塔式起重機無線遙控技術設計

江春

【摘 要】通過對塔機遙控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔機遙控操作實現的關鍵技術及創新思路，重點解決了塔機遙控操作過程中的安全性問題。實現塔機司機由塔頂固定位置操控轉向在地面或其他視線角度更佳位置操作，并有效改善塔機司機的工作環境，提高作業的安全性、舒適性，減少安全事故的發生。

【關鍵詞】塔式起重機；遠程控制；安全

【Abstract】Through the analysis of the basic requirements of the remote control operation of the tower crane and its working principle， the key technologies and innovative ideas for the remote operation of the tower crane are proposed， and the safety problems in the remote operation of the tower crane are solved. The driver of the tower crane is operated from the fixed position of the tower top to the position of better position on the ground or other line of sight， and effectively improves the working environment of the tower crane driver， improves the safety and comfort of the operation， and reduces the occurrence of safety accidents.

【Key words】Tower crane；Remote control；Safety

1、引言

無線遙控技術發展與完善，使其應用范圍得到了迅速的拓寬，已經不再是神秘的空間與軍事領域的專用技術。現在的許多工業與民用領域也越來越多地開始應用無線遙控技術來提高原有設備裝置的技術指標，拓寬應用范圍。如危險作業的遙控機器人、廠房內的遙控工業天車、室外作業的遙控施工設備以及遙控車庫、遙控燈具等等。這些無不說明遙控技術對生產、生活產生的影響力。塔機在當今的國民經濟的各項建設中起著極其重要的作用，將無線遙控技術引入塔機就構成遙控塔機。由于操作者可以走下塔機，在合適的地方對塔機進行操作，塔機遙控操作對提高作業的安全性、舒適性和生產效率以及減少操作者勞動強度都有著極其重要的作用。然而由于塔式起重機工作性質的特殊性，即事故多發，且每發生事故，就有可能威脅到駕駛員的生命財產安全，對遙控操作的需求就更加緊迫，因此，人們對塔機的遙控操作就更為謹慎。

2. 對遙控操作塔機的基本要求

2.1 控制過程：

（1）全部功能動作要求。

這是遙控塔機必須滿足的一項基本要求。遙控操作必須能夠完成手動駕駛塔機操作者機上操作的全部功能，即同時完成起升機構的上升、下降、定位、換擋；回轉機構的回轉、調速、制動；小車變幅機構的移動、變速、定位等。

（2）工作可靠性要求。

可靠性與安全性是關系到無線遙控塔機這一研究成敗的關鍵因素。由于操作者往往遠離作業現場更容易出現事故，為此應從遙控塔機的各個環節加以保障。無線遙控系統在規定操作范圍內信號傳輸誤碼率低，接口裝置、驅動裝置與傳動裝置等動作可靠。

（3）遙控操作與手控操作并用性要求。

對于新型遙控塔機的設計可以是純遙控型的也可以手控、遙控并用型的。純遙控型塔機可以省去用于手動操作和駕駛室的結構和空間，使機、電的組成得到簡化，實現起來相對簡單；手控、遙控并用型的遙控塔機往往是在對原手動控制的機型上進行改造時主要選擇的塔機形式。由于原塔機的手動控制已經能夠在一定程度上滿足實際使用要求，所以保留手動操作方式，使塔機既能遙控操作又能手控操作、且手控操作優先，兩者互鎖并可方便地進行切換，這無疑拓寬了這種塔機的使用范圍、提高了使用價值。

（4）對手控原機型的最大繼承性要求。

遙控塔機的改進設計一般是在應用比較成熟手控操作機型上進行的，如QTZ63型塔機的動力、傳動等部件與機構的性能良好且穩定。所以在新研制的遙控機型時應對性能良好的工作部件給予最大程度的保留。

2.2 基本原理：

無線遙控塔機是將無線遙控技術與塔機機械、液壓與電子控制技術相結合的產物。組成中包括用于無線遙控指令發射的遙控發射機、用于無線遙控指令接收的遙控接收機（安裝于被控塔機上）、被控塔機主機以及塔機上的操作手柄（應用于手動駕駛）。無線遙控發射機對遙控系統的控制指令信號進行編碼、載波調制以及信號放大，然后通過其自身的發射天線以無線電波的形式進行發射；無線遙控接收機將接收到的無線電信號放大、解調、譯碼、驅動后送給輸出電路。這其中不同的遙控系統有不同的發射與接收間的信息反饋和抗干擾措施，這里提到只是信息的主流方向。塔機上的各種電——機械轉換元件在輸出電路的控制下分別驅動相應的執行元件及其傳動機構，最終完成各功能部件的預定動作，這些預定動作應能夠滿足塔機正常工作要求。應用的電——機械轉換元件常用有電磁（液）開關閥、電液（磁）比例閥和比例電磁鐵；執行元件主要有電機，隨著電控化程度的增高直流電機作為直接驅動元件在塔機中也有較多應用。

3. 無線遙控塔機的技術要求

3.1 工業無線遙控裝置的技術現狀。

日常生活中我們使用的無線遙控發射方式多數為紅外線型，成本低，易于操作。但該控制方式受發射距離、方向和條件的限制，局限性較大，多應用在家用電器的控制中，無法應用在工業無線控制領域。目前廣泛用于無線控制領域的遙控裝置，主流是以無線信號進行傳輸的方式。

3.2 無線遙控塔機的關鍵技術。

3.2.1 目前國內部分塔機上已采用了無線遙控，但大多都是在臺灣禹鼎電子有限公司F型系列工業遙控器基礎上改造而成的，沒有完全與塔機融合在一起，而且由于通訊采用了的常規碼制，在高電磁、多機作業的場地不能避免誤碼和重碼。

3.2.2 解決以上問題的關鍵技術：

（1）手動控制和無線遙控共存，且兩種控制方式能夠相互切換和互鎖，以避免誤操作和適用不同工況要求；

（2）設置開機密碼，防止控制過程的誤動作；

（3）配置雙發射器，以便施工中在不同位置方便操作，解決大型塔機手動操作的控制盲區等問題；

（4）采用抗傳導干擾電源及高質量穩壓電路，可有效地避免外界擾動通過電網引入的干擾和任何突波、靜電的干擾；

（5）手動和遙控模塊間除采用電磁隔離板以增加靜電屏蔽外，各控制模塊間的迅號通道采用雙重隔離技術，以防止訊號互相干擾和遙控系統對手控系統的影響；

（6）電路板上的電源引腳均設計退藕濾波，有效防止電路板內雜散訊號的干擾。

3.3 無線遙控塔機的技術特點。

（1）可靠性。

遙控系統一旦發生故障，將影響生產正常運行。因此遙控系統及遙控系統硬件必須具有高度的可靠性。

（2）安全性。

遙控系統是起重機械的控制裝置，如果動作有誤，將發生物損、人傷的事故。因此必須保證遙控系統的百分之百的安全，具有操作者應能直接進行緊急停車和系統自動急停的安全保護。

（3）抗干擾性強。

能夠不受電焊、電爐及起重機變頻器等的電磁雜波干擾，能夠在小范圍內同時多臺使用，互不干擾。

（4）能夠在惡劣環境中使用。

必須具有較強的防塵、防煤氣、耐油、抗沖擊等性能。

（5）輕小型便于操作。

發射系統由操作者攜帶進行操作，故應體積小、重量輕、攜帶方便。

3.4 塔機無線遙控系統的優點。

3.4.1 節省人力。

（1）對于橋式、門式起重機及汽車起重機等裝卸設備，其操作掛鉤可由一個人承擔，操作者可直視操作，不需要指揮。

（2）對于工作效率低的起重設備，一個人可同時管理多臺起重機設備。可在起重機操縱同時，完成與其關聯的輸送帶、加料器、搬運車等其它設備控制和管理。

3.4.2 提高工作效率。

（1）由于操作者與地面指揮由一個人承擔，操作者可自行判斷，進行作業，提高了作業的準確性及工作效率。

（2）避免了過去操作人員與地面指揮之間的誤解，適用于設備組裝等精密安裝作業。

省去司機上、下起重機所帶來的諸多不便。

3.4.3 環境安全的提高。

在有毒氣體、高溫、多粉塵和危險作業場地，可選擇環境好、且安全的位置進行操作，操作者的人身安全得到保護，作業條件得到改善。

4. 無線遙控塔機的工作原理

4.1 塔機遙控裝置的組成：

（1）塔機的遙控裝置由發射系統和接收系統兩部分組成。圖1所示為遙控器電路原理方框圖。

（2）根據塔機工作的實際需要，按下操作鍵電路中相應的按鍵，由此產生一組二進制數據代碼，在發送控制線的控制下，一串數據代碼從編碼器被送到調制器電路，在調制器電路里將數字信號轉換成載波電路上傳輸的模擬信號。該模擬信號經由接口電路進入發射電路，并發射出去。

（3）接收系統收到遙控器發射來的載波信號后，經由接收電路和接口電路進入解調器電路。解調與調制相反，從載波中恢復數據代碼。解調后的數據代碼送入解碼器電路，解碼器將解讀正確的代碼信號送到譯碼器電路，經譯碼器譯碼后驅動相應的繼電器工作（見圖2）。由此便完成了按鍵遙控塔機進行工作。

（4）對于在塔機上應用的遙控裝置，其配電保護的設置是非常重要的，特別是對于要求具有手動和遙控的方案。在同一時間里只允許一種方法操作，也就是說手動控制和遙控操作的配電保護必須各自獨立完成其保護功能，之外，二者的操作控制還必須相互聯鎖。我們使用兩個中間繼電器分別控制手動和遙控啟動，當其中一個繼電器啟動時，另一個繼電器不能啟動，有效地實現了電氣聯鎖。另外，遙控器本身的K1/K2、K13/K14、K5/K6已內設互鎖功能，保證塔機的安全操作。

（5）手持按鍵遙控發射器如圖3所示，接收器的輸出接線如圖4所示。

4.2 遙控器基本參數：

工作電壓 DC24V；

輸出方式 全氣密繼電器；

環境溫度 -25℃～+27℃；

防護等級 IP25；

有效工作距離 100～150m

4.3 塔機遙控器選用的關注點：

（1）高安全可靠性。

遙控系統是大型塔機的控制裝置，相當于大腦中樞，如果動作有誤，將發生機毀人傷的重大事故。因此必須保證遙控系統百分之百的安全，具體操作者應能直接進行緊急停車和系統自動急停的安全保護，必須保證即使遙控出現故障，也要首先保證設備安全。另外遙控系統一旦發生故障，將影響設備正常運行，因此其系統及系統的硬件必須具有高度的可靠性。

（2）抗干擾性強。

隨著無線通訊、電磁產品的廣泛使用，各種大功率電磁干擾輻射無處不在，無線遙控裝置必須具有電磁設備、通訊設備及變頻器等電磁雜波的抗干擾能力，能夠在小范圍內同時多臺使用，不至于因受干擾而發生誤動作。

（3）環境中適應性強。

由于很多大型塔機作業環境較差，因此無線遙控裝置必須具有較強的防塵、耐低溫、耐高溫、抗沖擊等惡劣環境適應能力。

（4）便于操作。

因無線遙控裝置發射系統由操作者攜帶操作，故應體積小、重量輕，攜帶方便，操作靈活，操作指示齊全。

（5）操作精度高。

由于大型設備的特殊性，對精度要求較高，因此遙控裝置必須具有較高的精確度。

（6）通訊明確。

大型塔機對于安全操作要求極高，遠程控制時必須保證操作者能夠觀察到起重量、起重力矩、工作幅度、機構工作電流、限位狀態等相應信號，而不至于出現安全裝置故障時，違規操作而造成嚴重后果，因此需要配置相應的遠程監控系統。

4.4 遙控器的操作：

（1）為防止誤動作，遙控器設有開機密碼。首先應打開頂部的紅色停止按鈕，然后連續依次按下：啟動→關機→開機，這時就會發現電源指示處信號燈是閃爍的綠光，開機成功，需要操作時，還需按下“啟動”按鍵，這時遙控系統啟動成功。然后就可以按需要選擇需要操作的按鍵，控制塔機運轉。關機時只需按下“關機”按鍵，指示燈熄滅。

（2）當需要塔機動作時，先按下啟動/電鈴（K23、K24）發出警告提示。然后按需要選擇按鍵，如小車向前一擋，則按下K2，通過接收器驅動電器柜內的控制接觸器工作，同時打開剎車，小車向前運行，再按一下K4動作就是小車向前二擋，小車向后的操作與之相同（按下K1和K3）。當松開小車按鍵時，接觸器斷電，剎車抱閘（延時3秒）。回轉操作時按下K13或K14，通過接收器驅動電器柜內的控制接觸器工作，回轉機構一擋動作，再按下K15，回轉機構二、三、四擋依次動作（電路里增加了延時繼電器，分段切電阻），以達到最快速度。塔機設計要求對回轉機構是自由順風向的，當需要剎車時，只要按住K23就可實現回轉機構的連鎖動作：主電機失電，回轉剎車抱閘制動。起升機構有三擋，按下K5或K6，通過接收器驅動電器柜內的控制接觸器工作，同時打開剎車，起升機構一擋動作，再按下K7通過延時繼電器控制起升機構二、三擋動作，松開起升按鍵，剎車接觸器斷電，起升的油泵電機失電抱閘制動。當需要精確定位時，可以點動按鍵以實現塔機三大機構的點動操作，以達到最佳的工作效果。

5. 結論

（1）通過對塔式起重機遙控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔機實現遙控操作的一些關鍵技術，解決了塔機遙控操作過程中非常重要的安全性問題，為塔機遙控化操作的可行性做了有益的研究與探索。

（2）起重機增設無線遙控系統還是有很多好處的，隨著社會的發展，會有越來越多的人了解工業無線遙控系統，會有越來越多起重機增設無線遙控系統，會有越來越多的領域使用工業無線遙控系統。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2018）05-12-722