智能起重機(jī)的控制系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)

余耒 劉曉冀

摘 ?要：隨著起重機(jī)智能化程度的不斷增加，越來(lái)越多的企業(yè)提出智能起重機(jī)控制的需求。本文介紹了起重機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能，并詳細(xì)講述了其關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能起重機(jī);控制系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

引言

隨著工廠自動(dòng)化環(huán)境的提升，其中的橋式起重機(jī)控制方式亦在由人工控制向自動(dòng)化、智能控制、遠(yuǎn)程管理方向發(fā)展。為適應(yīng)新的市場(chǎng)需求，研發(fā)適合起重行業(yè)智能化發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外智能起重機(jī)的智能化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和市場(chǎng)需求的調(diào)研，結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)、信息化車間的管理與調(diào)度、智能制造加工工藝，對(duì)起重機(jī)的自動(dòng)化、信息化、智能化的等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行研究。借助自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、智能控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等工具，起重機(jī)械的使用、管理可從單一的人工操作、檢查向自動(dòng)化操作、在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)與技術(shù)支持轉(zhuǎn)變，進(jìn)而形成一整套的橋式起重機(jī)智能控制平臺(tái)，提高橋式起重機(jī)械產(chǎn)品的性能與競(jìng)爭(zhēng)力。

1.智能起重機(jī)控制系統(tǒng)以及基本要求

1.1控制系統(tǒng)

在使用起重機(jī)時(shí)，利用變頻器和PLC對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，借助制動(dòng)單元完成能耗吸收和消耗配置，從而對(duì)電器元件起到一定的維護(hù)作用。從整體角度出發(fā)，啟動(dòng)系統(tǒng)主要利用凸輪進(jìn)行控制，根據(jù)PLC進(jìn)行特定指令的下達(dá)，調(diào)用PLC之前要完成對(duì)應(yīng)程度的編寫(xiě)。

1.2基本要求

在關(guān)于起重機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求具有明確的規(guī)定，當(dāng)起重機(jī)處于高額定荷載的工作狀態(tài)下，可以正常開(kāi)展工作。如果供電系統(tǒng)發(fā)生了額定值波動(dòng)，勢(shì)必會(huì)提高額定載荷，不管載荷的位置在哪，都可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以保證程序的有序開(kāi)展。這種方式也有效避免了溜鉤發(fā)問(wèn)題的發(fā)生，當(dāng)然，如果控制方案合理，不管控制手柄居于哪一個(gè)位置，當(dāng)開(kāi)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(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，以保證彼此之間的有效連接。當(dāng)制動(dòng)器線路發(fā)生異常，一定要立即采取措施，切段制動(dòng)電源。在制動(dòng)器線路中，對(duì)需要進(jìn)行安全保護(hù)的裝置進(jìn)行配備，可以采用變頻器或者PLC控制系統(tǒng)的方式，完成多點(diǎn)控制。每一個(gè)控制點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生一種連鎖反應(yīng)，因此不管在什么情況下，都必須只存在一個(gè)工作點(diǎn)。如果發(fā)生了意外斷電，控制系統(tǒng)要立即采取措施，對(duì)制動(dòng)器給予保障，降低設(shè)備發(fā)生故障的幾率。

2.智能起重機(jī)集中控制系統(tǒng)架構(gòu)

智能起重機(jī)集中控制系統(tǒng)需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的各類因素，一方面盡可能還原操作人員在現(xiàn)場(chǎng)的視聽(tīng)感觀，確保遠(yuǎn)程操作的安全性;另一方面充分利用自動(dòng)化技術(shù)提升起重機(jī)運(yùn)行自動(dòng)化程度，減輕操作人員負(fù)擔(dān)。針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)其他可能發(fā)生的安全問(wèn)題也要有充分的考量，合理利用現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)和控制手段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)建立的起重機(jī)集中控制系統(tǒng)架構(gòu)。集中調(diào)度系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)集中控制的任務(wù)分配和設(shè)備管理等功能，它能夠在接收上級(jí)系統(tǒng)下發(fā)工作任務(wù)的同時(shí)，允許操作員手動(dòng)設(shè)定修改當(dāng)前任務(wù)，還可以將新任務(wù)分配給當(dāng)前空閑的操作臺(tái)和操作員，保證任務(wù)的高效執(zhí)行。安全策略主要負(fù)責(zé)起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能遇到的各類特殊情況，進(jìn)行相應(yīng)的安全處理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作起重機(jī)所需的各類控制交互等功能，通過(guò)操作模式的選擇，可以根據(jù)各種工況在手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)操作模式之間靈活切換。完善的報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況進(jìn)行反饋，使操作人員可以有效地了解起重機(jī)運(yùn)行的周邊環(huán)境。智能人機(jī)交互功能包含語(yǔ)音交互、語(yǔ)音對(duì)講、面部識(shí)別認(rèn)證等功能，進(jìn)一步提升操作人員的操作體驗(yàn)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包含起重機(jī)行走視頻監(jiān)控、吊鉤視頻監(jiān)控、軌道異物監(jiān)測(cè)、電氣室火災(zāi)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。聲音監(jiān)測(cè)包含司機(jī)室異響監(jiān)測(cè)、軌道異響監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。音視頻系統(tǒng)可以給操作員提供親臨現(xiàn)場(chǎng)的操作感受，保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。人員定位是指通過(guò)UWB（UltraWideBand，超帶寬）系統(tǒng)獲取車間工作人員位置，確保人員和起重機(jī)工作互不影響。控制系統(tǒng)是起重機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要完成起重機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程，包含PLC控制、變頻運(yùn)動(dòng)控制、防搖擺系統(tǒng)、三維定位、防碰撞和一鍵巡航等功能。

3.智能起重機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1集中控制系統(tǒng)中的5G網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)無(wú)線AP（AccessPoint，接入點(diǎn)）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以滿足起重機(jī)集中控制的需求，在AP與AP銜接處切換無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)經(jīng)常會(huì)造成控制信號(hào)丟失、視頻信號(hào)卡頓等問(wèn)題，從而影響遠(yuǎn)程操作的功能實(shí)現(xiàn)。波導(dǎo)管作為港口常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，帶寬與無(wú)線AP模式相似，但在大流量視頻信號(hào)傳輸需求時(shí)存在帶寬瓶頸。隨著5G技術(shù)應(yīng)用的不斷推廣，智能起重機(jī)5G網(wǎng)絡(luò)方案逐漸成熟。使用工業(yè)級(jí)CPE（CustomerPremiseEquipment，客戶前置設(shè)備）模組可以靈活地將起重機(jī)及其他設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)起重機(jī)的信號(hào)通過(guò)5G基站傳遞至MEC服務(wù)器，再傳遞至集中控制調(diào)度中心，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間地面系統(tǒng)與各起重機(jī)的信息互通。5G網(wǎng)絡(luò)解決方案可以將音視頻信號(hào)、控制信號(hào)等內(nèi)容進(jìn)行流暢傳遞，確保起重機(jī)集中控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)管

IOT物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)搭載的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)主要有四個(gè)方面的功能，即實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控功能，遠(yuǎn)程故障診斷功能，遠(yuǎn)程調(diào)試下載PLC程序以及數(shù)據(jù)分析處理。

1）實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)都有對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)功能的唯一ID。在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，服務(wù)器可管理、監(jiān)管并控制起重機(jī)設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)。

2）遠(yuǎn)程故障診斷當(dāng)起重機(jī)使用狀態(tài)出現(xiàn)故障，故障信息會(huì)自動(dòng)上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，進(jìn)行報(bào)警顯示和記錄。

3）遠(yuǎn)程調(diào)試下載PLC程序自動(dòng)監(jiān)控每次工作循環(huán)的數(shù)據(jù)記錄并可在線監(jiān)控和下載PLC程序，若管理人員發(fā)現(xiàn)起重機(jī)設(shè)備故障、司機(jī)操作異常、調(diào)試設(shè)備功能等情況，可遠(yuǎn)程下發(fā)指令、輸出報(bào)警、遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)機(jī)等操作進(jìn)行人為輔助管控。

4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)顯示和統(tǒng)計(jì)起重機(jī)吊重、幅度、高度、風(fēng)速、風(fēng)級(jí)、回轉(zhuǎn)角度等以及PLC程序中的各類限位、變頻器等的設(shè)備狀態(tài)信息并提供相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取和分析處理及歷史數(shù)據(jù)記錄等功能。

3.3智能起重機(jī)安全技術(shù)

智能起重機(jī)作為特種設(shè)備，安全性是集中控制系統(tǒng)最重要的考核內(nèi)容。集中控制系統(tǒng)需要根據(jù)用戶的使用情況，對(duì)可能存在的安全問(wèn)題進(jìn)行全方位考慮。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的安全事件，集中控制系統(tǒng)將可能存在的安全事件劃分為不同等級(jí)。針對(duì)不同等級(jí)的安全事件采取不同的應(yīng)對(duì)辦法，從而保護(hù)人員、設(shè)備不受損失。安全事件由輕至重分為四個(gè)等級(jí)。第Ⅰ級(jí)為較為輕度的預(yù)警事件，采用安全響應(yīng)為報(bào)警提示，在當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后或定期檢查時(shí)對(duì)報(bào)警問(wèn)題進(jìn)行處理。第Ⅱ級(jí)為影響起重機(jī)正常運(yùn)行的功能缺失事件，采用安全響應(yīng)為報(bào)警提示并對(duì)控制程序進(jìn)行相應(yīng)聯(lián)鎖阻止部分操作功能，以防止起重機(jī)帶病工作而造成損失。第Ⅲ級(jí)為起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的異常事件，采用安全響應(yīng)為報(bào)警并正常停車，要求維護(hù)人員對(duì)異常事件進(jìn)行確認(rèn)并處理。第Ⅳ級(jí)為起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的突發(fā)事件，采用安全響應(yīng)為報(bào)警并緊急停車，此類事件需生產(chǎn)車間立即對(duì)突發(fā)情況做出響應(yīng)，防止發(fā)生重大生產(chǎn)事故。

結(jié)語(yǔ)

伴隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，起重機(jī)智能化水平也在快速提高，今后起重機(jī)全自動(dòng)運(yùn)行的場(chǎng)景將會(huì)逐步增多。在人工智能技術(shù)的加持下，起重機(jī)還將能夠自主處理突發(fā)問(wèn)題、診斷故障并進(jìn)行故障恢復(fù)。隨著智能起重機(jī)運(yùn)行工作效率的進(jìn)一步提升，勢(shì)必將為中國(guó)起重行業(yè)帶來(lái)新一輪的發(fā)展動(dòng)力。

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