浅谈自动化技术在起重机械上的应用和发展

□ 程宇琼 (南京农业大学，江苏南京 210095)

引言

起重机械在工业、建筑业和港口运输等方面有着不可替代的作用。例如，车间起吊重物用的桥式起重机，港口运输使用的门式起重机，城市建筑工地上的塔式起重机以及设备安装、维修使用的汽车起重机等渗透在各行各业。近年来，随着我国城市建设的快速发展和工业化进程的加快，设备的吊装、货物的搬运、基础设施建设等领域的发展，对起重机械的依赖程度越来越高，起重机不再局限于以往的技术，而是向自动化方向发展。自动化技术能控制起重机械在安全的前提下高效地工作，对起重机械的运作具有极其关键的作用。目前，我国的起重机械设备正在向自动化方向发展，随着其自动化水平的提高，取得了显著的经济效益和社会效益。

自动化与智能化技术运用于起重机械，是现代起重机械的一大发展趋势。将起重机械的机械运作与先进的电子技术相结合，把计算机技术、电气电力技术、微电子技术、液压传动技术等应用于起重机的控制系统和驱动系统，以实现智能化、自动化。在此基础上，随着技术的发展，起重机的性能也得到了不断完善。例如，调压变频调速技术的广泛应用，使得起重机的柔性得到进一步提高;以微处理机为核心的高性能电气传动技术应用于起重机械，使得起重机的调速和静动特性得到了进一步改善;起重机运行的自动监测系统和自锁保护的研发成功，实现了特殊场合下对起重机的远距离操控，进一步适应了自动化生产的需要，保证了危险环境下操作人员的安全。

1 自动化技术在起重机械的应用

1.1 PLC 控制技术

PLC系统是起重机常用的控制系统之一，是起重机实现自动化控制的重要组成部分。PLC的原理是借助一种可编程存储器，通过内部逻辑运算，达到对起重机的智能化控制。并在PLC软件编程的基础上，实现了通讯、PID控制等功能。

PLC系统可实时查询运行数据和监控起重机的现场运行状况，可以通过控制室的人机交互界面启停电机、设定运行频率等，改善传统起重机的调速系统，提高其安全性和可控性。PLC的种类很多，根据控制规模可分为小型PLC控制、中型PLC控制和小型PLC控制，而控制规模是根据配置的I/O点数划分的。同时，相应的PLC功能在一定程度上由I/O点数决定。据此，大型的港机通常采用大型PLC，而小型PLC主要适用于普通的起重机。

1.2 电气传动技术

电气传动的改进在很大程度上推动了起重机械自动化的更新和发展。在起重机械传动方面，因起重机类型与结构存在差异，所以起重机的驱动要求也不同。目前，起重机械的传动控制类型主要分为定子调压调速和变频调速等方式。定子调压调速的电控系统操作频繁，通断次数高，运输物品的质量变化易导致机械受重变化大、冲击频繁。从综合性能的角度评价分析，以变频控速方式最佳。目前在冶金行业比较倾向于使用定子调压控速式的起重机，而变频控速在高端起重机械上应用最为普遍。在车间里的桥式起重机的大车运行机构一般是四角驱动，通过电气传动技术调试四角的电机同时转动才能保证起重机不会啃轨，否则各个角的电机转动会不一致而导致啃轨，影响车轮和轨道的使用寿命。针对各个领域对起重机械的自动化程度要求不断提高的现状，我国起重机的研发与制造已将起重机自动化技术的探索与研发作为一大工作重点。

1.3 起重量传感技术

在起重机械上都安装有一个起重量限制器，不同的起重机安装的位置不同，它用于测量起吊重物的质量，当起吊重物的质量超出起重机的额定起重量时，传感器自动报警，以防发生事故。例如，某铸造起重机的额定载荷是125 t，当起吊的零件超出125 t时，起重量限制器会发出信号并报警，起重机停止工作。如果没有这种自动化系统的保护，一旦超载，很可能会发生非常严重的事故。

1.4 防起吊物自由坠落技术

起重机械在出现意外故障时，会出现起吊的重物自由坠落事故的发生。为防止发生此类事故，在起重机的起升机构卷筒上会安装一个编码器，用以检测卷筒的转速，当出现异常时，编码器会发出信号，然后制动器工作，将卷筒抱死，防止重物自由下落引发事故。在非工作状态下制动器是常闭的，只有在通电的情况下制动器才会打开，这样能有效地预防事故的发生。

1.5 无线遥控技术

无线遥控技术主要分为无线电遥控和红外遥控，其中红外遥控技术主要应用于距离较近、接收器与发射器之间可试性较好的场所，而无限电遥控技术因其具有紧急停止功能，成为起重机遥控的主要形式。

紧急停止功能分为主动急停和被动急停。主动急停是指死机后通过发射器发出急停指令，切断总电源，起重机停止工作。被动急停是指接收机在一定时间内检测不到正常信号或接收机出现故障时，能切断通道电源，停止工作。为了防止误动作，主动急停开关是不能自动复位的。

1.6 其他控制技术

对于一些特殊的领域，例如铸造起重机的起升机构，它是通过双机构来运转的，而且双结构还通过联轴器在低速轴连接，在其中一套机构突然发生轴断裂等意外无法正常运转的情况下，通过电气控制另一套机构运作完成一个动作循环，比如正在吊起的是一包钢水，通过双机构电气控制可以避免大的事故的发生。

2 起重机自动化的未来发展预测

起重机行业从整体上看存在着明显的周期性，自动化在起重机中的发展也不可避免地与起重机的发展趋势呈现某种相关性。尽管我国起重机行业由于其自身的周期性和受国际市场的影响，发展态势并不明朗，但我国早在2008年就针对起重机安全监管发布了相关规定，指出智能、安全、自动化的重要性。同时取消了进口自动化起重机的免税政策，以刺激国内起重机自动化的发展。长远来看，起重机自动化将成为起重机发展的一大趋势。

近年来，起重机设备的制造以年平均35%的速度增长，自动化起重机的增长率也有所提高。虽然我国的自动化技术在总体水平上还不高，技术手段还不成熟，但是，应用自动化产品的优势和安全性，显然已得到了起重机械用户以及制造商的认可。此外，起重机械行业的快速发展，无论从规模、增长速度上，都可以明显看到起重机市场未来的发展前景，其中不断发展的自动化技术已成为起重机行业不断发展、完善的重要基础。随着起重机制造水平的提高，起重机自动化无疑会成为不断改进起重机技术水平的重要组成部分，自动化技术的应用将使得起重机市场具有巨大的发展潜力。

在起重机械的发展策略上，可以优先考虑以下3个方面:

(1)延伸产品链。在广泛调研的基础上，根据我国市场的特点，研发更加灵活、高效、可操作的自动化产品，使之更加适应我国的市场需求。

(2)结合起重机的市场情况，对制造成本进行合理掌控，以适应更广泛的用户群体。同时也要注意不可盲目控制成本，而降低自动化在起重机的应用。

(3)加大对国内应用技术人员培训的力度，全方位做好起重机械及自动化产品的售后服务。

3 结语

起重机械涉及到工业、建筑业和港口运输等众多的领域，将自动化技术应用于起重机械，可以在安全和可靠的前提下，大大提高相关行业的生产效率，降低成本，增加经济效益。但是，目前我国起重机械设备的自动化水平还不高，技术人员对自动化的认识尚不够明确，与发达国家相比还有较大的差距。这就需要我们更加坚定不移地推动自动化技术的应用，以促进起重机械向自动化、智能化方向发展。

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