塔式起重機自動控制系統

郭普立

摘 要：本文用機電設備檢驗了現有塔式起重機運動控制的技術和經濟可行性。提出的改善措施其目的在于提高塔式起重機應付如今建筑工地的工作能力，起重機在決定現場作業的效率及安全性時具有越來越大的重要性。然而，這些提高理論上可以應用于各種類型的起重機，這是因為這些起重機基本都是由電力驅動和系統控制的運作模式，以及其明確的幾何和自由度。

關鍵詞：塔式起重機；自動控制；系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0093-02

1 系統總體結構

塔式起重機自動配重控制系統以PLC為控制核心，采用傳感器技術、信號處理與數據傳輸技術和自動控制技術，在塔機的立架和衡量之間安裝拉壓力傳感器，將拉壓力傳感器采集列的信號，通過模擬量擴展模塊反饋到控制器的CPU，進行信號處理和數據轉換；控制系統中還安裝有無線信號收發裝置，通過該裝置可實現現場操作人員對塔機的遠程控制操作，其控制系統和拉壓力傳感器的安裝位置如圖1所示。

為了補充半自動導航路徑，建議系統提供一個額外增強功能。該功能可處理以后的罰款機動階段起升周期，以期消除需要一個起重機操作員。這個增強功能是基于通過操作員的觀察來操作起重機既不是充分有效的，也不安全，這是尤其是當工作區遠離操作員或有物體遮擋操作員視線時，或在最后起升階段要求精度高（例如，混凝土柱鑄造，懸掛形式大會）。該增強功能可援助主要人員工頭所服務的起重機，誰處于最佳點，直接將負載精準的運送至最終目的地（取消起重機操作員，作為來提高效率，提高安全性的一種手段，已作為重點在其他起重機自動化開展相關的研發工作）。

2 塔機數據采集、處理與控制系統研究

2.1 塔機自動配重系統

塔機的數據采集、處理與控制系統的整體結構，系統以西門子PLC為控制核心，拉壓力傳感器采集到的信號為模擬量信號，通過模擬量采集擴展模塊進行信號的采集，通過CPU中的A/D轉換程序對模擬量信號進行處理，轉換成系統可識別的數字信號。當拉壓力傳感器反饋數據信號為負值時，說明塔機重物端的力矩大于配重側的力矩，此時，控制系統輸出控制信號，驅動配重端電機反轉，減小配重端的力矩，使塔機的兩端處于平衡狀態；反之當拉壓力傳感器輸出信號為正值時，說明塔機重物端的力矩小于配重側的力矩，此時，控制系統輸出控制信號，驅動配重端電機正轉，增大配重端的力矩，直到塔機兩側的力矩再次平衡。

2.2 塔機配重超限預警

為了保證塔式起重機長期、安全、穩定的運行，在塔式起重機自動配重控制系統中嵌入了超限預警的功能，當吊裝重物后，現場工作人員通過遠程無線收發控制器實現對塔吊的預提升，此時，拉壓力傳感器饋信號，配重端迅速進行自動配重，如果自動配重端力矩達到最大值時，仍小于重物端的力矩，即不能滿足力矩平衡條件，系統會產生峰鳴報警，提示操作人員被吊重物已超重，同時系統進行自動鎖死，避免繼續提升重物，保證了塔機的安全性能。

2.3 半自動導航電子控制裝置

許多現場通過觀察操作員在建筑工地的操作，與相關的研究顯示，典型的塔式起重機起重周期的特點是工人的等待塔式起重機的工作時間較長，在觀察等待中循環，例如工人仍然忙于完成前期工作而不去裝卸起重機吊的物料，或起重機的工作周期有很多無關的工作時間（例如，起重機吊的物流沒有到達目標位置而反復起吊和運行其他機構）。這些意見都強烈證實了系統地收集數據的重要。因此，可以得出結論認為，半自動導航系統可縮短起升周期時間。因為預計這兩種功能的擬議的制度，將導致持續時間越短的整個活動。

半自動導航電子控制裝置已被使用了幾十年的各種自動化系統，而且他們很多都在制造和裝配。雖然越來越多的例子是現存的，這項技術是緩慢的被轉移到建筑設備，最可能是由于明顯的困難，涉及到設備的物理尺寸，業務環境，以及安全方面的考慮。

在決定使用半自動的選擇，操作員將首先推動操作按鈕使起重機像往常一樣通過自己選定的道路。這一安全的道路將被儲存在起重機的電腦記憶體，修整了許多不必要的機動動作。為安全起見，操作員將不得不運行至少一個完整的工程管理觀察測試周期，并做必要的修改，經常使用的播放模式。此后，任何數量的連續周期可加快（使用高速和更好的加速和減速率）。對于機動增強功能，改善人機界面將支持一些袖珍雙向無線電設備，分布在工頭的主要人員。所有這些設備必須是編碼的不同，因此，起重機操作員可以選擇其中一個工頭的時間。該裝置將包括語音通信和遠程控制的起重機低速運動。雖然負荷半自動起升向某船員。運營商將繼續保持溝通與工頭船員送達。抵達后的負荷接近其目標，工頭將通知操作員（通過啟用福爾曼鍵）直接負載的確切地點。

雖然這一成本是基于可靠的數據和合理的保守估計。擬議的制度的市場價格將受到高度的不確定性，并可能有很大差異根據市場條件，主要是水平的進入壁壘。因此，預測零售價格本身就是投機。

2.4 塔式起重機控制系統更新改造可行性簡述

以上表明，裝備現有塔式起重機與半自動導航功能，不僅技術上是可行的，也有潛力提高生產力。此外，由于成本高的技術組件成本繼續下降和建設勞動力成本繼續增加，擬議制度的約束變得越來越經濟。當前還在使用的10年前甚至20年前的起重機，有關的先進技術，沒有現成的，而這樣的“老”起重機仍然可以享受5年至15年的有用的服務。初步有限目的半自動導航系統將逐步改變塔式起重機和其他類型的建筑設備，對老設備更新改造，將變為更有效率，更方便用戶，和更安全的機器。基于結果的可行性研究，全面塔式起重機安裝系統應測試在實際施工現場環境，以期制定一個切實可行的原型。這項工作將需要積極合作的一家建筑公司。就目前的研究，而不是最不發達國家的調查結果，對工作研究和起升時間進行分析，將有助于獲得這種合作。

為發展這種原型擬議的工作計劃如下：

分析整個系統的基礎上選定的塔式起重機（例如，其結構和機電配置，布線系統，速度的提升和回轉，中央控制面板，指揮系統的操作室）。

對特定的組成部分進行安裝（例如，中央處理單元，輸入輸出接口，電源供應器，速度調節器，編碼器，傳感器）的具體關于塔式起重機和特別注意天氣校對。擴展的能力，多任務導航軟件處理通常的動態任務，塔式起重機適應人機界面，以適應各種塔式起重機和改進其人體工程學和用戶友好。

安裝的控制系統硬件（包括布線和連接到中央控制面板），完成其軟件編程。編寫測試計劃，在咨詢現場經理，起重機操作員，和工頭的主要人員。

運行測試，以檢查系統的技術邏輯的表現（主要是可靠性和準確性），安全性，人機工程學，和效率。

3 結語

塔式起重機自動配重控制系統以PLC為控制核心，根據被吊重物的重量進行自動配重控制，實現塔機的準確、穩定和快速的平衡，整個系統采用閉環控制，提高了系統的穩定性，通過無線收發裝置實現遙控作業，取消了人工的高空操作，大大降低人員傷害風險，提高了塔機的安全性和工作效率，保障了整個塔機系統的安全生產。

參考文獻

[1]劉子薇.基于PLC的塔式起重機控制系統設計與研究[D].合肥工業大學，2017.

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[3]孫宏軍，趙作霖，徐冠群.塔式起重機機器視覺監控系統設計[J].傳感器與微系統，2016，35（8）：70-73.