行車控制系統在行車安全管理與維護中的應用

柏承東

（福建省工業設備安裝有限公司，福建三明 365000）

0 引言

行車是在短距離內垂直提升和水平移動物體的機械設備，它在促進生產過程的機械化、降低工人勞動強度、提高勞動效率方面有著重要作用，被廣泛用于工礦企業。目前對電機的要求是能夠平穩地加速和減速，這是因為需要保證負載可以快速、準確地到達預定位置，同時控制好承載物體的平臺，使物體停止在目標位置而不會發生振蕩。目前在大型行車中使用了無線遙控技術，但仍然存在著一些問題，如工作效率與靈活性低、材料消耗大，工人勞動強度高[1]，為有效解決這些問題，需要提高控制系統的自動化水平。

1 大型行車的基本結構與功能

行車一般由操作機構、舉升機構、電氣控制、保護裝置等結構組成。整體結構直接在地面軌道上運行，形成橫跨軌道的立體運行空間，廣泛用于水力發電站、港口、貨場以及其他露天場所（圖1）。

圖1 行車結構

為了確保起重機的可靠運行和貨物的安全起吊目標，要求行車的各機構相互配合，同時應分析行車的組成和功能，以進一步深入了解系統，分析故障模式對行車設備的影響。

（1）操作機構。它是與升降機構相互配合完成貨物轉移的重要機構，可以使行車在水平方向移動實現貨物的工作位置調整和水平轉移，將作用在行車上的全部負載轉移到下支架。行車的運行機構主要是軌道式運行機構，只能沿著特設的軌道運動完成貨物的轉移。

（2）升降機構。其主要作用是根據需要以不同的速度實現貨物在垂直方向上升降的功能，提升重物并與其他機構配合，實現貨物的移動與裝卸。一旦出現異常停電的情況，可以確保貨物不會墜落，同時在通電后繼續實現舉升動作。

（3）電氣控制。電氣控制系統是確保行車各機構安全運行的系統中樞，在運行過程中運行狀態的監控、各種操作的實現、安全聯鎖保護等方面起著重要作用。

（4）保護裝置。主要包括起升力矩限制器、重量限制器、超速保護裝置、限位裝置等，不同的保護裝置用于提示不同的監測和測量數據，當運行參數超過限值時保護裝置會發出警報，提示操作人員進行相應的操作。

2 行車控制系統的基本組成

行車控制系統主要由PLC 控制程序、開關、控制屏和狀態指示燈、繼電器、行車監控系統等組成（圖2）。不同于僅垂直移動的電梯和升降機、水平運送物料的輸送機，行車不僅可以垂直提升，也可以在水平方向移動貨物。目前，行車主要有自動控制和手動控制兩種驅動方式：前者根據生產車間的工藝流程，設計程序來實現行車驅動的自動操作；后者則要求駕駛員根據現場需求對行車的提升和平移進行控制。

2.1 PLC 控制系統

PLC 控制程序是系統中樞，它通過采集定位信號來做到對行車過程的自動控制[2]。觸摸屏則是系統的操作中心，可以啟動、停止、手動或自動對系統進行切換，還可以通過設置系統的運行參數來掌控設備的運行狀態。定位信號的傳輸采用接近開關和擋鐵電磁感應的方法，在行車的每個停車位沿水平方向焊接擋鐵，同時將接近開關設置在行車的相應位置。當行車沿著水平向移動時，接近開關檢測是否存在擋鐵，若存在擋鐵，接近開關將向PLC 發送定位信號。在鉤手接近開關的兩端和水平移動處安裝有行程開關，當接近開關發生故障或其他原因導致行車無法及時停止時，將起到限位保護的作用，并向PLC 發送信號，使行車停止駕駛并觸發警報。

圖2 行車控制系統結構

2.2 行車監控系統

車間中機械設備的故障通常是在很短的時間內發生，少數簡易故障可由現場技術人員快速解決，一旦遇到稍復雜的情況則需要專家來解決。但是專家不可能實時在現場，這就會延誤大量時間、降低工作效率。于是考慮是否有某種設備或系統，可以讓專家隨時掌握設備的運行狀態，一旦設備出現故障它將通過系統立即反饋給專家。專家在完成分析和研究后，及時反饋檢查結果，指導現場人員處理故障問題。許多大型機械的監視和診斷主要是通過監測設備中關鍵部件的相關信號來實現，不同程度的故障就會使機械設備發生不同的變化[3]。所以應重點研究設備不同故障的表示形式和實際特征，并采用適當的信號處理將這些故障特征轉換為數字信號，并進行存儲和分析，從而完成對機械設備的故障監測和診斷。

安全監測系統的主要設計功能有如下4 個：

（1）遠程通信與數據獲取主要用于收集現場設備運行狀態的數據，現場實時監控數據庫在遠程互聯網服務器和客戶端之間通過這種路徑進行數據傳輸，為遠程監控及故障診斷提供數據。

（2）遠程狀態監控客戶端可以直接觀察各參數的圖標和圖形，從而清晰地掌握車間的運行狀況。根據這些仿真圖和趨勢圖，用戶可直接了解設備的運行狀態。同時技術人員也可以實現對機械設備的全天候監控，隨時掌握設備的運行狀態，及時發現機器的異常運行情況。

（3）信號分析處理系統可以對實時監測數據庫中每個測量點的數據進行分析，包括對振動信號的頻域與時域特性進行分析，然后積累故障特征信息并用于故障分析。該系統可以自動形成不同類型的故障分析圖供技術人員參考，從而對不同類型故障的原因特征和嚴重程度做出判斷。

（4）數據權限管理技術人員可以管理和改進實時數據庫、歷史數據庫，并且系統可以設置權限功能以確保監控系統中信息的安全性。

3 行車控制系統在安全管理與故障處理中的實現

3.1 行車故障點的檢測與維修

隨著信息技術的飛速發展，行車正逐步向智能化與自動化發展。長時間運行的工作方式對行車安全運行有更嚴格要求的同時，對行車維護管理有更高的需求。一直以來，我國對行車采用的維修方式包括計劃維修系統和定期維修系統。計劃維修系統是基于機械設備的磨損理論，基本思想是維護與修理應同等重視，預防為主，確定了大、中、小修理的維修周期和內容。對于每個組件，當運行周期達到規定的時間間隔時應立即對設備進行規定中的維修操作。抽查和定期維修系統是通過抽查的方式來確定維護需求，根據抽查人員的維修經驗以決定是否延長或縮短維修周期，可以確保設備始終處于受控狀態。為了實施現場檢查和定期維護系統，有必要結合企業的具體情況和設備的特點不斷加強對現場檢修人員的培訓，并要求現場檢查人員嚴格按照規定執行維修措施。

行車在運行過程中容易出現如下5 類故障：

（1）大車故障。如運行時車輪輪緣與承載軌道磨損嚴重，主要原因是車輪制造不合格，使得大車兩側運行速度不一樣，更換統一的車輪即可。

（2）制動器故障。制動器剎車不靈、制動器無法打開、制動器工作時瓦襯發熱嚴重以及制動器的制動力矩不穩定等引起的制動器故障。相應的解決方法有：針對剎車不靈，可以通過更換瓦襯、調整制動器主彈簧、更換螺桿以及電磁鐵制動線圈；針對瓦襯發熱過大的現象，可以通過調整制動輪與瓦襯的間距或者將粗糙度未滿足要求的制動輪重新打光，使瓦襯與制動輪之間更加匹配。

（3）升吊設備故障。可能的原因主要有鋼絲繩跑槽、溜鉤、卷筒故障等，相應的解決措施主要是對照檢修維護手冊，對于不符合安裝要求或者出現明顯磨損破壞的構件，應及時校正和更換。

（4）小車故障。小車車輪與軌道接觸時存在一個車輪懸空的問題、小車運行時打滑以及啟動時車身搖擺振動較大。首先，應保證小車車輪為標準輪，其次將出現變形的車架部分采用火焰法進行校正，達到合格要求即可。

（5）減速器故障。如減速器機構運轉時振動不正常、漏油等，首先應緊固腳螺栓或更換新的螺栓，增大承載減速器的構件剛度；出現漏油時則應避免減速器箱體溫度過高，將松動的螺栓與彈簧墊片固定。

3.2 自動化監控系統在行車運行中的實現

行車設備一共有3 個故障期，自動化監控系統在各個故障期的特點如下：

（1）早期故障期。在早期的故障階段，行車也處于使用的早期階段，零件與設備機構處于運行的磨合期間，常常會發生一些小故障。在監控方面需要注意的是：先通過快速修理和檢查的方法對行車進行體檢，據檢查結果對在目標檢查中經常會發生故障進行重點排查，最后根據行車的技術要求，嚴格檢查產品是否符合要求，同時加強關鍵零部件的維修保養。

（2）偶然性故障期。在偶發故障期行車處于正常使用階段，定期檢查和維護也無法確定行車操作運行過程的安全性。如果可以設計一個系統來實時監視行車的工作狀態，一旦出現故障系統將及時報警并停止，或者在有任何故障跡象時系統將提前報警并及時停止維修。

（3）損耗故障期。在損耗故障期行車運行將進入正常使用的后期階段，行車會出現越來越多的問題。為了延長行車的使用壽命，必須延長受損零部件的使用期限。在這一階段可以利用機械故障的趨勢提前更換和維護零件，減少故障的發生。

4 結論

目前行車已被廣泛地應用于建筑工程項目和工業生產，行車設計應注重“以人為本”，在注重人員安全的同時還應重視工作環境的舒適性，進一步提高操作人員的工作效率和安全性。同時還應充分利用行車控制系統，及時檢查故障點，促進工業生產和建設。