淺談自動化技術(shù)在起重機械上的應(yīng)用和發(fā)展

□ 程宇瓊 (南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210095)

引言

起重機械在工業(yè)、建筑業(yè)和港口運輸?shù)确矫嬗兄豢商娲淖饔?。例如，車間起吊重物用的橋式起重機，港口運輸使用的門式起重機，城市建筑工地上的塔式起重機以及設(shè)備安裝、維修使用的汽車起重機等滲透在各行各業(yè)。近年來，隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展和工業(yè)化進程的加快，設(shè)備的吊裝、貨物的搬運、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域的發(fā)展，對起重機械的依賴程度越來越高，起重機不再局限于以往的技術(shù)，而是向自動化方向發(fā)展。自動化技術(shù)能控制起重機械在安全的前提下高效地工作，對起重機械的運作具有極其關(guān)鍵的作用。目前，我國的起重機械設(shè)備正在向自動化方向發(fā)展，隨著其自動化水平的提高，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

自動化與智能化技術(shù)運用于起重機械，是現(xiàn)代起重機械的一大發(fā)展趨勢。將起重機械的機械運作與先進的電子技術(shù)相結(jié)合，把計算機技術(shù)、電氣電力技術(shù)、微電子技術(shù)、液壓傳動技術(shù)等應(yīng)用于起重機的控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)，以實現(xiàn)智能化、自動化。在此基礎(chǔ)上，隨著技術(shù)的發(fā)展，起重機的性能也得到了不斷完善。例如，調(diào)壓變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得起重機的柔性得到進一步提高;以微處理機為核心的高性能電氣傳動技術(shù)應(yīng)用于起重機械，使得起重機的調(diào)速和靜動特性得到了進一步改善;起重機運行的自動監(jiān)測系統(tǒng)和自鎖保護的研發(fā)成功，實現(xiàn)了特殊場合下對起重機的遠距離操控，進一步適應(yīng)了自動化生產(chǎn)的需要，保證了危險環(huán)境下操作人員的安全。

1 自動化技術(shù)在起重機械的應(yīng)用

1.1 PLC 控制技術(shù)

PLC系統(tǒng)是起重機常用的控制系統(tǒng)之一，是起重機實現(xiàn)自動化控制的重要組成部分。PLC的原理是借助一種可編程存儲器，通過內(nèi)部邏輯運算，達到對起重機的智能化控制。并在PLC軟件編程的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了通訊、PID控制等功能。

PLC系統(tǒng)可實時查詢運行數(shù)據(jù)和監(jiān)控起重機的現(xiàn)場運行狀況，可以通過控制室的人機交互界面啟停電機、設(shè)定運行頻率等，改善傳統(tǒng)起重機的調(diào)速系統(tǒng)，提高其安全性和可控性。PLC的種類很多，根據(jù)控制規(guī)模可分為小型PLC控制、中型PLC控制和小型PLC控制，而控制規(guī)模是根據(jù)配置的I/O點數(shù)劃分的。同時，相應(yīng)的PLC功能在一定程度上由I/O點數(shù)決定。據(jù)此，大型的港機通常采用大型PLC，而小型PLC主要適用于普通的起重機。

1.2 電氣傳動技術(shù)

電氣傳動的改進在很大程度上推動了起重機械自動化的更新和發(fā)展。在起重機械傳動方面，因起重機類型與結(jié)構(gòu)存在差異，所以起重機的驅(qū)動要求也不同。目前，起重機械的傳動控制類型主要分為定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速等方式。定子調(diào)壓調(diào)速的電控系統(tǒng)操作頻繁，通斷次數(shù)高，運輸物品的質(zhì)量變化易導(dǎo)致機械受重變化大、沖擊頻繁。從綜合性能的角度評價分析，以變頻控速方式最佳。目前在冶金行業(yè)比較傾向于使用定子調(diào)壓控速式的起重機，而變頻控速在高端起重機械上應(yīng)用最為普遍。在車間里的橋式起重機的大車運行機構(gòu)一般是四角驅(qū)動，通過電氣傳動技術(shù)調(diào)試四角的電機同時轉(zhuǎn)動才能保證起重機不會啃軌，否則各個角的電機轉(zhuǎn)動會不一致而導(dǎo)致啃軌，影響車輪和軌道的使用壽命。針對各個領(lǐng)域?qū)ζ鹬貦C械的自動化程度要求不斷提高的現(xiàn)狀，我國起重機的研發(fā)與制造已將起重機自動化技術(shù)的探索與研發(fā)作為一大工作重點。

1.3 起重量傳感技術(shù)

在起重機械上都安裝有一個起重量限制器，不同的起重機安裝的位置不同，它用于測量起吊重物的質(zhì)量，當起吊重物的質(zhì)量超出起重機的額定起重量時，傳感器自動報警，以防發(fā)生事故。例如，某鑄造起重機的額定載荷是125 t，當起吊的零件超出125 t時，起重量限制器會發(fā)出信號并報警，起重機停止工作。如果沒有這種自動化系統(tǒng)的保護，一旦超載，很可能會發(fā)生非常嚴重的事故。

1.4 防起吊物自由墜落技術(shù)

起重機械在出現(xiàn)意外故障時，會出現(xiàn)起吊的重物自由墜落事故的發(fā)生。為防止發(fā)生此類事故，在起重機的起升機構(gòu)卷筒上會安裝一個編碼器，用以檢測卷筒的轉(zhuǎn)速，當出現(xiàn)異常時，編碼器會發(fā)出信號，然后制動器工作，將卷筒抱死，防止重物自由下落引發(fā)事故。在非工作狀態(tài)下制動器是常閉的，只有在通電的情況下制動器才會打開，這樣能有效地預(yù)防事故的發(fā)生。

1.5 無線遙控技術(shù)

無線遙控技術(shù)主要分為無線電遙控和紅外遙控，其中紅外遙控技術(shù)主要應(yīng)用于距離較近、接收器與發(fā)射器之間可試性較好的場所，而無限電遙控技術(shù)因其具有緊急停止功能，成為起重機遙控的主要形式。

緊急停止功能分為主動急停和被動急停。主動急停是指死機后通過發(fā)射器發(fā)出急停指令，切斷總電源，起重機停止工作。被動急停是指接收機在一定時間內(nèi)檢測不到正常信號或接收機出現(xiàn)故障時，能切斷通道電源，停止工作。為了防止誤動作，主動急停開關(guān)是不能自動復(fù)位的。

1.6 其他控制技術(shù)

對于一些特殊的領(lǐng)域，例如鑄造起重機的起升機構(gòu)，它是通過雙機構(gòu)來運轉(zhuǎn)的，而且雙結(jié)構(gòu)還通過聯(lián)軸器在低速軸連接，在其中一套機構(gòu)突然發(fā)生軸斷裂等意外無法正常運轉(zhuǎn)的情況下，通過電氣控制另一套機構(gòu)運作完成一個動作循環(huán)，比如正在吊起的是一包鋼水，通過雙機構(gòu)電氣控制可以避免大的事故的發(fā)生。

2 起重機自動化的未來發(fā)展預(yù)測

起重機行業(yè)從整體上看存在著明顯的周期性，自動化在起重機中的發(fā)展也不可避免地與起重機的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)某種相關(guān)性。盡管我國起重機行業(yè)由于其自身的周期性和受國際市場的影響，發(fā)展態(tài)勢并不明朗，但我國早在2008年就針對起重機安全監(jiān)管發(fā)布了相關(guān)規(guī)定，指出智能、安全、自動化的重要性。同時取消了進口自動化起重機的免稅政策，以刺激國內(nèi)起重機自動化的發(fā)展。長遠來看，起重機自動化將成為起重機發(fā)展的一大趨勢。

近年來，起重機設(shè)備的制造以年平均35%的速度增長，自動化起重機的增長率也有所提高。雖然我國的自動化技術(shù)在總體水平上還不高，技術(shù)手段還不成熟，但是，應(yīng)用自動化產(chǎn)品的優(yōu)勢和安全性，顯然已得到了起重機械用戶以及制造商的認可。此外，起重機械行業(yè)的快速發(fā)展，無論從規(guī)模、增長速度上，都可以明顯看到起重機市場未來的發(fā)展前景，其中不斷發(fā)展的自動化技術(shù)已成為起重機行業(yè)不斷發(fā)展、完善的重要基礎(chǔ)。隨著起重機制造水平的提高，起重機自動化無疑會成為不斷改進起重機技術(shù)水平的重要組成部分，自動化技術(shù)的應(yīng)用將使得起重機市場具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在起重機械的發(fā)展策略上，可以優(yōu)先考慮以下3個方面:

(1)延伸產(chǎn)品鏈。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國市場的特點，研發(fā)更加靈活、高效、可操作的自動化產(chǎn)品，使之更加適應(yīng)我國的市場需求。

(2)結(jié)合起重機的市場情況，對制造成本進行合理掌控，以適應(yīng)更廣泛的用戶群體。同時也要注意不可盲目控制成本，而降低自動化在起重機的應(yīng)用。

(3)加大對國內(nèi)應(yīng)用技術(shù)人員培訓(xùn)的力度，全方位做好起重機械及自動化產(chǎn)品的售后服務(wù)。

3 結(jié)語

起重機械涉及到工業(yè)、建筑業(yè)和港口運輸?shù)缺姸嗟念I(lǐng)域，將自動化技術(shù)應(yīng)用于起重機械，可以在安全和可靠的前提下，大大提高相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)效率，降低成本，增加經(jīng)濟效益。但是，目前我國起重機械設(shè)備的自動化水平還不高，技術(shù)人員對自動化的認識尚不夠明確，與發(fā)達國家相比還有較大的差距。這就需要我們更加堅定不移地推動自動化技術(shù)的應(yīng)用，以促進起重機械向自動化、智能化方向發(fā)展。

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