橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用

董強(qiáng)

摘 要：為了優(yōu)化橋式起重機(jī)的自動(dòng)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作控制技術(shù)，大大節(jié)省人工操作，提高作業(yè)生產(chǎn)效率。雖然目前的橋式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動(dòng)化，但仍難以滿足企業(yè)生產(chǎn)要求，因此必須對起重機(jī)自動(dòng)操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。對橋式起重機(jī)自動(dòng)操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī) 控制系統(tǒng) 輕量化 智能化

中圖分類號：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0103-02

隨著我國綜合國力的快速增長，其在制造業(yè)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)方面取得了前所未有的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域與行業(yè)里，橋式起重機(jī)起著舉足輕重的作用，尤其在工業(yè)生產(chǎn)和建筑工程中越來越受歡迎。橋式起重機(jī)一般具有結(jié)構(gòu)大、起升機(jī)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，能進(jìn)行一次或多次水平移動(dòng)。例如，起重、有軌電車運(yùn)行和有軌電車運(yùn)行有三個(gè)動(dòng)作。在操作過程中，多個(gè)不同方向的動(dòng)作往往同時(shí)進(jìn)行，這在技術(shù)上是非常困難的。而且橋式起重機(jī)的工作環(huán)境往往是極其惡劣的，需要經(jīng)常在高溫、高濕、高腐蝕、多灰塵等環(huán)境中工作；工作通常是間歇、停機(jī)、一小時(shí)以上，電機(jī)在頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)、反向連接狀態(tài)下，有各種重物要提升，負(fù)載總是在變化。有的重達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千噸，有的長數(shù)十米，形狀不規(guī)則。易燃易爆危險(xiǎn)品具有顆粒松散、易熔化、易燃易爆等特點(diǎn)，其起重過程復(fù)雜、危險(xiǎn)。

1 橋式起重機(jī)電氣回路組成

橋式起重機(jī)的電路由主電路、控制電路和照明信號電路組成。

1.1 主回路

電機(jī)作為主電路直接驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)的電路部分。從起重機(jī)的主小車線開始，通過保護(hù)柜的刀閘保護(hù)柜接觸器的主觸點(diǎn)，然后通過各機(jī)構(gòu)控制器的定子觸點(diǎn)到達(dá)相應(yīng)的電機(jī)。它由電機(jī)的外定子環(huán)和外轉(zhuǎn)子環(huán)組成。

1.2 照明信號回路

橋式起重機(jī)照明信號電路具有以下特點(diǎn)：照明信號電路是一種電源與起重機(jī)主斷路器分開的特殊電路。起重機(jī)保護(hù)柜主刀門開關(guān)斷開后，仍可通電照明信號電路，確保起重機(jī)停止運(yùn)行時(shí)易于維護(hù)。照明信號電路由開關(guān)控制，保險(xiǎn)絲作為短路保護(hù)。便攜式工作燈、駕駛室照明燈、報(bào)警聲音信號均配有安全電壓，確保操作人員的安全。

2 變頻器的選用

起重機(jī)變頻器品種有很多品種。在自動(dòng)化應(yīng)用上比較可靠的是G 7系列變頻器。G 7系列變頻器特有的技術(shù)是能夠用全磁通鏈?zhǔn)噶靠刂谱冾l器，其最大擁有超過150%的低頻額定工作轉(zhuǎn)矩，帶速度反饋的零速度控制（150%額定扭矩輸出，即使在零速度下）。變頻器可以通過設(shè)置參數(shù)的訪問級別來選擇控制模式。通常有四種控制方法：PG閉環(huán)矢量控制、無PG開環(huán)矢量控制、PGU/F閉環(huán)控制、無PGU/F開環(huán)控制。由于其慣性大、載荷變化小，小車和小車的牽引機(jī)構(gòu)基本上屬于阻力載荷。因此，采用無PG的U/F開環(huán)控制方式，無需測速編碼器。電機(jī)配有測速編碼器，采用PG-B2速度控制閉環(huán)矢量控制方式，工作狀態(tài)穩(wěn)定，機(jī)械性能良好。防滑鉤：在該系統(tǒng)中，由于G7系列逆變器具有零轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功能，通過PLC與逆變器配合使用，可以很好地解決滑鉤問題。

2.1 PLC的選用

根據(jù)100M橋式起重機(jī)現(xiàn)場輸入輸出信號及控制系統(tǒng)的功能，采用西門子PLC S7-300型規(guī)范。S7-300由不同的模塊組成（主要由CPU模塊、I/O模塊、電源模塊等組成），控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活，能夠滿足不同的應(yīng)用要求。CPU 3141模塊、數(shù)字輸入模塊SM 321：DI32220VAC2模塊、DI12220VAC1模塊、數(shù)字輸出模塊SM 322：DO16220VAC3模塊構(gòu)成系統(tǒng)。橋式起重機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制動(dòng)作包括：左右、速度的變化；小車前后、速度的變化；絞車的升降和移動(dòng)。保護(hù)功能包括：起升限位、下限位、大車限位、起升及電機(jī)保護(hù)。這可以通過PC非接觸控制來實(shí)現(xiàn)。

整個(gè)系統(tǒng)有8臺(tái)電機(jī)和5臺(tái)逆變器。PLC的輸入輸出點(diǎn)大。每個(gè)轉(zhuǎn)換器都與PLC有類似的連接。介紹了繞組電機(jī)變頻器與PLC的連接方式。

2.2 遙控器的選用

控制器采用“綠色一拖二”遙控器，兩車聯(lián)動(dòng)，遙控器二選“聯(lián)動(dòng)”模式，遙控器同時(shí)發(fā)送安裝在車內(nèi)的工作指令，解除室內(nèi)接收器，接收器接收到控制指令后，接收到控制信號M模板的PLC輸入通過硬接線完成兩臺(tái)起重機(jī)的聯(lián)動(dòng)和汽車的繞組。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要使起重機(jī)運(yùn)行更加快速

目前，“產(chǎn)品周期”概念的興起，而產(chǎn)品的生產(chǎn)速度也越來越受到設(shè)計(jì)師的關(guān)注。只有縮短生產(chǎn)周期，才能節(jié)約時(shí)間，創(chuàng)造更多價(jià)值，使企業(yè)獲得更多效益。因此，為了盡可能地提高起重機(jī)的工作效率，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮這一因素。自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的起重機(jī)采用多種設(shè)計(jì)思想等參數(shù)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，以便自動(dòng)操作起重機(jī)的控制系統(tǒng)更敏感，生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)企業(yè)的好處是最大限度地提高。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要使結(jié)構(gòu)輕量化

起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行.控制系統(tǒng)只是.起重機(jī)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)必須輕量化。如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較輕的起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，則起重機(jī)本身非常輕，在一定程度上大大提高了起重機(jī)的工作效率，縮短了生產(chǎn)周期，達(dá)到了更高的效率；另一方面，若起重機(jī)很重，如果起重機(jī)的效率大大降低，生產(chǎn)周期將延長，企業(yè)將獲得最大的效益，并不能滿足輕型結(jié)構(gòu)的要求。這將縮短起重機(jī)本身的使用壽命。加大機(jī)械采購資金投入，進(jìn)一步降低效率。因此，在起重機(jī)自動(dòng)操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須考慮結(jié)構(gòu)的輕量化。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要使操作智能化

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，傳感器控制技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)在各種機(jī)械化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于機(jī)械工作中的一些輻射可能對人體健康產(chǎn)生一定的影響，因此，當(dāng)前企業(yè)以及操作人員起重機(jī)的自動(dòng)操作控制系統(tǒng)要求越來越高，在較為簡單的工作場景中起重機(jī)有一定自動(dòng)工作能力。為了滿足智能起重機(jī)的智能化與自動(dòng)化，其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能智能化，盡可能減少人員操作，提升企業(yè)作業(yè)效率。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮起重機(jī)運(yùn)行的安全性

目前，工業(yè)生產(chǎn)和建筑工程不僅注重提高生產(chǎn)效率，而且更注重生產(chǎn)過程的安全性。安全是企業(yè)發(fā)展和利潤不確定的前提。只有安全生產(chǎn)才能使公司正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)才能正常進(jìn)行，公司才能盈利。這也反映出公司對員工沒有明確的人文關(guān)懷。因此，起重機(jī)自動(dòng)操作控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮起重機(jī)運(yùn)行的安全性。

4 結(jié)語

起重機(jī)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和建筑工程中。隨著我國工業(yè)化的持續(xù)深化，對起重機(jī)的依賴程度將逐漸加深，而未來可見的人力成本勢必比機(jī)械成本高很多，因此，起重機(jī)的智能化自動(dòng)化也將越來越普及，甚至在不遠(yuǎn)的未來，當(dāng)代極度熱門的AI技術(shù)也將應(yīng)用于起重機(jī)系統(tǒng)中，起重機(jī)也能夠像機(jī)器人一樣智能工作。此外，起重機(jī)設(shè)計(jì)越會(huì)越來越考慮“以人為本”，注重人員的安全性以及工作的舒服性，使人員操作起重機(jī)工作時(shí)效率及安全越來越高，工業(yè)生產(chǎn)以及施工也會(huì)更加便利。

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