起重機電氣控制系統現狀與發展趨勢探索

王濤

摘要：為了保證我國的城市化水平能夠穩步提升，國家就必須為工業建設生產力提供可靠保證。隨著城市建設規模的逐步擴大，工程建設效率成為了我們需要重點關注的問題。其中起重機在工地當中的各個領域都發揮著極其重要的作用。隨著計算機技術與起重機相結合，起重機電氣控制系統、起重機監控系統以及起重機怠速系統都應運而生。因此本文就基于起重機產品的現狀來判斷起重機未來的發展趨勢。

關鍵詞：起重機電氣控制系統;現狀;發展趨勢

引言：

在過去幾十年里，我國的經濟發展都是依靠著工業建設的快速發展。隨著現代科學技術的不斷突破，很多技術難點都已經被克服。于是工程建設的規模得到了前所未有的擴大，工業建設的效率也得到了前所未有的提升。與此同時起重機在工程建設的各個方面都顯得愈發重要。這也表示著起重機一定是在向著更加高效以及更加穩定的方向進行發展。于是，工作人員必須要把注意力放在對起重機的電氣控制系統研究上。

一、起重機電氣控制系統的發展現狀

由于起重機在工程建設中的作用十分重要，于是工程對起重機的要求也會有所提高。隨著起重機制造以及銷售行業的成熟，起重機行業逐步形成了完善的系統。統一標準提高了零部件的通用性，使得設計的靈活度得到提升。不僅如此，設計成本和制造成本都得到大幅度的降低。針對于不同情況，起重機可以通過控制基礎的單元來實現不同板塊的功能。

隨著科技實力的發展，有許多新材料得到了開發和應用。這使得現實當中很多行業得到了新技術的支持，實現了產品性能的提高，進一步提升了生產力。其中智能控制技術的應用大大提升了各種工程機械產品的實用性，降低了操作門檻，提升了其安全性以及工作效率。智能控制技術包含了經典自動控制理論以及專家控制理論。智能控制技術應用在起重機產品的表現形式是通過中央處理系統對起重機在進行工作時的各項參數進行收集和調控，以此保證起重機以正常的工作狀態來完成其被委派的工程任務。當起重機在工作過程當中出現故障，智能控制系統就可以對起重機的故障自動進行診斷，并且嘗試進行調整，提升了工程建設的安全性。當起重機需要在野外進行工程建設或者需要在比較高的建筑上進行工程建設時，普通的起重機就會產生供電不足的問題。為了解決起重機在惡劣環境下出現的問題，機電液一體化技術就應運而生了[1]。機電液一體化技術通過對變量泵、發動機轉速、功率的控制以及故障自診斷的功能，保證了起重機時刻都處于正常的工作狀態。為了提升起重機在工程建設的效率，換擋調速也成為了近年來起重機產品必須要具備的功能。換擋調速技術的應用使得人們對提升起重機運行速度的期望得到實現。尤其是當起重機處于空載的狀態時，如果僅僅加大傳動功率則會造成能源的浪費，增加了工程建設的成本甚至造成環境的污染。此時換擋調速技術憑借其輕量、方便性能優越以及寬泛的調速范圍等特點使得換擋調速技術成為了近年來起重機產品所必須要具備的技術之一。

二、塔式起重機遠程監控系統的發展現狀

基于電子信息技術、無線傳感技術的支撐，塔式起重機監控系統已經從傳統的有線監控系統轉變為了先進的無線監控系統。監控范圍也得到了擴張，單參數監控已經無法滿足人們對起重機產品的要求，于是多參數在線監控為了滿足人們對起重機監控系統的要求就誕生了。不僅如此，如今的無線監控技術還結合了無線傳感技術實現了長距離的數據傳輸，其傳輸范圍已經發展到了全國范圍甚至時全世界的范圍。

由于有許多個具有收集和處理數據、長距離傳輸信息以及傳感和控制功能節點構成的無線傳感器網絡，塔式起重機可以做到信息的收集，并基于收集到的信息對起重機以及施工情況進行實時監控，并且還可以第一時間把施工信息傳輸出去，真正實現信息的無障礙互通。

塔式起重機監控系統要正常進行工作，首先必須進行數據的收集，接著要在起重機本機進行監控，然后起重機監控系統要連接無線網絡，與遠程設備進行鏈接并且將數據進行傳輸，同時遠程設備對施工過程進行遠程監控。以此就形成了數據收集系統、本地監控系統、網絡連接系統以及遠程監控系統。傳感器、數據記載器和無線網絡組成了數據收集系統，通過分布于塔式起重機各個位置的傳感器采集所需要的數據。本地監控系統是分析無線網絡傳輸來的有關于塔式起重機的數據，一方面判斷監控對象是否發生故障，并及時發出處理指令;另一方面實時顯示狀態參數，以便操作人員進行管理。無線網絡系統是由多個無線路由組成的，通過采用無線通信技術，起重機產品可以實現對數據的實時采集，并且把本地服務器和遠程服務器連結起來，實現了數據的無障礙傳輸，提高了數據傳輸的速度，提升了數據傳輸的穩定性[2]。

隨著智能監控和檢測技術的不斷進步和完善，技術人員針對于各類機械產品的故障監控以及診斷系統都進行了大量的研究，并且對其進行了優化。其中也包括了對起重機的研究。技術人員對塔式起重機正常工作時的狀態以及設備發生故障時數據的變化進行了深度的研究和分析。

三、塔式起重機自動怠速控制系統和方法

塔式起重機自動怠速系統是通過控制器對杜塔式起重機的各個構件進行檢測，一旦發生塔式起重機的部分構件無法正常進行工作，控制器就把收集到的信息傳輸給塔式起重機的監控系統，并且控制發動機，使其降低轉速進入高怠速狀態;如果當發動機降低了轉速進入高怠速狀態，塔式起重機的各個構件依然沒有辦法正常工作時，監控系統就會持續降低發動機的轉速以此進入低怠速狀態。高怠速狀態和低怠速狀態會一直持續到塔式起重機的控制器檢測到其暫停工作的構件重新工作為止。

塔式起重機的升降機構有四種分別為：主起升機構、變幅起升機構以及回轉機構。用來驅動主起升機構、、變幅起升機構以及回轉機構的分別是是主起升馬達、邊幅起升馬達以及回轉馬達。主起升機構的主要職能是對重物的吊起、將重物從高空下降或者使重物在空中保持高度等。變幅起重機的主要職能則是保證桁架臂可以正常進行工作，以此完成重物的吊起工作?；剞D機構主要用于驅使塔式起重機可以上車，并且驅動臂架和吊鉤進行回轉。

塔式起重機的怠速系統采用壓力繼電器檢測的工作時先導手柄的壓力輸出的狀況。一旦出現壓力繼電器所檢測的先導手柄的壓力輸出的狀況超過了5 bar時，壓力繼電器就會發生閉合。當塔式起重機的控制器收集到壓力繼電器閉合的信息，其就可以判斷升降機構正在進行工作。然而當所有的壓力繼電器不發生閉合時，同理控制器就會判斷此時起重機的升降機構沒有進行工作。塔式起重機的控制器就根據這些信息，根據升降機構的工作情況來控制發動機油門步進電機驅動器的電流，以此發動機油門的開度才可以被控制。根據已經收集到的數據，塔式起重機的控制器也會根據發動機的實際轉速，以此對步進驅動電機的電流進行監控和調整。當控制器判斷起重機構保持不工作狀態已經高達五秒時，控制器就會降低發動機的油門開度，以此對發動機進行自動怠速的控制。如果發動機轉速達到1400 r/min，并且控制器檢測時判斷起重機構已經沒有正常行動五秒時，控制器就會啟動自動怠速控制功能，于是發動機的轉速就會下降直到1 400r/min以下，此時控制器在檢測起重機構是否正常進行工作就會重新記時，一旦起重機構不進行工作時間達到十秒鐘，控制器就會進一步降低塔式起重機發動機的轉速直到900 r/min，而當起重機構正常進行工作時，信息被塔式起重機的控制器接收，其就會解除怠速狀態，恢復發動機原本的轉速。

塔式起重機的發動機轉速在1400 r/min時，是在比油耗的最低區域內，此時塔式起重機的發動機在此1400 r/min所輸出的扭矩是最大的，于是會選擇1400 r/min作為塔式起重機發動機的高怠速狀態。高怠速狀態的轉速不應該和發動機原始轉速的差距過大。因為當發動機的轉速忽然很快又忽然很慢反而會增加燃油的消耗，徒增了不必要的浪費。當起重機構不進行工作的狀態在怠速狀態下持續超過了十秒，說明已經進入了一段較長時間的等待，此時控制器必須進一步降低發動機的轉速，以此來節省燃油，使得塔式起重機的發動機將其轉速降低到900r/min。當發動機維持在900r/min轉速時僅能保證發動機維持不熄火，輸出功率小，于是900 r/min被選擇為塔式起重機發動機的低怠速轉速。

四、塔式起重機現行的主要控制系統

塔式起重機在國內發展近五十多年，經歷過幾代的技術革新，按控制系統劃分主要為全液控、全電控和電液比例控制三種，按動力總成劃分主要為交流變頻、直流調速和柴油發動機動力三種，全液控控制的塔式起重機應用最早，其主體主要為先導液壓閉式控制系統，對液壓系統要求較高，電氣系統主要做相應的限位和各項系統保護;全電控控制系統是近幾年來為相應藍天保衛戰推廣的應用的新型控制系統，其整套控制系統及執行動力均由電機完成，整套控制系統無一根液壓管路，但對供電電網的要求較高，在實際應用中也存在一定的缺陷性;而電液比例控制是近年來相對流行的控制系統，控制系統平穩，響應速度靈敏，編程集成化高等優點，也深受各大塔機制造企業推廣。

從動力控制系統的組成來看，不難發現，采用電動機作為動力源的塔式起重機，主要用在平臂式塔式起重機上，而使用柴油發動機作為動力源的主要用在動臂式塔式起重機上;電動機動力源的以改變電動機極對數調速控制技術、轉子串電阻調速、渦流制動器調速以及可控硅串級調速等傳統的電氣控制技術在近年來的塔機控制系統中早已淘汰或不再使用，取而代之主要是交流變頻控制技術和直流調速控制技術，其兩者在控制方式上存在一定的差異，直流調速對直流電機的工藝制造成本及維護成本相對較高，其調速范圍也遠不如變頻調速，交流變頻控制技術也是近幾年來使用較成熟的技術之一，以變頻器為主要控制載體，對電機的要求不高，采用普通鼠籠型異步電機即可，其制造工藝簡單，維護成本便宜方便，無論是老塔機改造還是新產品設計，變頻調速都是優選方案。

隨著電力電子技術的不斷發展和完善，技術的不斷革新，交流變頻調速技術日益顯現出優異的控制盒調速性能，且效率高易維護，同時近年來各個變頻器制造廠家在變頻器制造成本上的不斷控制，采購價格的下降，向著普通客戶都能接受的趨勢發展，使得變頻調速技術成為塔式起重機一種優選的調速方案。應用變頻控制技術的塔式起重機，針對其使用特點，在前期的計算、選型及優化相應的附件，以增強設備的安全可靠性，同時減少了對電網的沖擊，為企業和社會節省了大量的電能，在建筑起重行業里具有很好的推廣應用價值。

五、塔式起重機控制系統的發展趨勢

當前時代是一個信息爆炸的時代，也是一個技術爆炸的時代?？茖W技術正在不斷地突破和創新。新的科學技術使得現實當中的各個行業都更加地精確和先進?；ヂ摼W以及電子信息技術已經應用到了我們生活的方方面，起重機控制系統也變得更加智能?，F如今新技術如雨后春筍般涌現了出來，比如圖像識別和處理技術、熱成像感應技術、人臉識別技術、無人駕駛技術、語音識別技術、傳感和遙控技術以及新型材料的應用[3]。21世紀是信息發展的時代，電子信息技術正在以一種令人驚訝的速度發展，于是智能技術得到了很多突破性的進展。與此同時人工智能技術也在當下的時代掀起了風浪，也逐步應用到了現實生活中的各個行業。與此同時，智能技術的水平高低和自動化控制水平的高低密切相關，智能技術得到良好的發展，起重機產品就會變得更加優良和先進，從而就能夠推動中國工業化的發展。

六、結束語

綜上所述，工作人員在起重機進行工作時，必須要嚴格按照施工的規章制度進行工作。另外，工作人員必須要有深厚的專業知識，高超的專業水平，靈活的隨機應變能力以及對基本電氣故障進行解決的能力。所以當工作人員在操作起重機進行工作時，一旦發生故障就需要工作人員對所發生的故障進行反應，以降低任何情況下所可能產生的安全危害和經濟損失。對起重機的定期檢查也十分重要，要及時發現起重機的安全問題，從而保證工作人員的人身安全。

參考文獻：

[1] 楊欣. 起重機械電氣與控制系統檢驗標準現狀分析[J]. 華東科技（綜合）， 2020（2）：0261-0261.

[2] 張瑞峰，高劍釗. 基于CAN總線的移動式港口起重機分布式電氣控制系統[J]. 機械工程師， 2020， No.351（09）：89-91+94.

[3] 顧菁. Z公司集裝箱起重機系統客戶服務的優化研究[D]. 東華大學， 2020.