摘要：起重機(jī)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)中改善物料搬運(yùn)條件，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、機(jī)械化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率不可缺少的物流運(yùn)輸設(shè)備。起重機(jī)械是一種空間運(yùn)輸設(shè)備，其通過起重吊鉤或其他取物裝置起升或起升加移動(dòng)重物。近年來，自動(dòng)化控制技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛，文章主要對(duì)起重機(jī)自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；自動(dòng)化；控制

1起重機(jī)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

起重機(jī)械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也極大地促進(jìn)了自動(dòng)化產(chǎn)品在該行業(yè)的應(yīng)用。盡管我國(guó)起重機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用總體水平還不高，但無論是起重機(jī)械生產(chǎn)廠商還是起重機(jī)械用戶都逐漸認(rèn)識(shí)到應(yīng)用自動(dòng)化產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)所在。自動(dòng)化產(chǎn)品在起重機(jī)械行業(yè)的應(yīng)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(shì)，還是經(jīng)濟(jì)危機(jī)下，國(guó)家在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的刺激性投入，都彰示著起重機(jī)械的蓬勃發(fā)展。從控制到傳動(dòng)，自動(dòng)化產(chǎn)品在這個(gè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用深度也日漸累積。從現(xiàn)有的規(guī)模、未來的成長(zhǎng)空間以及當(dāng)前的增長(zhǎng)速度來看，起重機(jī)械行業(yè)已經(jīng)逐漸成為自動(dòng)化企業(yè)不可小覷的市場(chǎng)。

2.無線遙控技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用

在起重機(jī)械作業(yè)過程中，操作人員常常面臨著強(qiáng)輻射、多粉塵、高噪聲及高溫等惡劣環(huán)境，嚴(yán)重影響著操作人員的身體健康，同時(shí)某些場(chǎng)合危險(xiǎn)性極大。傳統(tǒng)的起重機(jī)依靠電機(jī)、齒輪箱、制動(dòng)器以及各種限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)大車行走、小車行走和吊鉤升降等運(yùn)動(dòng)，因此各零部件的運(yùn)行狀況和操作者的駕駛水平直接影響著起重機(jī)執(zhí)行動(dòng)作的安全性和可靠性。無線遙控技術(shù)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(jìn)行機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程控制的技術(shù)?，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(shù)克服了有線遙控技術(shù)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(yīng)用。無線遙控技術(shù)減少了人們繁雜的體力勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率及安全性，提高了工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化水平。

當(dāng)前，應(yīng)用在起重機(jī)上的無線遙控技術(shù)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(jià)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(lǐng)域多采用以無線信號(hào)進(jìn)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(jī)構(gòu)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(qiáng)化塑料制成，具有體積小、重量輕、便于攜帶和操縱等優(yōu)點(diǎn)。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(hào)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(yīng)用于20t以下的行車和單梁電動(dòng)葫蘆，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的雙速控制。搖桿式多用于32t以上的起重機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)變頻、調(diào)壓等多檔位復(fù)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(diào)器組成，天線接收的微弱信號(hào)經(jīng)過高頻部分的選擇和放大被送至解調(diào)器，將操作指令信號(hào)從載波中解調(diào)后送至譯碼電路譯碼。譯碼電路對(duì)各種指令信號(hào)進(jìn)行編譯處理，使其成為可以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的脈沖信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。實(shí)際應(yīng)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(jī)構(gòu)控制起重機(jī)相應(yīng)機(jī)構(gòu)完成預(yù)定動(dòng)作，由繼電器、接觸器組成。當(dāng)遙控器上的按鍵被按下時(shí)，發(fā)射器中的編碼電路對(duì)操作者的指令進(jìn)行編碼處理，形成串行數(shù)字編碼脈沖，這種脈沖信號(hào)包含了按鍵的數(shù)據(jù)和地址信息，再經(jīng)過調(diào)制電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻調(diào)制無線電信號(hào)，并以電磁波的形式向空中輻射出去?？刂贫私邮掌鲗?duì)接收到的電磁波進(jìn)行放大、混頻、檢波等一系列的處理并濾除干擾信號(hào)，從而向起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出正確的脈沖信號(hào)指令。

3橋式起重機(jī)電子防擺技術(shù)

橋式起重機(jī)的防擺措施至今已經(jīng)歷了人的手動(dòng)方式、機(jī)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(jī)械防擺裝置和電子防擺裝置。上述措施和裝置的缺點(diǎn)比較明顯，導(dǎo)致在實(shí)際使用中也會(huì)不少問題。

（1）機(jī)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(jī)小車機(jī)構(gòu)上的傳感器會(huì)測(cè)到小車到吊重的相對(duì)距離和高度，最后控制系統(tǒng)控制小車準(zhǔn)確地位于貨物正上方后再快速下降。這種防擺系統(tǒng)實(shí)際上是對(duì)普通機(jī)械類防擺進(jìn)行了一些改進(jìn)，是機(jī)械式防擺到電子式防擺的一個(gè)過渡，同時(shí)由于增加了對(duì)準(zhǔn)過程使得起重機(jī)工作效率變低。

（2）電子式防擺。目前國(guó)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(gè)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(dāng)?shù)踺d重物時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)吊具擺動(dòng)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(zhuǎn)換成數(shù)字圖像后傳送給上位機(jī)），經(jīng)相關(guān)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(yùn)行，從而使吊重的擺角在較短的時(shí)間內(nèi)盡可能的減少到0。由于該反饋存在時(shí)滯性，小車電動(dòng)機(jī)為非線性裝置，小車運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力和繩長(zhǎng)變化也是非線性的，加之風(fēng)力等不確定的外界因素，因此小車被控過程呈現(xiàn)出時(shí)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(yīng)控制等，仿真結(jié)果都表明控制方法的有效性。而國(guó)內(nèi)外一些大的起重機(jī)生產(chǎn)廠商在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)起重機(jī)的過程中采用這些控制方法防擺，效果很明顯。

3.PLC技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用

（1）PLC系統(tǒng)的組成。在100/32t橋式起重機(jī)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(kuò)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(jī)的電氣梁內(nèi)，CU的輸入模塊選用直流24V，用于采集配電部分的開關(guān)，接觸器，總過流信號(hào)；各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)主回路，正、反轉(zhuǎn)接觸器，過電流，制動(dòng)器反饋信號(hào)；各行程限位保護(hù)及提升機(jī)構(gòu)的超載、超速，變頻器運(yùn)行、故障等信號(hào)。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(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)、

（2）制動(dòng)器的運(yùn)行。擴(kuò)展模板EM安裝在駕駛室聯(lián)動(dòng)操作臺(tái)內(nèi)，EM的輸入模塊選用直流 24V，用于采集聯(lián)動(dòng)操作臺(tái)控制各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及各檔位速度信號(hào)，零位信號(hào)，起重機(jī)電源控制，急停，登機(jī)請(qǐng)求、應(yīng)答，主提升電動(dòng)機(jī)選擇及變頻器復(fù)位等控制信號(hào)。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(dòng)操作臺(tái)上，用于顯示起重機(jī)工作狀態(tài)。操作人員通過觸摸屏可以了解起重機(jī)各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的控制運(yùn)行情況。便于故障監(jiān)視，以確保起重機(jī)的安全運(yùn)行。

結(jié)束語

自動(dòng)化控制起重機(jī)應(yīng)用前景將非常廣闊，其關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用在我國(guó)已到快速發(fā)展階段。隨著高新技術(shù)產(chǎn)品的不斷發(fā)展，將加速自動(dòng)化控制起重機(jī)向計(jì)算機(jī)、微電子、自動(dòng)控制、通訊等領(lǐng)域的縱深發(fā)展。

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