智能起重機的控制系統與關鍵技術

余耒 劉曉冀

摘 ?要：隨著起重機智能化程度的不斷增加，越來越多的企業提出智能起重機控制的需求。本文介紹了起重機控制系統的主要功能，并詳細講述了其關鍵技術。

關鍵詞：智能起重機;控制系統;關鍵技術

引言

隨著工廠自動化環境的提升，其中的橋式起重機控制方式亦在由人工控制向自動化、智能控制、遠程管理方向發展。為適應新的市場需求，研發適合起重行業智能化發展的技術和產品，通過對國內外智能起重機的智能化技術發展狀況和市場需求的調研，結合自動化生產、信息化車間的管理與調度、智能制造加工工藝，對起重機的自動化、信息化、智能化的等關鍵技術的發展進行研究。借助自動化技術、信息技術、智能控制技術、互聯網技術等工具，起重機械的使用、管理可從單一的人工操作、檢查向自動化操作、在線監控、遠程維護與技術支持轉變，進而形成一整套的橋式起重機智能控制平臺，提高橋式起重機械產品的性能與競爭力。

1.智能起重機控制系統以及基本要求

1.1控制系統

在使用起重機時，利用變頻器和PLC對電氣控制系統進行實時控制，借助制動單元完成能耗吸收和消耗配置，從而對電器元件起到一定的維護作用。從整體角度出發，啟動系統主要利用凸輪進行控制，根據PLC進行特定指令的下達，調用PLC之前要完成對應程度的編寫。

1.2基本要求

在關于起重機的設計規范中對起重機的設計要求具有明確的規定，當起重機處于高額定荷載的工作狀態下，可以正常開展工作。如果供電系統發生了額定值波動，勢必會提高額定載荷，不管載荷的位置在哪，都可以對系統進行實時控制，以保證程序的有序開展。這種方式也有效避免了溜鉤發問題的發生，當然，如果控制方案合理，不管控制手柄居于哪一個位置，當開展工作后，都需要在額定荷載下保證額定的速度，可以引入變頻器的方式，對變頻器進行參數設定，以保證彼此之間的有效連接。當制動器線路發生異常，一定要立即采取措施，切段制動電源。在制動器線路中，對需要進行安全保護的裝置進行配備，可以采用變頻器或者PLC控制系統的方式，完成多點控制。每一個控制點都會產生一種連鎖反應，因此不管在什么情況下，都必須只存在一個工作點。如果發生了意外斷電，控制系統要立即采取措施，對制動器給予保障，降低設備發生故障的幾率。

2.智能起重機集中控制系統架構

智能起重機集中控制系統需要充分考慮現場的各類因素，一方面盡可能還原操作人員在現場的視聽感觀，確保遠程操作的安全性;另一方面充分利用自動化技術提升起重機運行自動化程度，減輕操作人員負擔。針對生產現場其他可能發生的安全問題也要有充分的考量，合理利用現有檢測技術和控制手段，結合現場生產經驗建立的起重機集中控制系統架構。集中調度系統主要實現集中控制的任務分配和設備管理等功能，它能夠在接收上級系統下發工作任務的同時，允許操作員手動設定修改當前任務，還可以將新任務分配給當前空閑的操作臺和操作員，保證任務的高效執行。安全策略主要負責起重機運行過程中可能遇到的各類特殊情況，進行相應的安全處理，保證系統穩定運行。遠程控制系統主要實現遠程操作起重機所需的各類控制交互等功能，通過操作模式的選擇，可以根據各種工況在手動、半自動、自動操作模式之間靈活切換。完善的報警系統可以對現場發生的情況進行反饋，使操作人員可以有效地了解起重機運行的周邊環境。智能人機交互功能包含語音交互、語音對講、面部識別認證等功能，進一步提升操作人員的操作體驗。遠程監測系統主要實現起重機運行狀態和周圍環境的實時監測功能，視頻監測系統主要包含起重機行走視頻監控、吊鉤視頻監控、軌道異物監測、電氣室火災監測等內容。聲音監測包含司機室異響監測、軌道異響監測等內容。音視頻系統可以給操作員提供親臨現場的操作感受，保證生產過程的穩定運行。人員定位是指通過UWB（UltraWideBand，超帶寬）系統獲取車間工作人員位置，確保人員和起重機工作互不影響。控制系統是起重機穩定運行的基礎，主要完成起重機自動控制過程，包含PLC控制、變頻運動控制、防搖擺系統、三維定位、防碰撞和一鍵巡航等功能。

3.智能起重機的關鍵技術

3.1集中控制系統中的5G網絡

傳統無線AP（AccessPoint，接入點）的網絡結構難以滿足起重機集中控制的需求，在AP與AP銜接處切換無線網絡接入點經常會造成控制信號丟失、視頻信號卡頓等問題，從而影響遠程操作的功能實現。波導管作為港口常用的無線網絡傳輸方式，帶寬與無線AP模式相似，但在大流量視頻信號傳輸需求時存在帶寬瓶頸。隨著5G技術應用的不斷推廣，智能起重機5G網絡方案逐漸成熟。使用工業級CPE（CustomerPremiseEquipment，客戶前置設備）模組可以靈活地將起重機及其他設備接入5G網絡。每臺起重機的信號通過5G基站傳遞至MEC服務器，再傳遞至集中控制調度中心，從而實現生產車間地面系統與各起重機的信息互通。5G網絡解決方案可以將音視頻信號、控制信號等內容進行流暢傳遞，確保起重機集中控制系統的安全穩定運行。

3.2物聯網遠程動態監管

IOT物聯網云平臺搭載的遠程監控管理實時在線監測主要有四個方面的功能，即實時追蹤監控功能，遠程故障診斷功能，遠程調試下載PLC程序以及數據分析處理。

1）實時追蹤監控每個物聯網起重機都有對應物聯網功能的唯一ID。在聯網狀態下，服務器可管理、監管并控制起重機設備的當前工作狀態。

2）遠程故障診斷當起重機使用狀態出現故障，故障信息會自動上傳到物聯網云平臺，進行報警顯示和記錄。

3）遠程調試下載PLC程序自動監控每次工作循環的數據記錄并可在線監控和下載PLC程序，若管理人員發現起重機設備故障、司機操作異常、調試設備功能等情況，可遠程下發指令、輸出報警、遠程開/關機等操作進行人為輔助管控。

4）數據統計處理物聯網云平臺顯示和統計起重機吊重、幅度、高度、風速、風級、回轉角度等以及PLC程序中的各類限位、變頻器等的設備狀態信息并提供相關數據的讀取和分析處理及歷史數據記錄等功能。

3.3智能起重機安全技術

智能起重機作為特種設備，安全性是集中控制系統最重要的考核內容。集中控制系統需要根據用戶的使用情況，對可能存在的安全問題進行全方位考慮。根據現場可能出現的安全事件，集中控制系統將可能存在的安全事件劃分為不同等級。針對不同等級的安全事件采取不同的應對辦法，從而保護人員、設備不受損失。安全事件由輕至重分為四個等級。第Ⅰ級為較為輕度的預警事件，采用安全響應為報警提示，在當前任務執行結束后或定期檢查時對報警問題進行處理。第Ⅱ級為影響起重機正常運行的功能缺失事件，采用安全響應為報警提示并對控制程序進行相應聯鎖阻止部分操作功能，以防止起重機帶病工作而造成損失。第Ⅲ級為起重機運行過程中發生的異常事件，采用安全響應為報警并正常停車，要求維護人員對異常事件進行確認并處理。第Ⅳ級為起重機運行過程中發生的突發事件，采用安全響應為報警并緊急停車，此類事件需生產車間立即對突發情況做出響應，防止發生重大生產事故。

結語

伴隨著智能化技術的不斷發展，起重機智能化水平也在快速提高，今后起重機全自動運行的場景將會逐步增多。在人工智能技術的加持下，起重機還將能夠自主處理突發問題、診斷故障并進行故障恢復。隨著智能起重機運行工作效率的進一步提升，勢必將為中國起重行業帶來新一輪的發展動力。

參考文獻

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