徐工集團工程機械股份有限公司建設(shè)機械分公司 惠文龍

橋式起重機基本工作原理是將施工所需大型物料采用合理方式吊起并運輸?shù)街付ㄎ恢?，基本?gòu)成為橋架、升降機及大、小車輛等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)架主要包括架橋、大梁、輪軸、減速機及升降機等，各項構(gòu)件在橋式起重機中發(fā)揮著不同作用，共同構(gòu)成橋式起重機整體系統(tǒng)。橋式起重機在工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，在起重物料時能將其懸掛在可自由移動的小型起重車中，因結(jié)構(gòu)設(shè)計較為科學，所以綜合起重能力較好，能有效提升起重總體重量，綜合能耗較小，從而有效優(yōu)化工程建設(shè)成本。

在橋式起重機運行過程中，內(nèi)部各結(jié)構(gòu)構(gòu)件需緊密配合，起升機負責物料垂直升降，車輛負責橫向移動運輸和縱向移動運輸，從而能有效提高起重作業(yè)效率[1]。通常在相同的作業(yè)條件中，采用橋式起重機的工作效率能得到很大提升，相比于其他類型起重機能完成重量更大的施工物料起重，且能根據(jù)不同應(yīng)用實際情況選擇不同類型的橋式起重機，如兩用橋式起重機、電磁橋式起重機、抓斗橋式起重機等，適合在不同工程環(huán)境中使用，需按照實際需求選擇對應(yīng)的橋式起重機類型，從而有效促進工程建設(shè)效率提高。

1 橋式起重機電氣控制系統(tǒng)的基本運行標準分析

1.1 橋式起重機電氣運行控制系統(tǒng)分析

橋式起重機的運行通過大車電機驅(qū)動，按照兩個軌道進行縱向的前后運動，小車利用提升機由小車實際驅(qū)動沿著橋架運動，軌道為橫向運行過程，從而完成起重運動、橫縱運動、垂直運動等多項過程。橋式起重機主要的電氣控制模塊為PLC 運動控制模塊，還包括起重升機模塊、輔助升機模塊、大車運動模塊及小車運動模塊。

準確分析PLC 實際控制系統(tǒng)程序，確保變頻器、同步以及糾錯程序能夠符合運行標準，并制定科學的制動器和安全保護系統(tǒng)。按照實際操作控制聯(lián)動平臺的位置，分析實際控制端安裝具體位置；利用MPI 總線和PLC 數(shù)據(jù)信息確保所獲取內(nèi)容的全面性，將數(shù)據(jù)信號實時傳輸?shù)絇LC 輸入端的控制模塊中，PLC 內(nèi)部程序則能對信號進行及時響應(yīng)和處理；依據(jù)實際保護信號的位置和開關(guān)標準對繼電器的反饋信號進行及時處理，從而能夠提高安全保護系統(tǒng)運行效果。

1.2 變頻器的選擇分析

橋式起重機中各部分都需利用變頻器進行控制。本文采用FR—A740變頻器，能提高軟件運行效果和核心控制效果，實現(xiàn)合理變頻總量控制目標，對實際速度控制范圍進行調(diào)整，明確實際轉(zhuǎn)矩的具體位置，從而對電氣制動相關(guān)內(nèi)容進行優(yōu)化和提升。在優(yōu)化變頻器安全性能的過程中，需確保變頻器自我保護相關(guān)功能齊全標準。

依據(jù)橋式起重機的實際情況，確定過載保護、過流保護以及過壓保護的報警和停車具體內(nèi)容，并對其他附件進行分析，不斷提升變頻器運行安全性；通過合理的限流作用控制，能不斷減少啟動電網(wǎng)的沖擊效果，從而確保車間橋式起重機設(shè)備合理運行；依據(jù)實際情況明確零速度全轉(zhuǎn)矩的功能性，確定實際吊鉤的運行流程，明確系統(tǒng)生產(chǎn)標準，結(jié)合實際轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生過程對電磁制動器電動機軸位置進行確定，從而能夠避免溜鉤問題出現(xiàn)[1]。

1.3 PLC 控制程序設(shè)計標準

依據(jù)初步確定的輸入信號和輸出信號，準確分析實際數(shù)量、參數(shù)及性能標準要求，測試PLC 系統(tǒng)模塊的編程效果，對相關(guān)限制高度可靠性和功能水平進行分析；利用合理的PPI 通訊協(xié)議確定通訊協(xié)議和自由方式標準，對變頻通訊控制功能水平進行強化，確定小車變頻器的實際偏差修正和控制效果。

1.4 應(yīng)急系統(tǒng)備用標準分析

應(yīng)急系統(tǒng)是保證橋式起重機電氣控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，當系統(tǒng)總線出現(xiàn)運行故障無法正常運行時，可通過系統(tǒng)中的備用控制系統(tǒng)對其進行處理。通常橋式起重機的PLC 變頻器控制系統(tǒng)具有兩種設(shè)計方案：一是具有總線通信的模式，二是在總線發(fā)現(xiàn)故障時，通過PLC 控制器自動切換到備用應(yīng)急系統(tǒng)中實現(xiàn)總線通信的合理掛壁控制，對相關(guān)操作界面的通信故障信號進行分析和處理。為此需確定實際操作標準，確定兩種不同信號模式的切換范圍，從而實現(xiàn)對故障的診斷和排除，全面提高控制效率。

1.5 自動糾偏和同步系統(tǒng)

雙鉤式橋式起重機在啟動過程中需確定相應(yīng)的作業(yè)模式，明確系統(tǒng)中自動糾偏模式標準，保證雙鉤作業(yè)位置同步；在出現(xiàn)偏斜情況下需對實際偏斜情況進行確定，從而制定糾偏指令發(fā)生器的信號準確位置，實現(xiàn)自動化糾偏流程運行。因PLC 系統(tǒng)的糾偏不具動態(tài)化特點，需結(jié)合閥門值對其進行調(diào)整，如閥門1值利用啟動雙鉤進行自動糾偏，閥門2值則需利用自動結(jié)束糾偏方式完成。

1.6 保護過程分析

為了確保橋式起重機電氣控制系統(tǒng)運行安全性，需要對其保護過程進行分析。通過在橋式起重機電氣控制系統(tǒng)中安裝安全門開關(guān)，能提升橋式起重機兩側(cè)的梁平臺位置準確性，從而明確實際開門的閉合水平；在橋式起重機運行過程中，依據(jù)安全門開關(guān)的位置水平確定實際總結(jié)接觸器的吸合過程；依據(jù)總結(jié)對接觸器吸合情況進行分析，確保打開開關(guān)時接觸器能斷開；對控制范圍進行規(guī)劃，確定控制回路分段標準，從而能夠提高橋式起重機安全水平。

根據(jù)橋式起重機實際情況對變頻器進行保護設(shè)計，確定短路保護、過載保護及過壓保護的具體方案，制定合理的防護方法；按照保護過程運行流程，明確橋式起重機主副起重上升和下降的限制范圍，確定大車和小車的具體位置并提高電源位置設(shè)計合理性；針對橋式起重機可能出現(xiàn)的過載性故障問題進行判斷，設(shè)計相應(yīng)的開關(guān)報警管理機制，對報警信號進行輸出控制和管控。

2 橋式起重機電氣控制具體方案

橋式起重機設(shè)計須滿足建筑施工設(shè)計標準，整體質(zhì)量需達到工程建設(shè)對起重機質(zhì)量的要求。在對電氣控制進行設(shè)計過程中，需充分考慮電氣控制方案對起重機的起重力矩、起重高度和最大起重重量控制，才能保證電氣控制方案符合工程建設(shè)需要。

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中主機核心CPU 需選擇較強性能和運行效率的單片機，本次選擇ATMega64和ATMega32兩種單片機作為核心控制CPU，具有較為豐富的外設(shè)資源，且運行速率較快，能滿足橋式起重機電氣控制系統(tǒng)需要，同時這兩種單片機具有EEPROM，能對調(diào)試數(shù)據(jù)完成自動存儲，且需要的外圍芯片較小、整體運行電路簡單、布局較為便利。主CPU 負責輸入信號檢測、處理和記錄，能與調(diào)試表建立實時通信連接和GPRS 無線傳輸信號連接，通過CPU 控制液晶能實時明確當前橋式起重機的工作狀態(tài)。

在本次系統(tǒng)設(shè)計中，增加ATMega32型號單片機目的是對繼電器的輸出進行保護和控制，如橋式起重機控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常問題，該儀表單片機則能起到良好的保護作用。主機模塊主要由四個子模塊構(gòu)成：A 子模塊負責傳感器電平信號獲取和控制運行，B 子模塊負責信號放大和A/D 轉(zhuǎn)換，C 子模塊為人機顯示界面、應(yīng)用LED 液晶顯示屏，D 模塊為主機的電源[2]。

2.2 信號采集系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)本次所設(shè)計的橋式起重機電氣控制系統(tǒng)，A 模塊主要負責數(shù)據(jù)采集工作，在傳感器輸出相應(yīng)的信號后數(shù)據(jù)采集端能完成信號獲取等工作，主要采用三種信號輸入方式：電壓信號為0～20mV、電流信號為0～20mA、頻率信號為0～300kHz。

2.3 橋式起重機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)原理分析

2.3.1 橋式起重機吊鉤高度控制首先，為保證電氣控制系統(tǒng)效果，需對電機的正反轉(zhuǎn)換信號進行判斷，如正轉(zhuǎn)信號出現(xiàn)說明當前電機的運行狀態(tài)為正向旋轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)信號出現(xiàn)則說明當前電機的運行狀態(tài)為反向旋轉(zhuǎn)，雖然正反信號不會同時出現(xiàn)，但可能會出現(xiàn)正反信信號都不出現(xiàn)的現(xiàn)象，說明電機處于停止運行狀態(tài)。在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號出現(xiàn)時，需分別累計增加和累計減少脈沖數(shù)量，如正反信號都不存在但脈沖數(shù)量處于變化狀態(tài)，需要按照具體的狀態(tài)為依據(jù)。

其次，需將高度校準點設(shè)置為固定值，從而能消除累計誤差，在高度校準信號出現(xiàn)時，電氣控制系統(tǒng)自動修改吊鉤高度則為固定值，且能對當前的脈沖數(shù)量進行調(diào)節(jié)，從而使吊鉤高度與設(shè)計目標相匹配，從而能提高橋式起重機吊鉤高度控制效果，按照吊鉤實際高度的變化完成制動化高度調(diào)節(jié)，能有效提高橋式起重機運行作業(yè)效率，滿足不同高度的起重作業(yè)需求[3]。

2.3.2 電氣控制方法分析

在吊鉤運行到相應(yīng)高度并獲取相應(yīng)的傳感器信號時，能將實際高度傳輸?shù)诫姎饪刂葡到y(tǒng)中，當?shù)蹉^運行到第二個確定高度且收集到傳感器信號后，能將實時高度傳輸?shù)诫姎饪刂葡到y(tǒng)中。此時不同的實時高度信號可作為參考依據(jù)，從而繪制出信號與實際高度的曲線關(guān)系，同時能對單位信號的相對位移高度進行計算。以信號與實際高度的對應(yīng)曲線作為參照，采用傳感器所發(fā)出的信號能對吊鉤實際運行高度進行確定[4]。為保證運行控制精準性，需在校準時采用科學的校準方法獲取準確的位移數(shù)據(jù)，需在極短的時間內(nèi)完成多次運算，才能提高結(jié)果準確性，從而提升電氣控制系統(tǒng)對吊鉤運行的控制效率和控制精度，提高橋式起重機其中作業(yè)精確性。

2.3.3 保護輸出和吊鉤運行

在保護輸出方面，當橋式起重機吊鉤上升到一定高度后，繼電器能對其起到良好的保護作用，發(fā)揮出高度減速輸出保護作用；在吊鉤上升到一定高度后，通過繼電器負責保護輸出起到良好的吊鉤高度位移限制保護作用，在該電氣控制保護系統(tǒng)中，主吊鉤和副吊鉤同時設(shè)計多個保護輸出系統(tǒng)，能對超出標準規(guī)定要求的高度發(fā)出保護動作，此時通過調(diào)節(jié)操作就能完成對吊鉤運行的保護[5]。

在吊鉤運行速度方面，主吊鉤和副吊鉤的運行速度共同決定橋式起重機整體運行速度，通過采用電氣控制系統(tǒng)，通過對高度變化值和時間的計算就能得到橋式起重機的運行速度參數(shù)，同時為保證橋式起重機運行精度，從而能夠提高運行精度。通過保護輸出和吊鉤控制運行系統(tǒng)，能對橋式起重機整體運行起到良好的保護作用和控制作用，實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的精準化控制。為確保該電氣控制系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運行，需定期對電氣控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測，并定期對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行維護，通過對異常運行數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合橋式橋式起重機在應(yīng)用過程中電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)的實際問題進行調(diào)試與優(yōu)化，從而有效提升電氣控制系統(tǒng)運行效果[6]。

3 應(yīng)用案例分析

將橋式起重機電氣控制設(shè)計方案應(yīng)用于H 市某工程的空間物料吊運中，在對其優(yōu)化前該橋式起重機的運行效率較差，電氣控制準確性不足，對貨物吊運產(chǎn)生很大影響，為提高生產(chǎn)效率，需對其所采用的橋式起重機進行全面優(yōu)化。該橋式起重機的基本參數(shù)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、回轉(zhuǎn)速度0.8r/min、頂升速度1.5m/min、全程變幅所需時間30s。

將上述檔期控制方案應(yīng)用在該橋式起重機的電氣控制中，確保電氣控制方案滿足工程建設(shè)要求。在應(yīng)用過程中，相比于優(yōu)化前的電氣控制效率提升25%，橋式起重機整體運行控制更加精準，從而促進本次工程貨物吊運運輸效率提高，同時提高橋式起重機運行安全性，對本文所設(shè)計的電氣控制方案進行驗證，在實踐應(yīng)用中取得良好的效果。