起重機自動化控制關鍵技術分析

摘要：起重機是現(xiàn)代經(jīng)濟建設中改善物料搬運條件，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、機械化，提高勞動生產(chǎn)率不可缺少的物流運輸設備。起重機械是一種空間運輸設備，其通過起重吊鉤或其他取物裝置起升或起升加移動重物。近年來，自動化控制技術在起重機中的應用越來越廣泛，文章主要對起重機自動化控制關鍵技術進行了分析。

關鍵詞：起重機；自動化；控制

1起重機自動化發(fā)展趨勢

起重機械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也極大地促進了自動化產(chǎn)品在該行業(yè)的應用。盡管我國起重機械行業(yè)的自動化應用總體水平還不高，但無論是起重機械生產(chǎn)廠商還是起重機械用戶都逐漸認識到應用自動化產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。自動化產(chǎn)品在起重機械行業(yè)的應用潛力非常巨大，前景也十分廣闊。無論是城市向更加成熟和現(xiàn)代形態(tài)發(fā)展的趨勢，還是經(jīng)濟危機下，國家在基礎設施建設上的刺激性投入，都彰示著起重機械的蓬勃發(fā)展。從控制到傳動，自動化產(chǎn)品在這個產(chǎn)業(yè)的應用深度也日漸累積。從現(xiàn)有的規(guī)模、未來的成長空間以及當前的增長速度來看，起重機械行業(yè)已經(jīng)逐漸成為自動化企業(yè)不可小覷的市場。

2.無線遙控技術在起重機中的應用

在起重機械作業(yè)過程中，操作人員常常面臨著強輻射、多粉塵、高噪聲及高溫等惡劣環(huán)境，嚴重影響著操作人員的身體健康，同時某些場合危險性極大。傳統(tǒng)的起重機依靠電機、齒輪箱、制動器以及各種限位開關實現(xiàn)大車行走、小車行走和吊鉤升降等運動，因此各零部件的運行狀況和操作者的駕駛水平直接影響著起重機執(zhí)行動作的安全性和可靠性。無線遙控技術是一種利用無線遙控器發(fā)送頻率、幅度、相位等特殊指令，進行機械設備遠程控制的技術?，F(xiàn)代無線遙控器由集成電路板和用來產(chǎn)生不同信息的按鈕組成。工業(yè)無線遙控技術克服了有線遙控技術的諸多弊端，已在人造衛(wèi)星、家用電器等方面得到了廣泛應用。無線遙控技術減少了人們繁雜的體力勞動，提高了勞動生產(chǎn)率及安全性，提高了工業(yè)企業(yè)的自動化水平。

當前，應用在起重機上的無線遙控技術按其工作原理分為紅外遙控和無線電遙控兩種。日常生活中所使用的多為紅外線發(fā)射無線遙控方式，其價格低廉，但發(fā)射距離、方向和條件限制較多。而工業(yè)控制領域多采用以無線信號進行傳輸?shù)倪b控裝置，工業(yè)無線遙控裝置由發(fā)射器、接收器和執(zhí)行機構組成。具體如下：

（1）發(fā)射器由編碼電路和發(fā)射電路組成，并由可充電電池組提供電源，外殼一般用耐沖擊、防水防塵、抗油污的強化塑料制成，具有體積小、重量輕、便于攜帶和操縱等優(yōu)點。操作者通過操縱器控制編碼電路，使編碼電路產(chǎn)生包含頻率、幅度、相位等特征的電信號操作指令。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生攜帶操作指令所需要的高頻振蕩載波。根據(jù)發(fā)射器的操作方式，發(fā)射器分為按鍵型和搖桿型。按鍵型應用于20t以下的行車和單梁電動葫蘆，可進行簡單的雙速控制。搖桿式多用于32t以上的起重機控制，可實現(xiàn)變頻、調壓等多檔位復雜控制。

（2）接收器由天線、接收電路、譯碼電路、安全回路、輸出繼電器板等部分組成。接收電路由高頻部分和解調器組成，天線接收的微弱信號經(jīng)過高頻部分的選擇和放大被送至解調器，將操作指令信號從載波中解調后送至譯碼電路譯碼。譯碼電路對各種指令信號進行編譯處理，使其成為可以驅動執(zhí)行機構動作的脈沖信號，從而驅動起重機執(zhí)行機構產(chǎn)生相應動作。實際應用中，接收器的輸出方式有模擬量輸出、繼電器輸出和總線輸出等。

（3）執(zhí)行機構控制起重機相應機構完成預定動作，由繼電器、接觸器組成。當遙控器上的按鍵被按下時，發(fā)射器中的編碼電路對操作者的指令進行編碼處理，形成串行數(shù)字編碼脈沖，這種脈沖信號包含了按鍵的數(shù)據(jù)和地址信息，再經(jīng)過調制電路，將脈沖信號轉換成高頻調制無線電信號，并以電磁波的形式向空中輻射出去?？刂贫私邮掌鲗邮盏降碾姶挪ㄟM行放大、混頻、檢波等一系列的處理并濾除干擾信號，從而向起重機執(zhí)行機構輸出正確的脈沖信號指令。

3橋式起重機電子防擺技術

橋式起重機的防擺措施至今已經(jīng)歷了人的手動方式、機械分離小車方式、液壓方式、傳感器電子方式等。而防擺裝置主要分為機械防擺裝置和電子防擺裝置。上述措施和裝置的缺點比較明顯，導致在實際使用中也會不少問題。

（1）機械電子式防擺。首先提升吊具至接近最大起升高度的位置，接著起重機小車機構上的傳感器會測到小車到吊重的相對距離和高度，最后控制系統(tǒng)控制小車準確地位于貨物正上方后再快速下降。這種防擺系統(tǒng)實際上是對普通機械類防擺進行了一些改進，是機械式防擺到電子式防擺的一個過渡，同時由于增加了對準過程使得起重機工作效率變低。

（2）電子式防擺。目前國際上采用的大多是電子式防擺。其原理是在小車架下安裝一個牽引卷筒增量編碼器（或者攝像頭），在吊具附近安裝牽引卷筒增量編碼器和激光掃描儀（或者攝像頭）。當?shù)踺d重物時，傳感器會檢測吊具擺動的角度（或角速度）、小車位置、吊具高度等，接著將這些數(shù)據(jù)信息傳送至控制系統(tǒng)的（如果是攝像頭需要先經(jīng)過圖像采集卡采集，轉換成數(shù)字圖像后傳送給上位機），經(jīng)相關軟件處理后將最佳的控制參數(shù)反饋給小車控制系統(tǒng)來控制小車的運行，從而使吊重的擺角在較短的時間內盡可能的減少到0。由于該反饋存在時滯性，小車電動機為非線性裝置，小車運動過程中摩擦力和繩長變化也是非線性的，加之風力等不確定的外界因素，因此小車被控過程呈現(xiàn)出時變性、非線性、不確定性，早期的 PI控制、PD控制作用不是很明顯，這些都阻礙了電子式防擺的發(fā)展。近年來采用了PID、模糊控制、LQR最優(yōu)控制、自適應控制等，仿真結果都表明控制方法的有效性。而國內外一些大的起重機生產(chǎn)廠商在設計和生產(chǎn)起重機的過程中采用這些控制方法防擺，效果很明顯。

3.PLC技術在起重機中的應用

（1）PLC系統(tǒng)的組成。在100/32t橋式起重機中選用了西門子的S7-300模塊化的PLC。PLC系統(tǒng)由中央單元 CU、擴展模板EM和西門子的CP340觸摸屏組成。中央單元CU安裝在起重機的電氣梁內，CU的輸入模塊選用直流24V，用于采集配電部分的開關，接觸器，總過流信號；各機構電動機主回路，正、反轉接觸器，過電流，制動器反饋信號；各行程限位保護及提升機構的超載、超速，變頻器運行、故障等信號。輸出模塊選用直流24V，通過微型繼電器輸出，用于控制配電部分的總接觸器，各機構電動機、

（2）制動器的運行。擴展模板EM安裝在駕駛室聯(lián)動操作臺內，EM的輸入模塊選用直流 24V，用于采集聯(lián)動操作臺控制各機構電動機的正、反轉及各檔位速度信號，零位信號，起重機電源控制，急停，登機請求、應答，主提升電動機選擇及變頻器復位等控制信號。并通過PROFIBUS總線電纜與PLC系統(tǒng)連接。CP340觸摸屏安裝在駕駛室聯(lián)動操作臺上，用于顯示起重機工作狀態(tài)。操作人員通過觸摸屏可以了解起重機各機構電動機的控制運行情況。便于故障監(jiān)視，以確保起重機的安全運行。

結束語

自動化控制起重機應用前景將非常廣闊，其關鍵技術的研究與應用在我國已到快速發(fā)展階段。隨著高新技術產(chǎn)品的不斷發(fā)展，將加速自動化控制起重機向計算機、微電子、自動控制、通訊等領域的縱深發(fā)展。

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