大型起重機(jī)的智能化電子控制系統(tǒng)

文/杜欣 李陽 徐曉飛

科技時(shí)代的到來，大型起重機(jī)行業(yè)也在不斷朝著智能化方向奔進(jìn)。起重機(jī)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)主要依靠機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的互相結(jié)合，通過將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纜技術(shù)、電力電子技術(shù)、模糊控制技術(shù)、液壓技術(shù)等應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的智能化。

1 大型起重機(jī)智能化電子控制現(xiàn)狀

隨著近年來我國工業(yè)與建筑業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及自動化程度的提高，起重機(jī)作為施工過程中的重要設(shè)備，因?yàn)楣ぷ餍屎芨撸沂褂梅秶軓V以及安裝和拆卸比較簡便等優(yōu)勢，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，人們對起重機(jī)的要求也越來越高，大型起重機(jī)的發(fā)展趨勢是輕型化、多樣化、智能化、系統(tǒng)化以及實(shí)用化。目前，我國部分企業(yè)在起重機(jī)的智能控制技術(shù)方面做了大量研究，完成了起重機(jī)工作數(shù)據(jù)記錄器、遠(yuǎn)程故障診斷、電子監(jiān)控智能終端等系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要想快速發(fā)展我國的工業(yè)和建筑業(yè)，起重機(jī)的智能控制技術(shù)必不可少。

2 大型起重機(jī)智能化電子控制技術(shù)

2.1 變頻控制PLC技術(shù)

傳統(tǒng)的起重機(jī)電控系統(tǒng)采用老式串接電阻分級調(diào)速，由于接觸器的控制系統(tǒng)可靠性低，且操作復(fù)雜，很容易發(fā)生故障。所以，根據(jù)變頻器、PLC 技術(shù)在行車上表現(xiàn)出的優(yōu)勢，采用無級調(diào)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(zhuǎn)完成大車、小車的前進(jìn)、后退、加速、減速。PLC 控制的起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場情況利用變頻器設(shè)置，調(diào)節(jié)各檔速度、加速時(shí)間和制動減速時(shí)間，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、停止，使其運(yùn)行平穩(wěn)，性能穩(wěn)定。當(dāng)車行走到終端或與另一臺相近時(shí)，兩端各設(shè)擋塊，一旦撞上位置開關(guān)，系統(tǒng)將同時(shí)切斷電路，電動機(jī)停車并制動，有效避免沖撞事故的發(fā)生。利用PLC 技術(shù)改造后的變頻系統(tǒng)，省去了電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的大功率電阻、接觸器等，減輕了維護(hù)工作量，并延長了電動機(jī)的使用壽命。除此之外，省去了操作面板上的各種控制開關(guān)，雖然操作方式與原來相同，但在變頻控制方式下的起重機(jī)變頻調(diào)速控制更為安全與精確。變頻控制方式下，電氣制動與機(jī)械制動二者結(jié)合，保證制動平穩(wěn)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(jī)在經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行后，其故障發(fā)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(xiàn)象也不再發(fā)生，大小車凸輪控制器的各個(gè)觸點(diǎn)的使用壽命也增加了。更為顯著的是節(jié)能降耗，減少了維護(hù)費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益與設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，有效解決因起重機(jī)故障而導(dǎo)致生產(chǎn)不及時(shí)的問題。

2.2 電子防擺技術(shù)

起重機(jī)廣泛應(yīng)用在港口、車間、廠房等工業(yè)場所，需要精確定位、運(yùn)行平穩(wěn)，然而傳統(tǒng)起重機(jī)在工作時(shí)由于大、小車加減速以及負(fù)載提升動作、風(fēng)力、摩擦擾動等因素，都會造成起重機(jī)的擺動，嚴(yán)重影響作業(yè)效率，同時(shí)增加了起重機(jī)安全事故的可能性。為此，起重機(jī)如何防擺已經(jīng)受到工業(yè)和建筑業(yè)相關(guān)人士越來越多的關(guān)注。隨著科技的發(fā)展，電子防擺作為新興的防搖措施，通過將減擺和小車運(yùn)行結(jié)合起來，控制輸入力達(dá)到降低搖擺的效果，使減搖脫離了司機(jī)的操作經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)自動化控制。例如，南開大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在“橋式吊車”研究領(lǐng)域已經(jīng)取得重大突破，研發(fā)的橋式起重機(jī)電子防擺控制系統(tǒng)由傳感器、可編程控制器、驅(qū)動裝置及橋式起重機(jī)系統(tǒng)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(jìn)行處理后，將最佳的控制參數(shù)提供給小車調(diào)速系統(tǒng)即驅(qū)動裝置，控制小車的運(yùn)行方向和速度，將吊具及載荷的擺動角度限制到最小，達(dá)到防擺和消擺的目的。起重機(jī)吊重防搖控制系統(tǒng)需要現(xiàn)場準(zhǔn)確提供狀態(tài)變量空間中的小車位置、小車速度、吊重?cái)[角和吊重?cái)[角角速度等信息。由于起重機(jī)小車與吊重的柔性聯(lián)結(jié)特點(diǎn)，對吊重?cái)[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?cái)[角和擺角角速度測量技術(shù)也成為吊重防搖控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.3 履帶式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

所謂履帶式大型起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，是集無線通信、嵌入技術(shù)、定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)于一身的高科技系監(jiān)控系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確判斷起重機(jī)系統(tǒng)是否偏離正常運(yùn)行系統(tǒng)，及時(shí)預(yù)防突發(fā)故障。武橋重工股份有限公司最新研發(fā)成功一種高層建筑施工用自行式起重機(jī)，該起重機(jī)分為上、下車兩部分結(jié)構(gòu)，包括動力裝置、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、司機(jī)室、液壓系統(tǒng)等。該履帶式起重機(jī)采用CAN 總線通訊控制，根據(jù)人工輸入的起重臂長度和倍率，系統(tǒng)自動按照相應(yīng)起重特性曲線進(jìn)行作業(yè)全程安全保護(hù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)信息與操作。當(dāng)起重力超載或起重機(jī)偏離安全方向時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警信號，并自主切斷運(yùn)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(yáng)攝像機(jī)監(jiān)視卷揚(yáng)機(jī)的工作狀態(tài)；起重機(jī)性能參數(shù)顯示各項(xiàng)參數(shù)，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(dāng)載荷達(dá)到或超過額定值時(shí)，載荷滾動條將變?yōu)榧t色，發(fā)出限動信號執(zhí)行保護(hù)性限動；起重機(jī)通過中央集電環(huán)將電源傳送到下車控制電氣箱，通過外接遙控盒控制開關(guān)電磁閥，完成現(xiàn)場操作支腿油缸及履帶伸縮功能。

3 結(jié)語

綜上所述，建設(shè)工程快速發(fā)展的今天，大型安裝作業(yè)逐步增多，大型起重機(jī)的工程量也在持續(xù)增加，起重機(jī)的作業(yè)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(fā)智能化電子控制系統(tǒng)，將起重機(jī)控制技術(shù)朝著自動化、智能化方向發(fā)展是起重工程未來發(fā)展的必然趨勢。