智能起重机的控制系统与关键技术

余耒 刘晓冀

摘  要：随着起重机智能化程度的不断增加，越来越多的企业提出智能起重机控制的需求。本文介绍了起重机控制系统的主要功能，并详细讲述了其关键技术。

关键词：智能起重机;控制系统;关键技术

引言

随着工厂自动化环境的提升，其中的桥式起重机控制方式亦在由人工控制向自动化、智能控制、远程管理方向发展。为适应新的市场需求，研发适合起重行业智能化发展的技术和产品，通过对国内外智能起重机的智能化技术发展状况和市场需求的调研，结合自动化生产、信息化车间的管理与调度、智能制造加工工艺，对起重机的自动化、信息化、智能化的等关键技术的发展进行研究。借助自动化技术、信息技术、智能控制技术、互联网技术等工具，起重机械的使用、管理可从单一的人工操作、检查向自动化操作、在线监控、远程维护与技术支持转变，进而形成一整套的桥式起重机智能控制平台，提高桥式起重机械产品的性能与竞争力。

1.智能起重机控制系统以及基本要求

1.1控制系统

在使用起重机时，利用变频器和PLC对电气控制系统进行实时控制，借助制动单元完成能耗吸收和消耗配置，从而对电器元件起到一定的维护作用。从整体角度出发，启动系统主要利用凸轮进行控制，根据PLC进行特定指令的下达，调用PLC之前要完成对应程度的编写。

1.2基本要求

在关于起重机的设计规范中对起重机的设计要求具有明确的规定，当起重机处于高额定荷载的工作状态下，可以正常开展工作。如果供电系统发生了额定值波动，势必会提高额定载荷，不管载荷的位置在哪，都可以对系统进行实时控制，以保证程序的有序开展。这种方式也有效避免了溜钩发问题的发生，当然，如果控制方案合理，不管控制手柄居于哪一个位置，当开展工作后，都需要在额定荷载下保证额定的速度，可以引入变频器的方式，对变频器进行参数设定，以保证彼此之间的有效连接。当制动器线路发生异常，一定要立即采取措施，切段制动电源。在制动器线路中，对需要进行安全保护的装置进行配备，可以采用变频器或者PLC控制系统的方式，完成多点控制。每一个控制点都会产生一种连锁反应，因此不管在什么情况下，都必须只存在一个工作点。如果发生了意外断电，控制系统要立即采取措施，对制动器给予保障，降低设备发生故障的几率。

2.智能起重机集中控制系统架构

智能起重机集中控制系统需要充分考虑现场的各类因素，一方面尽可能还原操作人员在现场的视听感观，确保远程操作的安全性;另一方面充分利用自动化技术提升起重机运行自动化程度，减轻操作人员负担。针对生产现场其他可能发生的安全问题也要有充分的考量，合理利用现有检测技术和控制手段，结合现场生产经验建立的起重机集中控制系统架构。集中调度系统主要实现集中控制的任务分配和设备管理等功能，它能够在接收上级系统下发工作任务的同时，允许操作员手动设定修改当前任务，还可以将新任务分配给当前空闲的操作台和操作员，保证任务的高效执行。安全策略主要负责起重机运行过程中可能遇到的各类特殊情况，进行相应的安全处理，保证系统稳定运行。远程控制系统主要实现远程操作起重机所需的各类控制交互等功能，通过操作模式的选择，可以根据各种工况在手动、半自动、自动操作模式之间灵活切换。完善的报警系统可以对现场发生的情况进行反馈，使操作人员可以有效地了解起重机运行的周边环境。智能人机交互功能包含语音交互、语音对讲、面部识别认证等功能，进一步提升操作人员的操作体验。远程监测系统主要实现起重机运行状态和周围环境的实时监测功能，视频监测系统主要包含起重机行走视频监控、吊钩视频监控、轨道异物监测、电气室火灾监测等内容。声音监测包含司机室异响监测、轨道异响监测等内容。音视频系统可以给操作员提供亲临现场的操作感受，保证生产过程的稳定运行。人员定位是指通过UWB（UltraWideBand，超带宽）系统获取车间工作人员位置，确保人员和起重机工作互不影响。控制系统是起重机稳定运行的基础，主要完成起重机自动控制过程，包含PLC控制、变频运动控制、防摇摆系统、三维定位、防碰撞和一键巡航等功能。

3.智能起重机的关键技术

3.1集中控制系统中的5G网络

传统无线AP（AccessPoint，接入点）的网络结构难以满足起重机集中控制的需求，在AP与AP衔接处切换无线网络接入点经常会造成控制信号丢失、视频信号卡顿等问题，从而影响远程操作的功能实现。波导管作为港口常用的无线网络传输方式，带宽与无线AP模式相似，但在大流量视频信号传输需求时存在带宽瓶颈。随着5G技术应用的不断推广，智能起重机5G网络方案逐渐成熟。使用工业级CPE（CustomerPremiseEquipment，客户前置设备）模组可以灵活地将起重机及其他设备接入5G网络。每台起重机的信号通过5G基站传递至MEC服务器，再传递至集中控制调度中心，从而实现生产车间地面系统与各起重机的信息互通。5G网络解决方案可以将音视频信号、控制信号等内容进行流畅传递，确保起重机集中控制系统的安全稳定运行。

3.2物联网远程动态监管

IOT物联网云平台搭载的远程监控管理实时在线监测主要有四个方面的功能，即实时追踪监控功能，远程故障诊断功能，远程调试下载PLC程序以及数据分析处理。

1）实时追踪监控每个物联网起重机都有对应物联网功能的唯一ID。在联网状态下，服务器可管理、监管并控制起重机设备的当前工作状态。

2）远程故障诊断当起重机使用状态出现故障，故障信息会自动上传到物联网云平台，进行报警显示和记录。

3）远程调试下载PLC程序自动监控每次工作循环的数据记录并可在线监控和下载PLC程序，若管理人员发现起重机设备故障、司机操作异常、调试设备功能等情况，可远程下发指令、输出报警、远程开/关机等操作进行人为辅助管控。

4）数据统计处理物联网云平台显示和统计起重机吊重、幅度、高度、风速、风级、回转角度等以及PLC程序中的各类限位、变频器等的设备状态信息并提供相关数据的读取和分析处理及历史数据记录等功能。

3.3智能起重机安全技术

智能起重机作为特种设备，安全性是集中控制系统最重要的考核内容。集中控制系统需要根据用户的使用情况，对可能存在的安全问题进行全方位考虑。根据现场可能出现的安全事件，集中控制系统将可能存在的安全事件划分为不同等级。针对不同等级的安全事件采取不同的应对办法，从而保护人员、设备不受损失。安全事件由轻至重分为四个等级。第Ⅰ级为较为轻度的预警事件，采用安全响应为报警提示，在当前任务执行结束后或定期检查时对报警问题进行处理。第Ⅱ级为影响起重机正常运行的功能缺失事件，采用安全响应为报警提示并对控制程序進行相应联锁阻止部分操作功能，以防止起重机带病工作而造成损失。第Ⅲ级为起重机运行过程中发生的异常事件，采用安全响应为报警并正常停车，要求维护人员对异常事件进行确认并处理。第Ⅳ级为起重机运行过程中发生的突发事件，采用安全响应为报警并紧急停车，此类事件需生产车间立即对突发情况做出响应，防止发生重大生产事故。

结语

伴随着智能化技术的不断发展，起重机智能化水平也在快速提高，今后起重机全自动运行的场景将会逐步增多。在人工智能技术的加持下，起重机还将能够自主处理突发问题、诊断故障并进行故障恢复。随着智能起重机运行工作效率的进一步提升，势必将为中国起重行业带来新一轮的发展动力。

参考文献

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[2]张兵.抓斗起重机远控系统方案的探索与研究[J].现代矿业，2020（1）：179-181.