塔式起重机无线遥控技术设计

江春

【摘 要】通过对塔机遥控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔机遥控操作实现的关键技术及创新思路，重点解决了塔机遥控操作过程中的安全性问题。实现塔机司机由塔顶固定位置操控转向在地面或其他视线角度更佳位置操作，并有效改善塔机司机的工作环境，提高作业的安全性、舒适性，减少安全事故的发生。

【关键词】塔式起重机；远程控制；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

无线遥控技术发展与完善，使其应用范围得到了迅速的拓宽，已经不再是神秘的空间与军事领域的专用技术。现在的许多工业与民用领域也越来越多地开始应用无线遥控技术来提高原有设备装置的技术指标，拓宽应用范围。如危险作业的遥控机器人、厂房内的遥控工业天车、室外作业的遥控施工设备以及遥控车库、遥控灯具等等。这些无不说明遥控技术对生产、生活产生的影响力。塔机在当今的国民经济的各项建设中起着极其重要的作用，将无线遥控技术引入塔机就构成遥控塔机。由于操作者可以走下塔机，在合适的地方对塔机进行操作，塔机遥控操作对提高作业的安全性、舒适性和生产效率以及减少操作者劳动强度都有着极其重要的作用。然而由于塔式起重机工作性质的特殊性，即事故多发，且每发生事故，就有可能威胁到驾驶员的生命财产安全，对遥控操作的需求就更加紧迫，因此，人们对塔机的遥控操作就更为谨慎。

2. 对遥控操作塔机的基本要求

2.1 控制过程：

（1）全部功能动作要求。

这是遥控塔机必须满足的一项基本要求。遥控操作必须能够完成手动驾驶塔机操作者机上操作的全部功能，即同时完成起升机构的上升、下降、定位、换挡；回转机构的回转、调速、制动；小车变幅机构的移动、变速、定位等。

（2）工作可靠性要求。

可靠性与安全性是关系到无线遥控塔机这一研究成败的关键因素。由于操作者往往远离作业现场更容易出现事故，为此应从遥控塔机的各个环节加以保障。无线遥控系统在规定操作范围内信号传输误码率低，接口装置、驱动装置与传动装置等动作可靠。

（3）遥控操作与手控操作并用性要求。

对于新型遥控塔机的设计可以是纯遥控型的也可以手控、遥控并用型的。纯遥控型塔机可以省去用于手动操作和驾驶室的结构和空间，使机、电的组成得到简化，实现起来相对简单；手控、遥控并用型的遥控塔机往往是在对原手动控制的机型上进行改造时主要选择的塔机形式。由于原塔机的手动控制已经能够在一定程度上满足实际使用要求，所以保留手动操作方式，使塔机既能遥控操作又能手控操作、且手控操作优先，两者互锁并可方便地进行切换，这无疑拓宽了这种塔机的使用范围、提高了使用价值。

（4）对手控原机型的最大继承性要求。

遥控塔机的改进设计一般是在应用比较成熟手控操作机型上进行的，如QTZ63型塔機的动力、传动等部件与机构的性能良好且稳定。所以在新研制的遥控机型时应对性能良好的工作部件给予最大程度的保留。

2.2 基本原理：

无线遥控塔机是将无线遥控技术与塔机机械、液压与电子控制技术相结合的产物。组成中包括用于无线遥控指令发射的遥控发射机、用于无线遥控指令接收的遥控接收机（安装于被控塔机上）、被控塔机主机以及塔机上的操作手柄（应用于手动驾驶）。无线遥控发射机对遥控系统的控制指令信号进行编码、载波调制以及信号放大，然后通过其自身的发射天线以无线电波的形式进行发射；无线遥控接收机将接收到的无线电信号放大、解调、译码、驱动后送给输出电路。这其中不同的遥控系统有不同的发射与接收间的信息反馈和抗干扰措施，这里提到只是信息的主流方向。塔机上的各种电——机械转换元件在输出电路的控制下分别驱动相应的执行元件及其传动机构，最终完成各功能部件的预定动作，这些预定动作应能够满足塔机正常工作要求。应用的电——机械转换元件常用有电磁（液）开关阀、电液（磁）比例阀和比例电磁铁；执行元件主要有电机，随着电控化程度的增高直流电机作为直接驱动元件在塔机中也有较多应用。

3. 无线遥控塔机的技术要求

3.1 工业无线遥控装置的技术现状。

日常生活中我们使用的无线遥控发射方式多数为红外线型，成本低，易于操作。但该控制方式受发射距离、方向和条件的限制，局限性较大，多应用在家用电器的控制中，无法应用在工业无线控制领域。目前广泛用于无线控制领域的遥控装置，主流是以无线信号进行传输的方式。

3.2 无线遥控塔机的关键技术。

3.2.1 目前国内部分塔机上已采用了无线遥控，但大多都是在台湾禹鼎电子有限公司F型系列工业遥控器基础上改造而成的，没有完全与塔机融合在一起，而且由于通讯采用了的常规码制，在高电磁、多机作业的场地不能避免误码和重码。

3.2.2 解决以上问题的关键技术：

（1）手动控制和无线遥控共存，且两种控制方式能够相互切换和互锁，以避免误操作和适用不同工况要求；

（2）设置开机密码，防止控制过程的误动作；

（3）配置双发射器，以便施工中在不同位置方便操作，解决大型塔机手动操作的控制盲区等问题；

（4）采用抗传导干扰电源及高质量稳压电路，可有效地避免外界扰动通过电网引入的干扰和任何突波、静电的干扰；

（5）手动和遥控模块间除采用电磁隔离板以增加静电屏蔽外，各控制模块间的迅号通道采用双重隔离技术，以防止讯号互相干扰和遥控系统对手控系统的影响；

（6）电路板上的电源引脚均设计退藕滤波，有效防止电路板内杂散讯号的干扰。

3.3 无线遥控塔机的技术特点。

（1）可靠性。

遥控系统一旦发生故障，将影响生产正常运行。因此遥控系统及遥控系统硬件必须具有高度的可靠性。

（2）安全性。

遥控系统是起重机械的控制装置，如果动作有误，将发生物损、人伤的事故。因此必须保证遥控系统的百分之百的安全，具有操作者应能直接进行紧急停车和系统自动急停的安全保护。

（3）抗干扰性强。

能够不受电焊、电炉及起重机变频器等的电磁杂波干扰，能够在小范围内同时多台使用，互不干扰。

（4）能够在恶劣环境中使用。

必须具有较强的防尘、防煤气、耐油、抗冲击等性能。

（5）轻小型便于操作。

发射系统由操作者携带进行操作，故应体积小、重量轻、携带方便。

3.4 塔机无线遥控系统的优点。

3.4.1 节省人力。

（1）对于桥式、门式起重机及汽车起重机等装卸设备，其操作挂钩可由一个人承担，操作者可直视操作，不需要指挥。

（2）对于工作效率低的起重设备，一个人可同时管理多台起重机设备。可在起重机操纵同时，完成与其关联的输送带、加料器、搬运车等其它设备控制和管理。

3.4.2 提高工作效率。

（1）由于操作者与地面指挥由一个人承担，操作者可自行判断，进行作业，提高了作业的准确性及工作效率。

（2）避免了过去操作人员与地面指挥之间的误解，适用于设备组装等精密安装作业。

省去司机上、下起重机所带来的诸多不便。

3.4.3 环境安全的提高。

在有毒气体、高温、多粉尘和危险作业场地，可选择环境好、且安全的位置进行操作，操作者的人身安全得到保护，作业条件得到改善。

4. 无线遥控塔机的工作原理

4.1 塔机遥控装置的组成：

（1）塔机的遥控装置由发射系统和接收系统两部分组成。图1所示为遥控器电路原理方框图。

（2）根据塔机工作的实际需要，按下操作键电路中相应的按键，由此产生一组二进制数据代码，在发送控制线的控制下，一串数据代码从编码器被送到调制器电路，在调制器电路里将数字信号转换成载波电路上传输的模拟信号。该模拟信号经由接口电路进入发射电路，并发射出去。

（3）接收系统收到遥控器发射来的载波信号后，经由接收电路和接口电路进入解调器电路。解调与调制相反，从载波中恢复数据代码。解调后的数据代码送入解码器电路，解码器将解读正确的代码信号送到译码器电路，经译码器译码后驱动相应的继电器工作（见图2）。由此便完成了按键遥控塔机进行工作。

（4）对于在塔机上应用的遥控装置，其配电保护的设置是非常重要的，特别是对于要求具有手动和遥控的方案。在同一时间里只允许一种方法操作，也就是说手动控制和遥控操作的配电保护必须各自独立完成其保护功能，之外，二者的操作控制还必须相互联锁。我们使用两个中间继电器分别控制手动和遥控启动，当其中一个继电器啟动时，另一个继电器不能启动，有效地实现了电气联锁。另外，遥控器本身的K1/K2、K13/K14、K5/K6已内设互锁功能，保证塔机的安全操作。

（5）手持按键遥控发射器如图3所示，接收器的输出接线如图4所示。

4.2 遥控器基本参数：

工作电压 DC24V；

输出方式 全气密继电器；

环境温度 -25℃～+27℃；

防护等级 IP25；

有效工作距离 100～150m

4.3 塔机遥控器选用的关注点：

（1）高安全可靠性。

遥控系统是大型塔机的控制装置，相当于大脑中枢，如果动作有误，将发生机毁人伤的重大事故。因此必须保证遥控系统百分之百的安全，具体操作者应能直接进行紧急停车和系统自动急停的安全保护，必须保证即使遥控出现故障，也要首先保证设备安全。另外遥控系统一旦发生故障，将影响设备正常运行，因此其系统及系统的硬件必须具有高度的可靠性。

（2）抗干扰性强。

随着无线通讯、电磁产品的广泛使用，各种大功率电磁干扰辐射无处不在，无线遥控装置必须具有电磁设备、通讯设备及变频器等电磁杂波的抗干扰能力，能够在小范围内同时多台使用，不至于因受干扰而发生误动作。

（3）环境中适应性强。

由于很多大型塔机作业环境较差，因此无线遥控装置必须具有较强的防尘、耐低温、耐高温、抗冲击等恶劣环境适应能力。

（4）便于操作。

因无线遥控装置发射系统由操作者携带操作，故应体积小、重量轻，携带方便，操作灵活，操作指示齐全。

（5）操作精度高。

由于大型设备的特殊性，对精度要求较高，因此遥控装置必须具有较高的精确度。

（6）通訊明确。

大型塔机对于安全操作要求极高，远程控制时必须保证操作者能够观察到起重量、起重力矩、工作幅度、机构工作电流、限位状态等相应信号，而不至于出现安全装置故障时，违规操作而造成严重后果，因此需要配置相应的远程监控系统。

4.4 遥控器的操作：

（1）为防止误动作，遥控器设有开机密码。首先应打开顶部的红色停止按钮，然后连续依次按下：启动→关机→开机，这时就会发现电源指示处信号灯是闪烁的绿光，开机成功，需要操作时，还需按下“启动”按键，这时遥控系统启动成功。然后就可以按需要选择需要操作的按键，控制塔机运转。关机时只需按下“关机”按键，指示灯熄灭。

（2）当需要塔机动作时，先按下启动/电铃（K23、K24）发出警告提示。然后按需要选择按键，如小车向前一挡，则按下K2，通过接收器驱动电器柜内的控制接触器工作，同时打开刹车，小车向前运行，再按一下K4动作就是小车向前二挡，小车向后的操作与之相同（按下K1和K3）。当松开小车按键时，接触器断电，刹车抱闸（延时3秒）。回转操作时按下K13或K14，通过接收器驱动电器柜内的控制接触器工作，回转机构一挡动作，再按下K15，回转机构二、三、四挡依次动作（电路里增加了延时继电器，分段切电阻），以达到最快速度。塔机设计要求对回转机构是自由顺风向的，当需要刹车时，只要按住K23就可实现回转机构的连锁动作：主电机失电，回转刹车抱闸制动。起升机构有三挡，按下K5或K6，通过接收器驱动电器柜内的控制接触器工作，同时打开刹车，起升机构一挡动作，再按下K7通过延时继电器控制起升机构二、三挡动作，松开起升按键，刹车接触器断电，起升的油泵电机失电抱闸制动。当需要精确定位时，可以点动按键以实现塔机三大机构的点动操作，以达到最佳的工作效果。

5. 结论

（1）通过对塔式起重机遥控操作的基本要求及其工作原理分析，提出塔机实现遥控操作的一些关键技术，解决了塔机遥控操作过程中非常重要的安全性问题，为塔机遥控化操作的可行性做了有益的研究与探索。

（2）起重机增设无线遥控系统还是有很多好处的，随着社会的发展，会有越来越多的人了解工业无线遥控系统，会有越来越多起重机增设无线遥控系统，会有越来越多的领域使用工业无线遥控系统。

参考文献

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[文章编号]1619-2737（2018）05-12-722