詹志安

（廣東省機(jī)械研究所，廣州 510635）

0 引言

橋式起重機(jī)容易因行程限位開關(guān)失靈，導(dǎo)致大、小車滑出軌道，大車與大車之間發(fā)生相互碰撞，起升機(jī)構(gòu)沖頂、鋼絲繩拉斷等，從而引起運(yùn)行機(jī)構(gòu)撞擊、金屬結(jié)構(gòu)變形，甚至造成嚴(yán)重的起重傷害事故。

橋式起重機(jī)工作場(chǎng)所往往比較復(fù)雜，采用機(jī)械式行程限位開關(guān)的金屬傳動(dòng)部件，常年在復(fù)雜的工況下工作，容易受風(fēng)雨、潮濕天氣侵蝕，使機(jī)械式行程限位開關(guān)內(nèi)部電氣老化、回位彈簧因銹蝕或長(zhǎng)期擠壓而失去原有的彈性，造成觸點(diǎn)接觸不良或者無法復(fù)位。而接近開關(guān)具有無磨損、無觸點(diǎn)輸出、使用壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，即使在有水或油噴濺的苛刻環(huán)境下也可以正常使用[1]。

行程限位開關(guān)對(duì)橋式起重機(jī)整體性能有很大的影響，為了進(jìn)一步提高橋式起重機(jī)的整體安全性能，對(duì)采用機(jī)械式行程限位開關(guān)進(jìn)行線路改造，改造后采用三線制NPN型接近開關(guān)作為橋式起重機(jī)的行程限位開關(guān)。

1 NPN型接近開關(guān)工作原理

NPN接近開關(guān)由振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路組成，其電氣原理圖如圖1所示[2]，其簡(jiǎn)圖如圖2所示。它是利用振蕩的有無構(gòu)成高頻接近開關(guān)，有金屬接近時(shí)振蕩停止的電路[3]。

圖1 NPN接近開關(guān)電氣原理圖

接通電源時(shí)，電流通過LC振諧回來產(chǎn)生振蕩，通過L2反饋回VT2基極，VT2集電極電位高。通過R5耦合至VT3基極，VT3基極低電位不導(dǎo)通，那么VT4基極高電位不通，VT5不導(dǎo)通。VT5集電極高電位輸出。

圖2 NPN接近開關(guān)電氣原理圖簡(jiǎn)圖

當(dāng)有金屬感應(yīng)物接近時(shí)，振蕩遭到破壞、L2相當(dāng)于斷開，VT2截止，集電極高電位。通過R5耦合至VT3基極，VT3導(dǎo)通，集電極低電位通過R8耦合至VT4，VT4導(dǎo)通，通過R12推動(dòng)D2點(diǎn)亮，同時(shí)給VT5基極提供高電位，使VT5導(dǎo)通，VT5集電極低電位輸出。

2 PLC選型

橋式起重機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)3部分組成[4]，其中起升機(jī)構(gòu)具有快速運(yùn)行和慢速運(yùn)行2種運(yùn)行模式，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)具有1種運(yùn)行模式[5]，大車、小車、起升機(jī)構(gòu)在操作的過程中，電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如沒有增加電機(jī)或其他電器的輸出的情況下，需要8個(gè)輸出端子。NPN型接近開關(guān)是對(duì)大車進(jìn)、后移動(dòng)，小車左、右移動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)上、下移動(dòng)到極限位置進(jìn)行限位，需要6個(gè)輸入端子來進(jìn)行限位控制，大車、小車做正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，起升機(jī)構(gòu)做快、慢速正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要8個(gè)輸入端子來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，因此，在沒有其他信號(hào)輸入的情況下，需要14個(gè)輸入端子。所以選用14輸入/10輸出，CPU224 DC/DC/DC，型號(hào)為6ES7 214-1AD23-0XB0的西門子PLC[6]。

3 NPN型接近開關(guān)與PLC接線

NPN型接近開關(guān)接入CPU224西門子PLC采用源型輸入接法，其電流走向如圖3所示，具體走向?yàn)椋?4 V端—COM端（1M端子）—I0.0—OUT端—NPN內(nèi)部線路—0 V端。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，信號(hào)輸出線OUT和0 V線連接，相當(dāng)于輸出低電平0 V[7]。

圖3 電流走向圖

現(xiàn)對(duì)橋式起重機(jī)的大車、小車、起升機(jī)構(gòu)的行程限位開關(guān)進(jìn)行線路改造，改造后采用NPN型接近開關(guān)代替機(jī)械式行程限位開關(guān)。NPN1、NPN2、NPN3、NPN4、NPN5、NPN6分別為大車正轉(zhuǎn)、大車反轉(zhuǎn)、小車正轉(zhuǎn)、小車反轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)的行程限位開關(guān)，K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8分別為大車電機(jī)正轉(zhuǎn)、大車電機(jī)反轉(zhuǎn)、小車電機(jī)正轉(zhuǎn)、小車電機(jī)反轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)快速電機(jī)正轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)快速電機(jī)反轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)慢速電機(jī)正轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)慢速電機(jī)反轉(zhuǎn)的控制線圈。SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8分別為大車電機(jī)正轉(zhuǎn)、大車電機(jī)反轉(zhuǎn)、小車電機(jī)正轉(zhuǎn)、小車電機(jī)反轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)快速電機(jī)正轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)快速電機(jī)反轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)慢速電機(jī)正轉(zhuǎn)、起升機(jī)構(gòu)慢速電機(jī)反轉(zhuǎn)控制按鈕。改造后的電氣原理圖如圖4所示[8]，PLC輸入輸出分配表如表1所示。

圖4 改造后電氣原理圖

表1 PLC輸入輸出分配表

以大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)為例，大車正向運(yùn)動(dòng)工作流程：按下按鈕SB1，大車電機(jī)正轉(zhuǎn)，大車正向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)大車正向運(yùn)動(dòng)到NPN1行程限位開關(guān)時(shí)，NPN1行程限位開關(guān)導(dǎo)通，I0.0端子從高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)PLC內(nèi)部觸電動(dòng)作，Q0.0輸出低電平，K1線圈斷開，則大車正轉(zhuǎn)電機(jī)停止工作；電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)工作流程：按下按鈕SB2，大車電機(jī)反轉(zhuǎn)，大車反向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)大車反向運(yùn)動(dòng)到到接近開關(guān)NPN2時(shí)，NPN2接近開關(guān)導(dǎo)通，I0.1端子從高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)PLC內(nèi)部觸電動(dòng)作，Q0.1輸出低電平，K2線圈斷開，則大車反轉(zhuǎn)電機(jī)停止工作。

其他運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作原理和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作原理一樣。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用NPN型接近開關(guān)替代機(jī)械式限位開關(guān)，延長(zhǎng)了行程限位開關(guān)的使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)滿足在惡劣環(huán)境下工作，有利于提高橋式起重機(jī)的整體安全性能。