大型起重机的智能化电子控制系统

文/杜欣 李阳 徐晓飞

科技时代的到来，大型起重机行业也在不断朝着智能化方向奔进。起重机的可持续发展战略目标主要依靠机械技术与电子技术的互相结合，通过将先进的计算机技术、光缆技术、电力电子技术、模糊控制技术、液压技术等应用到机械的驱动系统与控制系统，实现起重机的智能化。

1 大型起重机智能化电子控制现状

随着近年来我国工业与建筑业生产规模的不断扩大，以及自动化程度的提高，起重机作为施工过程中的重要设备，因为工作效率很高，且使用范围很广以及安装和拆卸比较简便等优势，在现代化生产过程中发挥了至关重要的作用，人们对起重机的要求也越来越高，大型起重机的发展趋势是轻型化、多样化、智能化、系统化以及实用化。目前，我国部分企业在起重机的智能控制技术方面做了大量研究，完成了起重机工作数据记录器、远程故障诊断、电子监控智能终端等系统设计。要想快速发展我国的工业和建筑业，起重机的智能控制技术必不可少。

2 大型起重机智能化电子控制技术

2.1 变频控制PLC技术

传统的起重机电控系统采用老式串接电阻分级调速，由于接触器的控制系统可靠性低，且操作复杂，很容易发生故障。所以，根据变频器、PLC 技术在行车上表现出的优势，采用无级调速接触器控制主回路的启动和停止，利用凸轮控制器控制定子回路的正反转完成大车、小车的前进、后退、加速、减速。PLC 控制的起重机变频调速系统可根据现场情况利用变频器设置，调节各档速度、加速时间和制动减速时间，实现系统的启动、停止，使其运行平稳，性能稳定。当车行走到终端或与另一台相近时，两端各设挡块，一旦撞上位置开关，系统将同时切断电路，电动机停车并制动，有效避免冲撞事故的发生。利用PLC 技术改造后的变频系统，省去了电动机转子侧的大功率电阻、接触器等，减轻了维护工作量，并延长了电动机的使用寿命。除此之外，省去了操作面板上的各种控制开关，虽然操作方式与原来相同，但在变频控制方式下的起重机变频调速控制更为安全与精确。变频控制方式下，电气制动与机械制动二者结合，保证制动平稳可靠，振动和冲击都变小，极大提升了安全性能。改造后的桥式起重机在经过一段时间的试运行后，其故障发生率相较以往大大减少，启动过快、加减速过猛而造成的钢丝绳断裂、大小车断电跑出轨道、吊斗大臂弯断等现象也不再发生，大小车凸轮控制器的各个触点的使用寿命也增加了。更为显著的是节能降耗，减少了维护费用，提高了经济效益与设备的运转率，有效解决因起重机故障而导致生产不及时的问题。

2.2 电子防摆技术

起重机广泛应用在港口、车间、厂房等工业场所，需要精确定位、运行平稳，然而传统起重机在工作时由于大、小车加减速以及负载提升动作、风力、摩擦扰动等因素，都会造成起重机的摆动，严重影响作业效率，同时增加了起重机安全事故的可能性。为此，起重机如何防摆已经受到工业和建筑业相关人士越来越多的关注。随着科技的发展，电子防摆作为新兴的防摇措施，通过将减摆和小车运行结合起来，控制输入力达到降低摇摆的效果，使减摇脱离了司机的操作经验，实现自动化控制。例如，南开大学科研团队在“桥式吊车”研究领域已经取得重大突破，研发的桥式起重机电子防摆控制系统由传感器、可编程控制器、驱动装置及桥式起重机系统组成，通过可编程控制器对各种传感器和检测元件检测到的信息，如吊具前后摆动的角度和角速度，进行处理后，将最佳的控制参数提供给小车调速系统即驱动装置，控制小车的运行方向和速度，将吊具及载荷的摆动角度限制到最小，达到防摆和消摆的目的。起重机吊重防摇控制系统需要现场准确提供状态变量空间中的小车位置、小车速度、吊重摆角和吊重摆角角速度等信息。由于起重机小车与吊重的柔性联结特点，对吊重摆角和摆角角速度信息测量就一直成为工程中有待解决的难题，吊重摆角和摆角角速度测量技术也成为吊重防摇控制系统的关键技术之一。

2.3 履带式远程监控系统

所谓履带式大型起重机远程监测系统，是集无线通信、嵌入技术、定位系统、地理信息系统于一身的高科技系监控系统，能够准确判断起重机系统是否偏离正常运行系统，及时预防突发故障。武桥重工股份有限公司最新研发成功一种高层建筑施工用自行式起重机，该起重机分为上、下车两部分结构，包括动力装置、卷扬机构、电气系统、回转机构、司机室、液压系统等。该履带式起重机采用CAN 总线通讯控制，根据人工输入的起重臂长度和倍率，系统自动按照相应起重特性曲线进行作业全程安全保护，实时监控作业信息与操作。当起重力超载或起重机偏离安全方向时，系统将发出声光报警信号，并自主切断运行方向，提示操作人员朝着安全方向操作；驾驶室前灯为夜间工作提供辅助照明；卷扬摄像机监视卷扬机的工作状态；起重机性能参数显示各项参数，包括额定起重量、工作半径、臂长、角度、高度、起升信号等；大小钩载荷滚动条可以显示大小钩的起重载荷量，当载荷达到或超过额定值时，载荷滚动条将变为红色，发出限动信号执行保护性限动；起重机通过中央集电环将电源传送到下车控制电气箱，通过外接遥控盒控制开关电磁阀，完成现场操作支腿油缸及履带伸缩功能。

3 结语

综上所述，建设工程快速发展的今天，大型安装作业逐步增多，大型起重机的工程量也在持续增加，起重机的作业性能不断被提升。要想竞争激烈的市场中占有一定份额，研发智能化电子控制系统，将起重机控制技术朝着自动化、智能化方向发展是起重工程未来发展的必然趋势。