塔式起重機定速巡航系統的設計

(湖南中聯重科智能技術有限公司 湖南 長沙 410205)

一、引言

隨著我國經濟社會的飛速發展，高層、超高層建筑越來越多，而在建筑工地上承擔著運輸任務的塔式起重機(下文簡稱：塔機)也隨之越立越高，每次從地面將重物吊到施工作業面時，吊鉤需要經歷幾百米的行程，通常需要耗費較長的時間，特別是當倍率較高、吊重較大的情況下，耗費的時間將會更長。在這種工況下，塔機司機需長時間將操作桿維持在相應檔位，長期如此，容易疲勞，嚴重時可產生手抽筋等情況，有發生危險的可能。觀察發現塔機司機在此情況下常用繩子綁住或用異物抵住操作桿，此屬違規操作，有嚴重的安全隱患。

鑒于現狀，筆者團隊設計了一種塔機定速巡航系統，該系統基于現有的塔機安全監控系統，配合PLC可編程控制器，實現定速巡航功能。塔機定速巡航功能可以在檔位穩定后，按下定速巡航開關，然后松開操作桿，讓塔機按照當前檔位自動工作，從而減小塔機司機的工作量，避免危險發生。

二、定速巡航系統構成

本文設計的定速巡航功能嵌入已有的塔機安全監控系統中，主要增加系統中通訊協議數據和軟件開發，未增加硬件成本。整體系統包括塔機安全監控系統主機、聯動臺、PLC可編程控制器、變頻器、以及幅度、高度、回轉、重量、風速等傳感器。

其中塔機安全監控系統主機帶有顯示屏和按鍵，可實現人機交互。塔機安全監控系統主機可通過幅度、高度、回轉、重量、風速等傳感器獲得塔機狀態信息，監控塔機運行狀態，能在塔機朝危險方向運行時產生報警和限位信息。

而PLC可編程控制器可獲得聯動臺檔位，并將檔位信息通過RS485接口發送給塔機安全監控系統，同時接收塔機安全監控系統發送過來的執行檔位信息，按照執行檔位控制變頻器輸出檔位。

定速巡航控制器嵌入在塔機安全監控系統主機中，可通過顯示屏和按鍵操作定速巡航開始與結束，設定定速巡航檔位。定速巡航模塊可以獲得塔機安全監控系統主機的限位信息，從而在定速巡航過程中，保證塔機運行安全。

5.定速巡航過程中監控塔機整體運行狀態，確保塔機安全運行。

三、工作流程：

(一)系統工作流程

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2.定速巡航開啟條件判斷，只有在滿足開啟條件時才啟動定速巡航。

圖1 工作流程圖

(二)定速巡航控制器工作流程

定速巡航控制器工作流程中幾個重要點說明如下：

6.定速巡航退出，退出定速巡航后，塔機開始按聯動臺檔位運行。

在平頭塔和垂頭塔上，定速巡航控制器可同時控制幅度、高度、回轉三個電機。但在實際應用中最多的場景是，幅度和回轉暫時保持不變，只對高度起升或下降做巡航，即變幅和回轉電機檔位為0，起升電機檔位設定某固定值(如III檔上升)。

2.歸納整理，產生矛盾。調查后，出現了很多加數是相同的加法算式，比較極端的算式，比如9個2相加，8個4……，學生發現問題，算式太麻煩。引入乘法的時機到了，通過已學與現實產生矛盾，提示學生，解決此類問題，我們需要有另一種算式來代表這樣的加法算式。

3.設定的檔位在當前吊重下是否安全可行，若不符合安全檔位要求，則降檔到安全檔位運行定速巡航。

1.設定開啟條件：定速巡航必須在塔機安全監控系統不報警的情況下才能啟動，吊鉤離起重臂距離較近時只能起升定速巡航向下，吊鉤離地面較近時只能定速巡航向上，變幅和回轉也類似，風速預報警、超力矩、超重量時禁用定速巡航；高負載運行時，定速巡航檔位限制在低檔；塔機處于頂升狀態及安全監控系統失效時禁用定速巡航。

4.定速巡航成功開啟后，塔機司機的手可離開檔位操作手柄，聯動臺檔位自動歸零，塔機會按照固定檔位自動運行。

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1.定速巡航檔位設定和功能開啟，有兩種方式：一種是將聯動臺檔位調節到希望定速巡航的檔位并保持，點擊主機屏幕上定速巡航開始按鈕，則觸發定速巡航開啟；另一方式是確保聯動臺檔位歸零的情況下，在主機屏幕上設置定速巡航檔位信息，并點擊定速巡航開始按鈕，則觸發定速巡航開啟。

四、安全控制

安全性是工程機械設備首要考慮的，本系統從以下幾個方面進行定速巡航過程安全控制：

系統工作流程圖如圖1所示，定速巡航控制器可直接利用塔機安全監控系統主機已獲取的塔機靜態參數(如：塔高，臂長)和動態參數(吊鉤高度、幅度、回轉、風速等)，及塔機安全監控系統處理的限位輸出；通過PLC獲得聯動臺檔位信息。定速巡航控制器根據獲取的塔機當前狀態，分析處理后，輸出執行檔位信息到執行機構PLC，PLC根據檔位信息控制各電機輸出，從而控制塔機動作。

A Preliminary Study on the Function of Student Societies in Higher Vocational Colleges______________________________LI Guihuan 93

2.電子限位：主要通過軟件分析后輸出變幅、起升、回轉電機的檔位，控制吊鉤運行的速度。

3.機械限位：機械限位是在結構上強制阻止吊鉤的過度運動，以防電子設備失靈情況下吊鉤吊物過度運動碰撞塔身，塔機安全監控系統已配置機械限位器。

4.強制退出：除以上提出的電子限位停止和機械限位需強制退出巡航，還有以下幾種情況需強制退出：吊重值發生改變，進入頂升模式，塔機安全監控系統失效，電控柜斷電、系統重啟，塔機安全監控系統限位。

5.報、預警提示：塔機安全監控系統具備語音提示，屏上圖標提示及聲光告等多種報警、提示方式。在原報警、提示上增加巡航相關內容。如：在巡航開啟時語音提示是否開啟成功；成功開啟后屏上主界面固定位置顯示巡航圖標和當前巡航檔位，每一分鐘語音提示一次“正在定速巡航模式”；當電子限位達到減速檔值時，語音提示“請退出定速巡航”，屏上相關圖標和提示變為黃色，聲光報警器以長周期預警。

（2）采購階段。該階段包含智慧物流園區設備采購、信息化服務采購以及安裝施工等工作安排。在采購環節囊括了絕大部分分包招標、合同簽署、分包合同執行等事務工作，智慧物流園區涉及的采購資材和服務，包括數據庫、系統軟件、人工智能化設備、人機交互系統、可視化系統、云服務等，要求相比普通的物流園區技術含量更高，要求更為復雜。

五、結束語

筆者以工作中觀察到的實際需求出發，借鑒汽車行業的定速巡航理念，在原有的塔機安全監控系統平臺上，不增加硬件成本，設計出塔機定速巡航功能。此功能在塔高60米以上的塔機起升和下降工作時有很強的實用性。基于現有塔機安全監控系統的定速巡航功能，本文重點在于保障定速巡航運行過程的安全性，固本設計每一處都重點考慮實際操作性、安全性及可靠性。