塔式起重機(jī)無線遙控技術(shù)設(shè)計

江春

【摘 要】通過對塔機(jī)遙控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔機(jī)遙控操作實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新思路，重點解決了塔機(jī)遙控操作過程中的安全性問題。實現(xiàn)塔機(jī)司機(jī)由塔頂固定位置操控轉(zhuǎn)向在地面或其他視線角度更佳位置操作，并有效改善塔機(jī)司機(jī)的工作環(huán)境，提高作業(yè)的安全性、舒適性，減少安全事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】塔式起重機(jī)；遠(yuǎn)程控制；安全

【Abstract】Through the analysis of the basic requirements of the remote control operation of the tower crane and its working principle， the key technologies and innovative ideas for the remote operation of the tower crane are proposed， and the safety problems in the remote operation of the tower crane are solved. The driver of the tower crane is operated from the fixed position of the tower top to the position of better position on the ground or other line of sight， and effectively improves the working environment of the tower crane driver， improves the safety and comfort of the operation， and reduces the occurrence of safety accidents.

【Key words】Tower crane；Remote control；Safety

1、引言

無線遙控技術(shù)發(fā)展與完善，使其應(yīng)用范圍得到了迅速的拓寬，已經(jīng)不再是神秘的空間與軍事領(lǐng)域的專用技術(shù)。現(xiàn)在的許多工業(yè)與民用領(lǐng)域也越來越多地開始應(yīng)用無線遙控技術(shù)來提高原有設(shè)備裝置的技術(shù)指標(biāo)，拓寬應(yīng)用范圍。如危險作業(yè)的遙控機(jī)器人、廠房內(nèi)的遙控工業(yè)天車、室外作業(yè)的遙控施工設(shè)備以及遙控車庫、遙控?zé)艟叩鹊?。這些無不說明遙控技術(shù)對生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的影響力。塔機(jī)在當(dāng)今的國民經(jīng)濟(jì)的各項建設(shè)中起著極其重要的作用，將無線遙控技術(shù)引入塔機(jī)就構(gòu)成遙控塔機(jī)。由于操作者可以走下塔機(jī)，在合適的地方對塔機(jī)進(jìn)行操作，塔機(jī)遙控操作對提高作業(yè)的安全性、舒適性和生產(chǎn)效率以及減少操作者勞動強度都有著極其重要的作用。然而由于塔式起重機(jī)工作性質(zhì)的特殊性，即事故多發(fā)，且每發(fā)生事故，就有可能威脅到駕駛員的生命財產(chǎn)安全，對遙控操作的需求就更加緊迫，因此，人們對塔機(jī)的遙控操作就更為謹(jǐn)慎。

2. 對遙控操作塔機(jī)的基本要求

2.1 控制過程：

（1）全部功能動作要求。

這是遙控塔機(jī)必須滿足的一項基本要求。遙控操作必須能夠完成手動駕駛塔機(jī)操作者機(jī)上操作的全部功能，即同時完成起升機(jī)構(gòu)的上升、下降、定位、換擋；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動；小車變幅機(jī)構(gòu)的移動、變速、定位等。

（2）工作可靠性要求。

可靠性與安全性是關(guān)系到無線遙控塔機(jī)這一研究成敗的關(guān)鍵因素。由于操作者往往遠(yuǎn)離作業(yè)現(xiàn)場更容易出現(xiàn)事故，為此應(yīng)從遙控塔機(jī)的各個環(huán)節(jié)加以保障。無線遙控系統(tǒng)在規(guī)定操作范圍內(nèi)信號傳輸誤碼率低，接口裝置、驅(qū)動裝置與傳動裝置等動作可靠。

（3）遙控操作與手控操作并用性要求。

對于新型遙控塔機(jī)的設(shè)計可以是純遙控型的也可以手控、遙控并用型的。純遙控型塔機(jī)可以省去用于手動操作和駕駛室的結(jié)構(gòu)和空間，使機(jī)、電的組成得到簡化，實現(xiàn)起來相對簡單；手控、遙控并用型的遙控塔機(jī)往往是在對原手動控制的機(jī)型上進(jìn)行改造時主要選擇的塔機(jī)形式。由于原塔機(jī)的手動控制已經(jīng)能夠在一定程度上滿足實際使用要求，所以保留手動操作方式，使塔機(jī)既能遙控操作又能手控操作、且手控操作優(yōu)先，兩者互鎖并可方便地進(jìn)行切換，這無疑拓寬了這種塔機(jī)的使用范圍、提高了使用價值。

（4）對手控原機(jī)型的最大繼承性要求。

遙控塔機(jī)的改進(jìn)設(shè)計一般是在應(yīng)用比較成熟手控操作機(jī)型上進(jìn)行的，如QTZ63型塔機(jī)的動力、傳動等部件與機(jī)構(gòu)的性能良好且穩(wěn)定。所以在新研制的遙控機(jī)型時應(yīng)對性能良好的工作部件給予最大程度的保留。

2.2 基本原理：

無線遙控塔機(jī)是將無線遙控技術(shù)與塔機(jī)機(jī)械、液壓與電子控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。組成中包括用于無線遙控指令發(fā)射的遙控發(fā)射機(jī)、用于無線遙控指令接收的遙控接收機(jī)（安裝于被控塔機(jī)上）、被控塔機(jī)主機(jī)以及塔機(jī)上的操作手柄（應(yīng)用于手動駕駛）。無線遙控發(fā)射機(jī)對遙控系統(tǒng)的控制指令信號進(jìn)行編碼、載波調(diào)制以及信號放大，然后通過其自身的發(fā)射天線以無線電波的形式進(jìn)行發(fā)射；無線遙控接收機(jī)將接收到的無線電信號放大、解調(diào)、譯碼、驅(qū)動后送給輸出電路。這其中不同的遙控系統(tǒng)有不同的發(fā)射與接收間的信息反饋和抗干擾措施，這里提到只是信息的主流方向。塔機(jī)上的各種電——機(jī)械轉(zhuǎn)換元件在輸出電路的控制下分別驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件及其傳動機(jī)構(gòu)，最終完成各功能部件的預(yù)定動作，這些預(yù)定動作應(yīng)能夠滿足塔機(jī)正常工作要求。應(yīng)用的電——機(jī)械轉(zhuǎn)換元件常用有電磁（液）開關(guān)閥、電液（磁）比例閥和比例電磁鐵；執(zhí)行元件主要有電機(jī)，隨著電控化程度的增高直流電機(jī)作為直接驅(qū)動元件在塔機(jī)中也有較多應(yīng)用。

3. 無線遙控塔機(jī)的技術(shù)要求

3.1 工業(yè)無線遙控裝置的技術(shù)現(xiàn)狀。

日常生活中我們使用的無線遙控發(fā)射方式多數(shù)為紅外線型，成本低，易于操作。但該控制方式受發(fā)射距離、方向和條件的限制，局限性較大，多應(yīng)用在家用電器的控制中，無法應(yīng)用在工業(yè)無線控制領(lǐng)域。目前廣泛用于無線控制領(lǐng)域的遙控裝置，主流是以無線信號進(jìn)行傳輸?shù)姆绞健?/p>

3.2 無線遙控塔機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 目前國內(nèi)部分塔機(jī)上已采用了無線遙控，但大多都是在臺灣禹鼎電子有限公司F型系列工業(yè)遙控器基礎(chǔ)上改造而成的，沒有完全與塔機(jī)融合在一起，而且由于通訊采用了的常規(guī)碼制，在高電磁、多機(jī)作業(yè)的場地不能避免誤碼和重碼。

3.2.2 解決以上問題的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）手動控制和無線遙控共存，且兩種控制方式能夠相互切換和互鎖，以避免誤操作和適用不同工況要求；

（2）設(shè)置開機(jī)密碼，防止控制過程的誤動作；

（3）配置雙發(fā)射器，以便施工中在不同位置方便操作，解決大型塔機(jī)手動操作的控制盲區(qū)等問題；

（4）采用抗傳導(dǎo)干擾電源及高質(zhì)量穩(wěn)壓電路，可有效地避免外界擾動通過電網(wǎng)引入的干擾和任何突波、靜電的干擾；

（5）手動和遙控模塊間除采用電磁隔離板以增加靜電屏蔽外，各控制模塊間的迅號通道采用雙重隔離技術(shù)，以防止訊號互相干擾和遙控系統(tǒng)對手控系統(tǒng)的影響；

（6）電路板上的電源引腳均設(shè)計退藕濾波，有效防止電路板內(nèi)雜散訊號的干擾。

3.3 無線遙控塔機(jī)的技術(shù)特點。

（1）可靠性。

遙控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將影響生產(chǎn)正常運行。因此遙控系統(tǒng)及遙控系統(tǒng)硬件必須具有高度的可靠性。

（2）安全性。

遙控系統(tǒng)是起重機(jī)械的控制裝置，如果動作有誤，將發(fā)生物損、人傷的事故。因此必須保證遙控系統(tǒng)的百分之百的安全，具有操作者應(yīng)能直接進(jìn)行緊急停車和系統(tǒng)自動急停的安全保護(hù)。

（3）抗干擾性強。

能夠不受電焊、電爐及起重機(jī)變頻器等的電磁雜波干擾，能夠在小范圍內(nèi)同時多臺使用，互不干擾。

（4）能夠在惡劣環(huán)境中使用。

必須具有較強的防塵、防煤氣、耐油、抗沖擊等性能。

（5）輕小型便于操作。

發(fā)射系統(tǒng)由操作者攜帶進(jìn)行操作，故應(yīng)體積小、重量輕、攜帶方便。

3.4 塔機(jī)無線遙控系統(tǒng)的優(yōu)點。

3.4.1 節(jié)省人力。

（1）對于橋式、門式起重機(jī)及汽車起重機(jī)等裝卸設(shè)備，其操作掛鉤可由一個人承擔(dān)，操作者可直視操作，不需要指揮。

（2）對于工作效率低的起重設(shè)備，一個人可同時管理多臺起重機(jī)設(shè)備?？稍谄鹬貦C(jī)操縱同時，完成與其關(guān)聯(lián)的輸送帶、加料器、搬運車等其它設(shè)備控制和管理。

3.4.2 提高工作效率。

（1）由于操作者與地面指揮由一個人承擔(dān)，操作者可自行判斷，進(jìn)行作業(yè)，提高了作業(yè)的準(zhǔn)確性及工作效率。

（2）避免了過去操作人員與地面指揮之間的誤解，適用于設(shè)備組裝等精密安裝作業(yè)。

省去司機(jī)上、下起重機(jī)所帶來的諸多不便。

3.4.3 環(huán)境安全的提高。

在有毒氣體、高溫、多粉塵和危險作業(yè)場地，可選擇環(huán)境好、且安全的位置進(jìn)行操作，操作者的人身安全得到保護(hù)，作業(yè)條件得到改善。

4. 無線遙控塔機(jī)的工作原理

4.1 塔機(jī)遙控裝置的組成：

（1）塔機(jī)的遙控裝置由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。圖1所示為遙控器電路原理方框圖。

（2）根據(jù)塔機(jī)工作的實際需要，按下操作鍵電路中相應(yīng)的按鍵，由此產(chǎn)生一組二進(jìn)制數(shù)據(jù)代碼，在發(fā)送控制線的控制下，一串?dāng)?shù)據(jù)代碼從編碼器被送到調(diào)制器電路，在調(diào)制器電路里將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成載波電路上傳輸?shù)哪M信號。該模擬信號經(jīng)由接口電路進(jìn)入發(fā)射電路，并發(fā)射出去。

（3）接收系統(tǒng)收到遙控器發(fā)射來的載波信號后，經(jīng)由接收電路和接口電路進(jìn)入解調(diào)器電路。解調(diào)與調(diào)制相反，從載波中恢復(fù)數(shù)據(jù)代碼。解調(diào)后的數(shù)據(jù)代碼送入解碼器電路，解碼器將解讀正確的代碼信號送到譯碼器電路，經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動相應(yīng)的繼電器工作（見圖2）。由此便完成了按鍵遙控塔機(jī)進(jìn)行工作。

（4）對于在塔機(jī)上應(yīng)用的遙控裝置，其配電保護(hù)的設(shè)置是非常重要的，特別是對于要求具有手動和遙控的方案。在同一時間里只允許一種方法操作，也就是說手動控制和遙控操作的配電保護(hù)必須各自獨立完成其保護(hù)功能，之外，二者的操作控制還必須相互聯(lián)鎖。我們使用兩個中間繼電器分別控制手動和遙控啟動，當(dāng)其中一個繼電器啟動時，另一個繼電器不能啟動，有效地實現(xiàn)了電氣聯(lián)鎖。另外，遙控器本身的K1/K2、K13/K14、K5/K6已內(nèi)設(shè)互鎖功能，保證塔機(jī)的安全操作。

（5）手持按鍵遙控發(fā)射器如圖3所示，接收器的輸出接線如圖4所示。

4.2 遙控器基本參數(shù)：

工作電壓 DC24V；

輸出方式 全氣密繼電器；

環(huán)境溫度 -25℃～+27℃；

防護(hù)等級 IP25；

有效工作距離 100～150m

4.3 塔機(jī)遙控器選用的關(guān)注點：

（1）高安全可靠性。

遙控系統(tǒng)是大型塔機(jī)的控制裝置，相當(dāng)于大腦中樞，如果動作有誤，將發(fā)生機(jī)毀人傷的重大事故。因此必須保證遙控系統(tǒng)百分之百的安全，具體操作者應(yīng)能直接進(jìn)行緊急停車和系統(tǒng)自動急停的安全保護(hù)，必須保證即使遙控出現(xiàn)故障，也要首先保證設(shè)備安全。另外遙控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將影響設(shè)備正常運行，因此其系統(tǒng)及系統(tǒng)的硬件必須具有高度的可靠性。

（2）抗干擾性強。

隨著無線通訊、電磁產(chǎn)品的廣泛使用，各種大功率電磁干擾輻射無處不在，無線遙控裝置必須具有電磁設(shè)備、通訊設(shè)備及變頻器等電磁雜波的抗干擾能力，能夠在小范圍內(nèi)同時多臺使用，不至于因受干擾而發(fā)生誤動作。

（3）環(huán)境中適應(yīng)性強。

由于很多大型塔機(jī)作業(yè)環(huán)境較差，因此無線遙控裝置必須具有較強的防塵、耐低溫、耐高溫、抗沖擊等惡劣環(huán)境適應(yīng)能力。

（4）便于操作。

因無線遙控裝置發(fā)射系統(tǒng)由操作者攜帶操作，故應(yīng)體積小、重量輕，攜帶方便，操作靈活，操作指示齊全。

（5）操作精度高。

由于大型設(shè)備的特殊性，對精度要求較高，因此遙控裝置必須具有較高的精確度。

（6）通訊明確。

大型塔機(jī)對于安全操作要求極高，遠(yuǎn)程控制時必須保證操作者能夠觀察到起重量、起重力矩、工作幅度、機(jī)構(gòu)工作電流、限位狀態(tài)等相應(yīng)信號，而不至于出現(xiàn)安全裝置故障時，違規(guī)操作而造成嚴(yán)重后果，因此需要配置相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

4.4 遙控器的操作：

（1）為防止誤動作，遙控器設(shè)有開機(jī)密碼。首先應(yīng)打開頂部的紅色停止按鈕，然后連續(xù)依次按下：啟動→關(guān)機(jī)→開機(jī)，這時就會發(fā)現(xiàn)電源指示處信號燈是閃爍的綠光，開機(jī)成功，需要操作時，還需按下“啟動”按鍵，這時遙控系統(tǒng)啟動成功。然后就可以按需要選擇需要操作的按鍵，控制塔機(jī)運轉(zhuǎn)。關(guān)機(jī)時只需按下“關(guān)機(jī)”按鍵，指示燈熄滅。

（2）當(dāng)需要塔機(jī)動作時，先按下啟動/電鈴（K23、K24）發(fā)出警告提示。然后按需要選擇按鍵，如小車向前一擋，則按下K2，通過接收器驅(qū)動電器柜內(nèi)的控制接觸器工作，同時打開剎車，小車向前運行，再按一下K4動作就是小車向前二擋，小車向后的操作與之相同（按下K1和K3）。當(dāng)松開小車按鍵時，接觸器斷電，剎車抱閘（延時3秒）。回轉(zhuǎn)操作時按下K13或K14，通過接收器驅(qū)動電器柜內(nèi)的控制接觸器工作，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一擋動作，再按下K15，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)二、三、四擋依次動作（電路里增加了延時繼電器，分段切電阻），以達(dá)到最快速度。塔機(jī)設(shè)計要求對回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是自由順風(fēng)向的，當(dāng)需要剎車時，只要按住K23就可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連鎖動作：主電機(jī)失電，回轉(zhuǎn)剎車抱閘制動。起升機(jī)構(gòu)有三擋，按下K5或K6，通過接收器驅(qū)動電器柜內(nèi)的控制接觸器工作，同時打開剎車，起升機(jī)構(gòu)一擋動作，再按下K7通過延時繼電器控制起升機(jī)構(gòu)二、三擋動作，松開起升按鍵，剎車接觸器斷電，起升的油泵電機(jī)失電抱閘制動。當(dāng)需要精確定位時，可以點動按鍵以實現(xiàn)塔機(jī)三大機(jī)構(gòu)的點動操作，以達(dá)到最佳的工作效果。

5. 結(jié)論

（1）通過對塔式起重機(jī)遙控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔機(jī)實現(xiàn)遙控操作的一些關(guān)鍵技術(shù)，解決了塔機(jī)遙控操作過程中非常重要的安全性問題，為塔機(jī)遙控化操作的可行性做了有益的研究與探索。

（2）起重機(jī)增設(shè)無線遙控系統(tǒng)還是有很多好處的，隨著社會的發(fā)展，會有越來越多的人了解工業(yè)無線遙控系統(tǒng)，會有越來越多起重機(jī)增設(shè)無線遙控系統(tǒng)，會有越來越多的領(lǐng)域使用工業(yè)無線遙控系統(tǒng)。

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[文章編號]1619-2737（2018）05-12-722