作的正常范圍是：12000～15000。
由于采集的數據比較小，經過我們的計算，得出：若以1＃卷筒為基準，當高速側發生故障時，反映到卷筒鋼絲繩上的長度僅有40cm，可以看出機構的動作是靈敏可靠的。
3.3硬件組成
該系統的硬件組成分為機械部分和電氣部分。其中機械部分包括：液壓系統、液壓盤式制動器、油路等組成； 電氣部分包括：西門子S7－200 PLC、差分脈沖編碼器、電氣控制箱、編程用筆記本電腦、屏蔽電纜線等
3.4安裝及維護
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由于該系統的特殊作用，因此在安裝時要特別的仔細，特別是編碼器和油路方面的安裝。編碼器一共有四個，分別安裝在兩個卷筒和兩臺電機上，安裝時一定要將編碼器固定牢固，否則將會對數據的傳輸造成很大的影響，另外，在和卷筒與電機的軸連接時要注意，軸的中心要盡可能的在一條直線上，如果安裝不好會造成編碼器的損壞以及信號傳輸的錯誤。其次，在冶金企業里面，環境比較惡劣，所有的電氣設備一定做好防塵工作。
安全制動器是為了在機械傳動故障時，防止起重機發生事故的最后一道防線，因此維護工作是相當重要的，重點應注意以下幾點：
設備的衛生狀況要良好；
檢查編碼器的工作是否正常；
PLC的輸入輸出指示燈，工作良好；
人為的制造故障，安全制動器是否可以起到保護作用。
所有的油路和油管連接必須牢固，密封良好。
4 結束語
我們利用了的一段時間在我廠80T以上的起重機上，凡是起升機構是行星齒輪減速機的起重機，全部安裝了液壓盤式的安全制動器。經過了幾年時間的運行，除了個別車輛由于參數設置的不太準確發生了幾次誤動作以外，其他車輛均運行良好，為企業的安全生產奠定了良好的基礎。