大型起重機的智能化電子控制系統

文/杜欣 李陽 徐曉飛

科技時代的到來，大型起重機行業也在不斷朝著智能化方向奔進。起重機的可持續發展戰略目標主要依靠機械技術與電子技術的互相結合，通過將先進的計算機技術、光纜技術、電力電子技術、模糊控制技術、液壓技術等應用到機械的驅動系統與控制系統，實現起重機的智能化。

1 大型起重機智能化電子控制現狀

隨著近年來我國工業與建筑業生產規模的不斷擴大，以及自動化程度的提高，起重機作為施工過程中的重要設備，因為工作效率很高，且使用范圍很廣以及安裝和拆卸比較簡便等優勢，在現代化生產過程中發揮了至關重要的作用，人們對起重機的要求也越來越高，大型起重機的發展趨勢是輕型化、多樣化、智能化、系統化以及實用化。目前，我國部分企業在起重機的智能控制技術方面做了大量研究，完成了起重機工作數據記錄器、遠程故障診斷、電子監控智能終端等系統設計。要想快速發展我國的工業和建筑業，起重機的智能控制技術必不可少。

2 大型起重機智能化電子控制技術

2.1 變頻控制PLC技術

傳統的起重機電控系統采用老式串接電阻分級調速，由于接觸器的控制系統可靠性低，且操作復雜，很容易發生故障。所以，根據變頻器、PLC 技術在行車上表現出的優勢，采用無級調速接觸器控制主回路的啟動和停止，利用凸輪控制器控制定子回路的正反轉完成大車、小車的前進、后退、加速、減速。PLC 控制的起重機變頻調速系統可根據現場情況利用變頻器設置，調節各檔速度、加速時間和制動減速時間，實現系統的啟動、停止，使其運行平穩，性能穩定。當車行走到終端或與另一臺相近時，兩端各設擋塊，一旦撞上位置開關，系統將同時切斷電路，電動機停車并制動，有效避免沖撞事故的發生。利用PLC 技術改造后的變頻系統，省去了電動機轉子側的大功率電阻、接觸器等，減輕了維護工作量，并延長了電動機的使用壽命。除此之外，省去了操作面板上的各種控制開關，雖然操作方式與原來相同，但在變頻控制方式下的起重機變頻調速控制更為安全與精確。變頻控制方式下，電氣制動與機械制動二者結合，保證制動平穩可靠，振動和沖擊都變小，極大提升了安全性能。改造后的橋式起重機在經過一段時間的試運行后，其故障發生率相較以往大大減少，啟動過快、加減速過猛而造成的鋼絲繩斷裂、大小車斷電跑出軌道、吊斗大臂彎斷等現象也不再發生，大小車凸輪控制器的各個觸點的使用壽命也增加了。更為顯著的是節能降耗，減少了維護費用，提高了經濟效益與設備的運轉率，有效解決因起重機故障而導致生產不及時的問題。

2.2 電子防擺技術

起重機廣泛應用在港口、車間、廠房等工業場所，需要精確定位、運行平穩，然而傳統起重機在工作時由于大、小車加減速以及負載提升動作、風力、摩擦擾動等因素，都會造成起重機的擺動，嚴重影響作業效率，同時增加了起重機安全事故的可能性。為此，起重機如何防擺已經受到工業和建筑業相關人士越來越多的關注。隨著科技的發展，電子防擺作為新興的防搖措施，通過將減擺和小車運行結合起來，控制輸入力達到降低搖擺的效果，使減搖脫離了司機的操作經驗，實現自動化控制。例如，南開大學科研團隊在“橋式吊車”研究領域已經取得重大突破，研發的橋式起重機電子防擺控制系統由傳感器、可編程控制器、驅動裝置及橋式起重機系統組成，通過可編程控制器對各種傳感器和檢測元件檢測到的信息，如吊具前后擺動的角度和角速度，進行處理后，將最佳的控制參數提供給小車調速系統即驅動裝置，控制小車的運行方向和速度，將吊具及載荷的擺動角度限制到最小，達到防擺和消擺的目的。起重機吊重防搖控制系統需要現場準確提供狀態變量空間中的小車位置、小車速度、吊重擺角和吊重擺角角速度等信息。由于起重機小車與吊重的柔性聯結特點，對吊重擺角和擺角角速度信息測量就一直成為工程中有待解決的難題，吊重擺角和擺角角速度測量技術也成為吊重防搖控制系統的關鍵技術之一。

2.3 履帶式遠程監控系統

所謂履帶式大型起重機遠程監測系統，是集無線通信、嵌入技術、定位系統、地理信息系統于一身的高科技系監控系統，能夠準確判斷起重機系統是否偏離正常運行系統，及時預防突發故障。武橋重工股份有限公司最新研發成功一種高層建筑施工用自行式起重機，該起重機分為上、下車兩部分結構，包括動力裝置、卷揚機構、電氣系統、回轉機構、司機室、液壓系統等。該履帶式起重機采用CAN 總線通訊控制，根據人工輸入的起重臂長度和倍率，系統自動按照相應起重特性曲線進行作業全程安全保護，實時監控作業信息與操作。當起重力超載或起重機偏離安全方向時，系統將發出聲光報警信號，并自主切斷運行方向，提示操作人員朝著安全方向操作；駕駛室前燈為夜間工作提供輔助照明；卷揚攝像機監視卷揚機的工作狀態；起重機性能參數顯示各項參數，包括額定起重量、工作半徑、臂長、角度、高度、起升信號等；大小鉤載荷滾動條可以顯示大小鉤的起重載荷量，當載荷達到或超過額定值時，載荷滾動條將變為紅色，發出限動信號執行保護性限動；起重機通過中央集電環將電源傳送到下車控制電氣箱，通過外接遙控盒控制開關電磁閥，完成現場操作支腿油缸及履帶伸縮功能。

3 結語

綜上所述，建設工程快速發展的今天，大型安裝作業逐步增多，大型起重機的工程量也在持續增加，起重機的作業性能不斷被提升。要想競爭激烈的市場中占有一定份額，研發智能化電子控制系統，將起重機控制技術朝著自動化、智能化方向發展是起重工程未來發展的必然趨勢。