橋門式起重機(jī)智能化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及研究

許光輝孫勇娜葉浪

（1.佛山市信哲科技服務(wù)有限公司，廣東佛山 528000；2.佛山市三維度科技服務(wù)有限公司，廣東佛山 528000；3.廣東永通起重機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司，廣東佛山 528000）

橋門式起重機(jī)智能化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及研究

許光輝1孫勇娜2葉浪3

（1.佛山市信哲科技服務(wù)有限公司，廣東佛山 528000；2.佛山市三維度科技服務(wù)有限公司，廣東佛山 528000；3.廣東永通起重機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司，廣東佛山 528000）

“輕量化、節(jié)能化、智能化、精細(xì)化”逐步成為我國起重機(jī)未來發(fā)展的趨勢(shì)，特別是隨著我國智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，社會(huì)的進(jìn)步，安全、便捷、智能就成為當(dāng)今起重機(jī)發(fā)展的主旋律。本項(xiàng)目重點(diǎn)從橋門式起重機(jī)械安全監(jiān)控和故障診斷的智能化、精確定位和智能防擺、遙控技術(shù)的研究、智能防撞、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面，開展橋門式起重機(jī)智能化的探索與研究。

橋門式 起重機(jī) 智能化

1 起重機(jī)械技術(shù)發(fā)展的需求

作為制造業(yè)、水利、化工、核電、建筑等領(lǐng)域不可缺少的機(jī)械裝備，幾十年來，我國起重機(jī)一直存在整機(jī)自身重量大、耗能多、智能化水平低等弱點(diǎn)。國內(nèi)諸多起重機(jī)生產(chǎn)廠家，一直在進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新，但大部分廠家把創(chuàng)新的焦點(diǎn)集中在主梁工藝的改進(jìn)上，起重機(jī)結(jié)構(gòu)龐大、自動(dòng)化、智能化水平低，運(yùn)行能耗高等缺陷仍難改變。由于起重機(jī)的產(chǎn)品特性和歷史原因，長期以來人們只是從技術(shù)角度來衡量起重機(jī)的好壞而忽略了經(jīng)濟(jì)性?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造能力的提高，“輕量化、節(jié)能化、智能化、精細(xì)化”逐步成為起重機(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2 橋門式起重機(jī)智能化的發(fā)展趨勢(shì)及國內(nèi)外現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的進(jìn)步，以人為本的指導(dǎo)方針越來越重要，安全、便捷、智能就成為當(dāng)今起重機(jī)發(fā)展的主旋律。在起重裝卸機(jī)械行業(yè)，隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械與電子技術(shù)的結(jié)合日益緊密，起重裝卸機(jī)械智能化信息管理系統(tǒng)應(yīng)勢(shì)而生。起重機(jī)智能化信息管理系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)的日常維護(hù)、安全運(yùn)行、提高工作效率、集中管理、數(shù)據(jù)交換與共享等都具有重要的作用，智能化信息管理系統(tǒng)正逐漸在起重運(yùn)輸行業(yè)推廣、使用。

智能化研究的目標(biāo)是力爭(zhēng)做到信息內(nèi)容的全面化、信息顯示的人性化、信息處理的實(shí)時(shí)化、信息傳遞的網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化：一是大型高效起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)，其主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成；二是變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控等技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平；三是開發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，特殊場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

3 橋門式起重機(jī)智能化研究的主要內(nèi)容

目前，起重機(jī)用戶對(duì)其工作性能、操作舒適性、自動(dòng)化程度、工作安全可靠性、設(shè)備故障監(jiān)控診斷能力等方面的要求也越來越高，所以必須采用智能起重機(jī)來滿足需求。項(xiàng)目智能化研究采用的具體方式如下：

（1）采用地面操控或者遙控方式，取消司機(jī)室，這樣既可以減輕起重機(jī)重量又可以提高操作人員安全性；（2）電氣系統(tǒng)采用目前國際上較先進(jìn)的“PLC+變頻調(diào)速+觸摸屏監(jiān)控”的三級(jí)控制方案，運(yùn)用PLC控制，簡化電控系統(tǒng)中的硬件線路，減少電氣系統(tǒng)的硬件故障，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，且整機(jī)具有良好的人機(jī)對(duì)話和高品質(zhì)的信息處理功能。

3.1 安全監(jiān)控和故障診斷的智能化

重點(diǎn)開展PLC與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)等應(yīng)用到起重機(jī)中，開發(fā)出新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)接口，提升起重機(jī)安全監(jiān)控和故障診斷的技術(shù)的水平直接，提升起重機(jī)的安全性能。

3.2 精確定位和智能防擺

鑒于起重機(jī)在工作過程中，由于大、小車的加減速和負(fù)載的提升動(dòng)作以及風(fēng)力、摩擦引起的擾動(dòng)導(dǎo)致重物的來回?cái)[動(dòng)，這不僅會(huì)嚴(yán)重影響作業(yè)效率，而且容易造成事故。項(xiàng)目擬開展現(xiàn)代控制、非線性控制、模糊控制等多種控制方法，以實(shí)現(xiàn)精確定位和智能防擺。

3.3 遙控技術(shù)的研究

針對(duì)惡劣環(huán)境和特殊場(chǎng)所下的起重機(jī)，行業(yè)重點(diǎn)開展遙控技術(shù)的研究，滿足不同場(chǎng)所的需要，如垃圾處理起重機(jī)，應(yīng)用于高溫、有害氣體、高粉塵下的起重裝卸機(jī)械等。

3.4 智能防撞

行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)開展通過紅外、激光、雷達(dá)等測(cè)距方式達(dá)到防撞目的研究，避免在工作繁忙的車間碼頭，運(yùn)行在同一軌道上的多臺(tái)起重機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)導(dǎo)致碰撞。

3.5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

針對(duì)大客戶購買的多臺(tái)起重機(jī)械，可設(shè)置射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID：Radio Frequency Identification），實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤與遠(yuǎn)程診斷功能。一是實(shí)時(shí)追蹤：出廠的起重機(jī)設(shè)備配有物聯(lián)網(wǎng)功能的獨(dú)一無二的ID。憑借ID，可實(shí)現(xiàn)無論起重機(jī)身在何處，只要擁有必須的網(wǎng)絡(luò)條件，起重機(jī)一開機(jī)工作，客戶就能查詢到它的當(dāng)前信息、實(shí)時(shí)工況和歷史信息；二是遠(yuǎn)程診斷：當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)，在公司PC機(jī)上查詢起重機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和相關(guān)操作，能快捷準(zhǔn)確的判斷故障、給出解決方案。

4 項(xiàng)目橋門式起重機(jī)智能化研究的意義及創(chuàng)新性

4.1 項(xiàng)目產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化跨越

項(xiàng)目采用地面操控或者遙控方式，取消司機(jī)室，既可以減輕起重機(jī)重量又可以提高操作人員安全性；同時(shí)電氣系統(tǒng)采用目前國際上較先進(jìn)的“PLC+變頻調(diào)速+觸摸屏監(jiān)控”的三級(jí)控制方案，運(yùn)用PLC控制，簡化電控系統(tǒng)中的硬件線路，減少電氣系統(tǒng)的硬件故障，從而提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，且整機(jī)具有良好的人機(jī)對(duì)話和高品質(zhì)的信息處理功能。關(guān)鍵研發(fā)及改造包括安全監(jiān)控和故障診斷的智能化設(shè)計(jì)、精確定位和智能防擺設(shè)計(jì)、遙控技術(shù)的研究，以及智能防撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目結(jié)合

針對(duì)客戶購買的多臺(tái)起重機(jī)械，可設(shè)置射頻識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤與遠(yuǎn)程診斷功能。一是實(shí)時(shí)追蹤：出廠的起重機(jī)設(shè)備配有物聯(lián)網(wǎng)功能的獨(dú)一無二的ID。憑借ID，可實(shí)現(xiàn)無論起重機(jī)身在何處，只要擁有必須的網(wǎng)絡(luò)條件，起重機(jī)開機(jī)工作時(shí)，客戶就能查詢到它的當(dāng)前信息、實(shí)時(shí)工況和歷史信息；二是遠(yuǎn)程診斷：當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過物聯(lián)網(wǎng)，在公司PC機(jī)上查詢起重機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和相關(guān)操作，能快捷準(zhǔn)確的判斷故障、給出解決方案。項(xiàng)目產(chǎn)品成套設(shè)備，可通過射頻識(shí)別系統(tǒng)，依托安裝于軌道端頭上的識(shí)別塊和安裝在移動(dòng)的起重機(jī)上的讀寫頭，并與地面操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息和指令對(duì)接，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤、靈活的操作界面、遠(yuǎn)程診斷、功能升級(jí)等主要功能。