行車控制系統(tǒng)在行車安全管理與維護中的應(yīng)用

柏承東

（福建省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，福建三明 365000）

0 引言

行車是在短距離內(nèi)垂直提升和水平移動物體的機械設(shè)備，它在促進生產(chǎn)過程的機械化、降低工人勞動強度、提高勞動效率方面有著重要作用，被廣泛用于工礦企業(yè)。目前對電機的要求是能夠平穩(wěn)地加速和減速，這是因為需要保證負(fù)載可以快速、準(zhǔn)確地到達預(yù)定位置，同時控制好承載物體的平臺，使物體停止在目標(biāo)位置而不會發(fā)生振蕩。目前在大型行車中使用了無線遙控技術(shù)，但仍然存在著一些問題，如工作效率與靈活性低、材料消耗大，工人勞動強度高[1]，為有效解決這些問題，需要提高控制系統(tǒng)的自動化水平。

1 大型行車的基本結(jié)構(gòu)與功能

行車一般由操作機構(gòu)、舉升機構(gòu)、電氣控制、保護裝置等結(jié)構(gòu)組成。整體結(jié)構(gòu)直接在地面軌道上運行，形成橫跨軌道的立體運行空間，廣泛用于水力發(fā)電站、港口、貨場以及其他露天場所（圖1）。

圖1 行車結(jié)構(gòu)

為了確保起重機的可靠運行和貨物的安全起吊目標(biāo)，要求行車的各機構(gòu)相互配合，同時應(yīng)分析行車的組成和功能，以進一步深入了解系統(tǒng)，分析故障模式對行車設(shè)備的影響。

（1）操作機構(gòu)。它是與升降機構(gòu)相互配合完成貨物轉(zhuǎn)移的重要機構(gòu)，可以使行車在水平方向移動實現(xiàn)貨物的工作位置調(diào)整和水平轉(zhuǎn)移，將作用在行車上的全部負(fù)載轉(zhuǎn)移到下支架。行車的運行機構(gòu)主要是軌道式運行機構(gòu)，只能沿著特設(shè)的軌道運動完成貨物的轉(zhuǎn)移。

（2）升降機構(gòu)。其主要作用是根據(jù)需要以不同的速度實現(xiàn)貨物在垂直方向上升降的功能，提升重物并與其他機構(gòu)配合，實現(xiàn)貨物的移動與裝卸。一旦出現(xiàn)異常停電的情況，可以確保貨物不會墜落，同時在通電后繼續(xù)實現(xiàn)舉升動作。

（3）電氣控制。電氣控制系統(tǒng)是確保行車各機構(gòu)安全運行的系統(tǒng)中樞，在運行過程中運行狀態(tài)的監(jiān)控、各種操作的實現(xiàn)、安全聯(lián)鎖保護等方面起著重要作用。

（4）保護裝置。主要包括起升力矩限制器、重量限制器、超速保護裝置、限位裝置等，不同的保護裝置用于提示不同的監(jiān)測和測量數(shù)據(jù)，當(dāng)運行參數(shù)超過限值時保護裝置會發(fā)出警報，提示操作人員進行相應(yīng)的操作。

2 行車控制系統(tǒng)的基本組成

行車控制系統(tǒng)主要由PLC 控制程序、開關(guān)、控制屏和狀態(tài)指示燈、繼電器、行車監(jiān)控系統(tǒng)等組成（圖2）。不同于僅垂直移動的電梯和升降機、水平運送物料的輸送機，行車不僅可以垂直提升，也可以在水平方向移動貨物。目前，行車主要有自動控制和手動控制兩種驅(qū)動方式：前者根據(jù)生產(chǎn)車間的工藝流程，設(shè)計程序來實現(xiàn)行車驅(qū)動的自動操作；后者則要求駕駛員根據(jù)現(xiàn)場需求對行車的提升和平移進行控制。

2.1 PLC 控制系統(tǒng)

PLC 控制程序是系統(tǒng)中樞，它通過采集定位信號來做到對行車過程的自動控制[2]。觸摸屏則是系統(tǒng)的操作中心，可以啟動、停止、手動或自動對系統(tǒng)進行切換，還可以通過設(shè)置系統(tǒng)的運行參數(shù)來掌控設(shè)備的運行狀態(tài)。定位信號的傳輸采用接近開關(guān)和擋鐵電磁感應(yīng)的方法，在行車的每個停車位沿水平方向焊接擋鐵，同時將接近開關(guān)設(shè)置在行車的相應(yīng)位置。當(dāng)行車沿著水平向移動時，接近開關(guān)檢測是否存在擋鐵，若存在擋鐵，接近開關(guān)將向PLC 發(fā)送定位信號。在鉤手接近開關(guān)的兩端和水平移動處安裝有行程開關(guān)，當(dāng)接近開關(guān)發(fā)生故障或其他原因?qū)е滦熊嚐o法及時停止時，將起到限位保護的作用，并向PLC 發(fā)送信號，使行車停止駕駛并觸發(fā)警報。

圖2 行車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 行車監(jiān)控系統(tǒng)

車間中機械設(shè)備的故障通常是在很短的時間內(nèi)發(fā)生，少數(shù)簡易故障可由現(xiàn)場技術(shù)人員快速解決，一旦遇到稍復(fù)雜的情況則需要專家來解決。但是專家不可能實時在現(xiàn)場，這就會延誤大量時間、降低工作效率。于是考慮是否有某種設(shè)備或系統(tǒng)，可以讓專家隨時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障它將通過系統(tǒng)立即反饋給專家。專家在完成分析和研究后，及時反饋檢查結(jié)果，指導(dǎo)現(xiàn)場人員處理故障問題。許多大型機械的監(jiān)視和診斷主要是通過監(jiān)測設(shè)備中關(guān)鍵部件的相關(guān)信號來實現(xiàn)，不同程度的故障就會使機械設(shè)備發(fā)生不同的變化[3]。所以應(yīng)重點研究設(shè)備不同故障的表示形式和實際特征，并采用適當(dāng)?shù)男盘柼幚韺⑦@些故障特征轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行存儲和分析，從而完成對機械設(shè)備的故障監(jiān)測和診斷。

安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)計功能有如下4 個：

（1）遠(yuǎn)程通信與數(shù)據(jù)獲取主要用于收集現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場實時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫在遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和客戶端之間通過這種路徑進行數(shù)據(jù)傳輸，為遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷提供數(shù)據(jù)。

（2）遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控客戶端可以直接觀察各參數(shù)的圖標(biāo)和圖形，從而清晰地掌握車間的運行狀況。根據(jù)這些仿真圖和趨勢圖，用戶可直接了解設(shè)備的運行狀態(tài)。同時技術(shù)人員也可以實現(xiàn)對機械設(shè)備的全天候監(jiān)控，隨時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)機器的異常運行情況。

（3）信號分析處理系統(tǒng)可以對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中每個測量點的數(shù)據(jù)進行分析，包括對振動信號的頻域與時域特性進行分析，然后積累故障特征信息并用于故障分析。該系統(tǒng)可以自動形成不同類型的故障分析圖供技術(shù)人員參考，從而對不同類型故障的原因特征和嚴(yán)重程度做出判斷。

（4）數(shù)據(jù)權(quán)限管理技術(shù)人員可以管理和改進實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫，并且系統(tǒng)可以設(shè)置權(quán)限功能以確保監(jiān)控系統(tǒng)中信息的安全性。

3 行車控制系統(tǒng)在安全管理與故障處理中的實現(xiàn)

3.1 行車故障點的檢測與維修

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，行車正逐步向智能化與自動化發(fā)展。長時間運行的工作方式對行車安全運行有更嚴(yán)格要求的同時，對行車維護管理有更高的需求。一直以來，我國對行車采用的維修方式包括計劃維修系統(tǒng)和定期維修系統(tǒng)。計劃維修系統(tǒng)是基于機械設(shè)備的磨損理論，基本思想是維護與修理應(yīng)同等重視，預(yù)防為主，確定了大、中、小修理的維修周期和內(nèi)容。對于每個組件，當(dāng)運行周期達到規(guī)定的時間間隔時應(yīng)立即對設(shè)備進行規(guī)定中的維修操作。抽查和定期維修系統(tǒng)是通過抽查的方式來確定維護需求，根據(jù)抽查人員的維修經(jīng)驗以決定是否延長或縮短維修周期，可以確保設(shè)備始終處于受控狀態(tài)。為了實施現(xiàn)場檢查和定期維護系統(tǒng)，有必要結(jié)合企業(yè)的具體情況和設(shè)備的特點不斷加強對現(xiàn)場檢修人員的培訓(xùn)，并要求現(xiàn)場檢查人員嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行維修措施。

行車在運行過程中容易出現(xiàn)如下5 類故障：

（1）大車故障。如運行時車輪輪緣與承載軌道磨損嚴(yán)重，主要原因是車輪制造不合格，使得大車兩側(cè)運行速度不一樣，更換統(tǒng)一的車輪即可。

（2）制動器故障。制動器剎車不靈、制動器無法打開、制動器工作時瓦襯發(fā)熱嚴(yán)重以及制動器的制動力矩不穩(wěn)定等引起的制動器故障。相應(yīng)的解決方法有：針對剎車不靈，可以通過更換瓦襯、調(diào)整制動器主彈簧、更換螺桿以及電磁鐵制動線圈；針對瓦襯發(fā)熱過大的現(xiàn)象，可以通過調(diào)整制動輪與瓦襯的間距或者將粗糙度未滿足要求的制動輪重新打光，使瓦襯與制動輪之間更加匹配。

（3）升吊設(shè)備故障?？赡艿脑蛑饕袖摻z繩跑槽、溜鉤、卷筒故障等，相應(yīng)的解決措施主要是對照檢修維護手冊，對于不符合安裝要求或者出現(xiàn)明顯磨損破壞的構(gòu)件，應(yīng)及時校正和更換。

（4）小車故障。小車車輪與軌道接觸時存在一個車輪懸空的問題、小車運行時打滑以及啟動時車身搖擺振動較大。首先，應(yīng)保證小車車輪為標(biāo)準(zhǔn)輪，其次將出現(xiàn)變形的車架部分采用火焰法進行校正，達到合格要求即可。

（5）減速器故障。如減速器機構(gòu)運轉(zhuǎn)時振動不正常、漏油等，首先應(yīng)緊固腳螺栓或更換新的螺栓，增大承載減速器的構(gòu)件剛度；出現(xiàn)漏油時則應(yīng)避免減速器箱體溫度過高，將松動的螺栓與彈簧墊片固定。

3.2 自動化監(jiān)控系統(tǒng)在行車運行中的實現(xiàn)

行車設(shè)備一共有3 個故障期，自動化監(jiān)控系統(tǒng)在各個故障期的特點如下：

（1）早期故障期。在早期的故障階段，行車也處于使用的早期階段，零件與設(shè)備機構(gòu)處于運行的磨合期間，常常會發(fā)生一些小故障。在監(jiān)控方面需要注意的是：先通過快速修理和檢查的方法對行車進行體檢，據(jù)檢查結(jié)果對在目標(biāo)檢查中經(jīng)常會發(fā)生故障進行重點排查，最后根據(jù)行車的技術(shù)要求，嚴(yán)格檢查產(chǎn)品是否符合要求，同時加強關(guān)鍵零部件的維修保養(yǎng)。

（2）偶然性故障期。在偶發(fā)故障期行車處于正常使用階段，定期檢查和維護也無法確定行車操作運行過程的安全性。如果可以設(shè)計一個系統(tǒng)來實時監(jiān)視行車的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障系統(tǒng)將及時報警并停止，或者在有任何故障跡象時系統(tǒng)將提前報警并及時停止維修。

（3）損耗故障期。在損耗故障期行車運行將進入正常使用的后期階段，行車會出現(xiàn)越來越多的問題。為了延長行車的使用壽命，必須延長受損零部件的使用期限。在這一階段可以利用機械故障的趨勢提前更換和維護零件，減少故障的發(fā)生。

4 結(jié)論

目前行車已被廣泛地應(yīng)用于建筑工程項目和工業(yè)生產(chǎn)，行車設(shè)計應(yīng)注重“以人為本”，在注重人員安全的同時還應(yīng)重視工作環(huán)境的舒適性，進一步提高操作人員的工作效率和安全性。同時還應(yīng)充分利用行車控制系統(tǒng)，及時檢查故障點，促進工業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)。