关于桥式起重机电气控制的探讨

徐工集团工程机械股份有限公司建设机械分公司 惠文龙

桥式起重机基本工作原理是将施工所需大型物料采用合理方式吊起并运输到指定位置，基本构成为桥架、升降机及大、小车辆等，内部结构构架主要包括架桥、大梁、轮轴、减速机及升降机等，各项构件在桥式起重机中发挥着不同作用，共同构成桥式起重机整体系统。桥式起重机在工业生产、工程建设等领域具有广泛应用，在起重物料时能将其悬挂在可自由移动的小型起重车中，因结构设计较为科学，所以综合起重能力较好，能有效提升起重总体重量，综合能耗较小，从而有效优化工程建设成本。

在桥式起重机运行过程中，内部各结构构件需紧密配合，起升机负责物料垂直升降，车辆负责横向移动运输和纵向移动运输，从而能有效提高起重作业效率[1]。通常在相同的作业条件中，采用桥式起重机的工作效率能得到很大提升，相比于其他类型起重机能完成重量更大的施工物料起重，且能根据不同应用实际情况选择不同类型的桥式起重机，如两用桥式起重机、电磁桥式起重机、抓斗桥式起重机等，适合在不同工程环境中使用，需按照实际需求选择对应的桥式起重机类型，从而有效促进工程建设效率提高。

1 桥式起重机电气控制系统的基本运行标准分析

1.1 桥式起重机电气运行控制系统分析

桥式起重机的运行通过大车电机驱动，按照两个轨道进行纵向的前后运动，小车利用提升机由小车实际驱动沿着桥架运动，轨道为横向运行过程，从而完成起重运动、横纵运动、垂直运动等多项过程。桥式起重机主要的电气控制模块为PLC 运动控制模块，还包括起重升机模块、辅助升机模块、大车运动模块及小车运动模块。

准确分析PLC 实际控制系统程序，确保变频器、同步以及纠错程序能够符合运行标准，并制定科学的制动器和安全保护系统。按照实际操作控制联动平台的位置，分析实际控制端安装具体位置；利用MPI 总线和PLC 数据信息确保所获取内容的全面性，将数据信号实时传输到PLC 输入端的控制模块中，PLC 内部程序则能对信号进行及时响应和处理；依据实际保护信号的位置和开关标准对继电器的反馈信号进行及时处理，从而能够提高安全保护系统运行效果。

1.2 变频器的选择分析

桥式起重机中各部分都需利用变频器进行控制。本文采用FR—A740变频器，能提高软件运行效果和核心控制效果，实现合理变频总量控制目标，对实际速度控制范围进行调整，明确实际转矩的具体位置，从而对电气制动相关内容进行优化和提升。在优化变频器安全性能的过程中，需确保变频器自我保护相关功能齐全标准。

依据桥式起重机的实际情况，确定过载保护、过流保护以及过压保护的报警和停车具体内容，并对其他附件进行分析，不断提升变频器运行安全性；通过合理的限流作用控制，能不断减少启动电网的冲击效果，从而确保车间桥式起重机设备合理运行；依据实际情况明确零速度全转矩的功能性，确定实际吊钩的运行流程，明确系统生产标准，结合实际转矩的产生过程对电磁制动器电动机轴位置进行确定，从而能够避免溜钩问题出现[1]。

1.3 PLC 控制程序设计标准

依据初步确定的输入信号和输出信号，准确分析实际数量、参数及性能标准要求，测试PLC 系统模块的编程效果，对相关限制高度可靠性和功能水平进行分析；利用合理的PPI 通讯协议确定通讯协议和自由方式标准，对变频通讯控制功能水平进行强化，确定小车变频器的实际偏差修正和控制效果。

1.4 应急系统备用标准分析

应急系统是保证桥式起重机电气控制系统运行稳定性的基础，当系统总线出现运行故障无法正常运行时，可通过系统中的备用控制系统对其进行处理。通常桥式起重机的PLC 变频器控制系统具有两种设计方案：一是具有总线通信的模式，二是在总线发现故障时，通过PLC 控制器自动切换到备用应急系统中实现总线通信的合理挂壁控制，对相关操作界面的通信故障信号进行分析和处理。为此需确定实际操作标准，确定两种不同信号模式的切换范围，从而实现对故障的诊断和排除，全面提高控制效率。

1.5 自动纠偏和同步系统

双钩式桥式起重机在启动过程中需确定相应的作业模式，明确系统中自动纠偏模式标准，保证双钩作业位置同步；在出现偏斜情况下需对实际偏斜情况进行确定，从而制定纠偏指令发生器的信号准确位置，实现自动化纠偏流程运行。因PLC 系统的纠偏不具动态化特点，需结合阀门值对其进行调整，如阀门1值利用启动双钩进行自动纠偏，阀门2值则需利用自动结束纠偏方式完成。

1.6 保护过程分析

为了确保桥式起重机电气控制系统运行安全性，需要对其保护过程进行分析。通过在桥式起重机电气控制系统中安装安全门开关，能提升桥式起重机两侧的梁平台位置准确性，从而明确实际开门的闭合水平；在桥式起重机运行过程中，依据安全门开关的位置水平确定实际总结接触器的吸合过程；依据总结对接触器吸合情况进行分析，确保打开开关时接触器能断开；对控制范围进行规划，确定控制回路分段标准，从而能够提高桥式起重机安全水平。

根据桥式起重机实际情况对变频器进行保护设计，确定短路保护、过载保护及过压保护的具体方案，制定合理的防护方法；按照保护过程运行流程，明确桥式起重机主副起重上升和下降的限制范围，确定大车和小车的具体位置并提高电源位置设计合理性；针对桥式起重机可能出现的过载性故障问题进行判断，设计相应的开关报警管理机制，对报警信号进行输出控制和管控。

2 桥式起重机电气控制具体方案

桥式起重机设计须满足建筑施工设计标准，整体质量需达到工程建设对起重机质量的要求。在对电气控制进行设计过程中，需充分考虑电气控制方案对起重机的起重力矩、起重高度和最大起重重量控制，才能保证电气控制方案符合工程建设需要。

2.1 硬件系统设计

在电气控制系统设计中主机核心CPU 需选择较强性能和运行效率的单片机，本次选择ATMega64和ATMega32两种单片机作为核心控制CPU，具有较为丰富的外设资源，且运行速率较快，能满足桥式起重机电气控制系统需要，同时这两种单片机具有EEPROM，能对调试数据完成自动存储，且需要的外围芯片较小、整体运行电路简单、布局较为便利。主CPU 负责输入信号检测、处理和记录，能与调试表建立实时通信连接和GPRS 无线传输信号连接，通过CPU 控制液晶能实时明确当前桥式起重机的工作状态。

在本次系统设计中，增加ATMega32型号单片机目的是对继电器的输出进行保护和控制，如桥式起重机控制系统出现异常问题，该仪表单片机则能起到良好的保护作用。主机模块主要由四个子模块构成：A 子模块负责传感器电平信号获取和控制运行，B 子模块负责信号放大和A/D 转换，C 子模块为人机显示界面、应用LED 液晶显示屏，D 模块为主机的电源[2]。

2.2 信号采集系统设计

根据本次所设计的桥式起重机电气控制系统，A 模块主要负责数据采集工作，在传感器输出相应的信号后数据采集端能完成信号获取等工作，主要采用三种信号输入方式：电压信号为0～20mV、电流信号为0～20mA、频率信号为0～300kHz。

2.3 桥式起重机电气控制系统技术原理分析

2.3.1 桥式起重机吊钩高度控制首先，为保证电气控制系统效果，需对电机的正反转换信号进行判断，如正转信号出现说明当前电机的运行状态为正向旋转，反转信号出现则说明当前电机的运行状态为反向旋转，虽然正反信号不会同时出现，但可能会出现正反信信号都不出现的现象，说明电机处于停止运行状态。在正转和反转信号出现时，需分别累计增加和累计减少脉冲数量，如正反信号都不存在但脉冲数量处于变化状态，需要按照具体的状态为依据。

其次，需将高度校准点设置为固定值，从而能消除累计误差，在高度校准信号出现时，电气控制系统自动修改吊钩高度则为固定值，且能对当前的脉冲数量进行调节，从而使吊钩高度与设计目标相匹配，从而能提高桥式起重机吊钩高度控制效果，按照吊钩实际高度的变化完成制动化高度调节，能有效提高桥式起重机运行作业效率，满足不同高度的起重作业需求[3]。

2.3.2 电气控制方法分析

在吊钩运行到相应高度并获取相应的传感器信号时，能将实际高度传输到电气控制系统中，当吊钩运行到第二个确定高度且收集到传感器信号后，能将实时高度传输到电气控制系统中。此时不同的实时高度信号可作为参考依据，从而绘制出信号与实际高度的曲线关系，同时能对单位信号的相对位移高度进行计算。以信号与实际高度的对应曲线作为参照，采用传感器所发出的信号能对吊钩实际运行高度进行确定[4]。为保证运行控制精准性，需在校准时采用科学的校准方法获取准确的位移数据，需在极短的时间内完成多次运算，才能提高结果准确性，从而提升电气控制系统对吊钩运行的控制效率和控制精度，提高桥式起重机其中作业精确性。

2.3.3 保护输出和吊钩运行

在保护输出方面，当桥式起重机吊钩上升到一定高度后，继电器能对其起到良好的保护作用，发挥出高度减速输出保护作用；在吊钩上升到一定高度后，通过继电器负责保护输出起到良好的吊钩高度位移限制保护作用，在该电气控制保护系统中，主吊钩和副吊钩同时设计多个保护输出系统，能对超出标准规定要求的高度发出保护动作，此时通过调节操作就能完成对吊钩运行的保护[5]。

在吊钩运行速度方面，主吊钩和副吊钩的运行速度共同决定桥式起重机整体运行速度，通过采用电气控制系统，通过对高度变化值和时间的计算就能得到桥式起重机的运行速度参数，同时为保证桥式起重机运行精度，从而能够提高运行精度。通过保护输出和吊钩控制运行系统，能对桥式起重机整体运行起到良好的保护作用和控制作用，实现对电气系统的精准化控制。为确保该电气控制系统能保持稳定运行，需定期对电气控制系统的运行状态进行检测，并定期对系统稳定性进行维护，通过对异常运行数据的分析，结合桥式桥式起重机在应用过程中电气控制系统出现的实际问题进行调试与优化，从而有效提升电气控制系统运行效果[6]。

3 应用案例分析

将桥式起重机电气控制设计方案应用于H 市某工程的空间物料吊运中，在对其优化前该桥式起重机的运行效率较差，电气控制准确性不足，对货物吊运产生很大影响，为提高生产效率，需对其所采用的桥式起重机进行全面优化。该桥式起重机的基本参数如下：最大起重量50t、起重力矩75kN·m、最大起重高度22m、最大起重速度20m/min、回转速度0.8r/min、顶升速度1.5m/min、全程变幅所需时间30s。

将上述档期控制方案应用在该桥式起重机的电气控制中，确保电气控制方案满足工程建设要求。在应用过程中，相比于优化前的电气控制效率提升25%，桥式起重机整体运行控制更加精准，从而促进本次工程货物吊运运输效率提高，同时提高桥式起重机运行安全性，对本文所设计的电气控制方案进行验证，在实践应用中取得良好的效果。