行车控制系统在行车安全管理与维护中的应用

柏承东

（福建省工业设备安装有限公司，福建三明 365000）

0 引言

行车是在短距离内垂直提升和水平移动物体的机械设备，它在促进生产过程的机械化、降低工人劳动强度、提高劳动效率方面有着重要作用，被广泛用于工矿企业。目前对电机的要求是能够平稳地加速和减速，这是因为需要保证负载可以快速、准确地到达预定位置，同时控制好承载物体的平台，使物体停止在目标位置而不会发生振荡。目前在大型行车中使用了无线遥控技术，但仍然存在着一些问题，如工作效率与灵活性低、材料消耗大，工人劳动强度高[1]，为有效解决这些问题，需要提高控制系统的自动化水平。

1 大型行车的基本结构与功能

行车一般由操作机构、举升机构、电气控制、保护装置等结构组成。整体结构直接在地面轨道上运行，形成横跨轨道的立体运行空间，广泛用于水力发电站、港口、货场以及其他露天场所（图1）。

图1 行车结构

为了确保起重机的可靠运行和货物的安全起吊目标，要求行车的各机构相互配合，同时应分析行车的组成和功能，以进一步深入了解系统，分析故障模式对行车设备的影响。

（1）操作机构。它是与升降机构相互配合完成货物转移的重要机构，可以使行车在水平方向移动实现货物的工作位置调整和水平转移，将作用在行车上的全部负载转移到下支架。行车的运行机构主要是轨道式运行机构，只能沿着特设的轨道运动完成货物的转移。

（2）升降机构。其主要作用是根据需要以不同的速度实现货物在垂直方向上升降的功能，提升重物并与其他机构配合，实现货物的移动与装卸。一旦出现异常停电的情况，可以确保货物不会坠落，同时在通电后继续实现举升动作。

（3）电气控制。电气控制系统是确保行车各机构安全运行的系统中枢，在运行过程中运行状态的监控、各种操作的实现、安全联锁保护等方面起着重要作用。

（4）保护装置。主要包括起升力矩限制器、重量限制器、超速保护装置、限位装置等，不同的保护装置用于提示不同的监测和测量数据，当运行参数超过限值时保护装置会发出警报，提示操作人员进行相应的操作。

2 行车控制系统的基本组成

行车控制系统主要由PLC 控制程序、开关、控制屏和状态指示灯、继电器、行车监控系统等组成（图2）。不同于仅垂直移动的电梯和升降机、水平运送物料的输送机，行车不仅可以垂直提升，也可以在水平方向移动货物。目前，行车主要有自动控制和手动控制两种驱动方式：前者根据生产车间的工艺流程，设计程序来实现行车驱动的自动操作；后者则要求驾驶员根据现场需求对行车的提升和平移进行控制。

2.1 PLC 控制系统

PLC 控制程序是系统中枢，它通过采集定位信号来做到对行车过程的自动控制[2]。触摸屏则是系统的操作中心，可以启动、停止、手动或自动对系统进行切换，还可以通过设置系统的运行参数来掌控设备的运行状态。定位信号的传输采用接近开关和挡铁电磁感应的方法，在行车的每个停车位沿水平方向焊接挡铁，同时将接近开关设置在行车的相应位置。当行车沿着水平向移动时，接近开关检测是否存在挡铁，若存在挡铁，接近开关将向PLC 发送定位信号。在钩手接近开关的两端和水平移动处安装有行程开关，当接近开关发生故障或其他原因导致行车无法及时停止时，将起到限位保护的作用，并向PLC 发送信号，使行车停止驾驶并触发警报。

图2 行车控制系统结构

2.2 行车监控系统

车间中机械设备的故障通常是在很短的时间内发生，少数简易故障可由现场技术人员快速解决，一旦遇到稍复杂的情况则需要专家来解决。但是专家不可能实时在现场，这就会延误大量时间、降低工作效率。于是考虑是否有某种设备或系统，可以让专家随时掌握设备的运行状态，一旦设备出现故障它将通过系统立即反馈给专家。专家在完成分析和研究后，及时反馈检查结果，指导现场人员处理故障问题。许多大型机械的监视和诊断主要是通过监测设备中关键部件的相关信号来实现，不同程度的故障就会使机械设备发生不同的变化[3]。所以应重点研究设备不同故障的表示形式和实际特征，并采用适当的信号处理将这些故障特征转换为数字信号，并进行存储和分析，从而完成对机械设备的故障监测和诊断。

安全监测系统的主要设计功能有如下4 个：

（1）远程通信与数据获取主要用于收集现场设备运行状态的数据，现场实时监控数据库在远程互联网服务器和客户端之间通过这种路径进行数据传输，为远程监控及故障诊断提供数据。

（2）远程状态监控客户端可以直接观察各参数的图标和图形，从而清晰地掌握车间的运行状况。根据这些仿真图和趋势图，用户可直接了解设备的运行状态。同时技术人员也可以实现对机械设备的全天候监控，随时掌握设备的运行状态，及时发现机器的异常运行情况。

（3）信号分析处理系统可以对实时监测数据库中每个测量点的数据进行分析，包括对振动信号的频域与时域特性进行分析，然后积累故障特征信息并用于故障分析。该系统可以自动形成不同类型的故障分析图供技术人员参考，从而对不同类型故障的原因特征和严重程度做出判断。

（4）数据权限管理技术人员可以管理和改进实时数据库、历史数据库，并且系统可以设置权限功能以确保监控系统中信息的安全性。

3 行车控制系统在安全管理与故障处理中的实现

3.1 行车故障点的检测与维修

随着信息技术的飞速发展，行车正逐步向智能化与自动化发展。长时间运行的工作方式对行车安全运行有更严格要求的同时，对行车维护管理有更高的需求。一直以来，我国对行车采用的维修方式包括计划维修系统和定期维修系统。计划维修系统是基于机械设备的磨损理论，基本思想是维护与修理应同等重视，预防为主，确定了大、中、小修理的维修周期和内容。对于每个组件，当运行周期达到规定的时间间隔时应立即对设备进行规定中的维修操作。抽查和定期维修系统是通过抽查的方式来确定维护需求，根据抽查人员的维修经验以决定是否延长或缩短维修周期，可以确保设备始终处于受控状态。为了实施现场检查和定期维护系统，有必要结合企业的具体情况和设备的特点不断加强对现场检修人员的培训，并要求现场检查人员严格按照规定执行维修措施。

行车在运行过程中容易出现如下5 类故障：

（1）大车故障。如运行时车轮轮缘与承载轨道磨损严重，主要原因是车轮制造不合格，使得大车两侧运行速度不一样，更换统一的车轮即可。

（2）制动器故障。制动器刹车不灵、制动器无法打开、制动器工作时瓦衬发热严重以及制动器的制动力矩不稳定等引起的制动器故障。相应的解决方法有：针对刹车不灵，可以通过更换瓦衬、调整制动器主弹簧、更换螺杆以及电磁铁制动线圈；针对瓦衬发热过大的现象，可以通过调整制动轮与瓦衬的间距或者将粗糙度未满足要求的制动轮重新打光，使瓦衬与制动轮之间更加匹配。

（3）升吊设备故障。可能的原因主要有钢丝绳跑槽、溜钩、卷筒故障等，相应的解决措施主要是对照检修维护手册，对于不符合安装要求或者出现明显磨损破坏的构件，应及时校正和更换。

（4）小车故障。小车车轮与轨道接触时存在一个车轮悬空的问题、小车运行时打滑以及启动时车身摇摆振动较大。首先，应保证小车车轮为标准轮，其次将出现变形的车架部分采用火焰法进行校正，达到合格要求即可。

（5）减速器故障。如减速器机构运转时振动不正常、漏油等，首先应紧固脚螺栓或更换新的螺栓，增大承载减速器的构件刚度；出现漏油时则应避免减速器箱体温度过高，将松动的螺栓与弹簧垫片固定。

3.2 自动化监控系统在行车运行中的实现

行车设备一共有3 个故障期，自动化监控系统在各个故障期的特点如下：

（1）早期故障期。在早期的故障阶段，行车也处于使用的早期阶段，零件与设备机构处于运行的磨合期间，常常会发生一些小故障。在监控方面需要注意的是：先通过快速修理和检查的方法对行车进行体检，据检查结果对在目标检查中经常会发生故障进行重点排查，最后根据行车的技术要求，严格检查产品是否符合要求，同时加强关键零部件的维修保养。

（2）偶然性故障期。在偶发故障期行车处于正常使用阶段，定期检查和维护也无法确定行车操作运行过程的安全性。如果可以设计一个系统来实时监视行车的工作状态，一旦出现故障系统将及时报警并停止，或者在有任何故障迹象时系统将提前报警并及时停止维修。

（3）损耗故障期。在损耗故障期行车运行将进入正常使用的后期阶段，行车会出现越来越多的问题。为了延长行车的使用寿命，必须延长受损零部件的使用期限。在这一阶段可以利用机械故障的趋势提前更换和维护零件，减少故障的发生。

4 结论

目前行车已被广泛地应用于建筑工程项目和工业生产，行车设计应注重“以人为本”，在注重人员安全的同时还应重视工作环境的舒适性，进一步提高操作人员的工作效率和安全性。同时还应充分利用行车控制系统，及时检查故障点，促进工业生产和建设。