起重机电气控制系统现状与发展趋势探索

王涛

摘要：为了保证我国的城市化水平能够稳步提升，国家就必须为工业建设生产力提供可靠保证。随着城市建设规模的逐步扩大，工程建设效率成为了我们需要重点关注的问题。其中起重机在工地当中的各个领域都发挥着极其重要的作用。随着计算机技术与起重机相结合，起重机电气控制系统、起重机监控系统以及起重机怠速系统都应运而生。因此本文就基于起重机产品的现状来判断起重机未来的发展趋势。

关键词：起重机电气控制系统;现状;发展趋势

引言：

在过去几十年里，我国的经济发展都是依靠着工业建设的快速发展。随着现代科学技术的不断突破，很多技术难点都已经被克服。于是工程建设的规模得到了前所未有的扩大，工业建设的效率也得到了前所未有的提升。与此同时起重机在工程建设的各个方面都显得愈发重要。这也表示着起重机一定是在向着更加高效以及更加稳定的方向进行发展。于是，工作人员必须要把注意力放在对起重机的电气控制系统研究上。

一、起重机电气控制系统的发展现状

由于起重机在工程建设中的作用十分重要，于是工程对起重机的要求也会有所提高。随着起重机制造以及销售行业的成熟，起重机行业逐步形成了完善的系统。统一标准提高了零部件的通用性，使得设计的灵活度得到提升。不仅如此，设计成本和制造成本都得到大幅度的降低。针对于不同情况，起重机可以通过控制基础的单元来实现不同板块的功能。

随着科技实力的发展，有许多新材料得到了开发和应用。这使得现实当中很多行业得到了新技术的支持，实现了产品性能的提高，进一步提升了生产力。其中智能控制技术的应用大大提升了各种工程机械产品的实用性，降低了操作门槛，提升了其安全性以及工作效率。智能控制技术包含了经典自动控制理论以及专家控制理论。智能控制技术应用在起重机产品的表现形式是通过中央处理系统对起重机在进行工作时的各项参数进行收集和调控，以此保证起重机以正常的工作状态来完成其被委派的工程任务。当起重机在工作过程当中出现故障，智能控制系统就可以对起重机的故障自动进行诊断，并且尝试进行调整，提升了工程建设的安全性。当起重机需要在野外进行工程建设或者需要在比较高的建筑上进行工程建设时，普通的起重机就会产生供电不足的问题。为了解决起重机在恶劣环境下出现的问题，机电液一体化技术就应运而生了[1]。机电液一体化技术通过对变量泵、发动机转速、功率的控制以及故障自诊断的功能，保证了起重机时刻都处于正常的工作状态。为了提升起重机在工程建设的效率，换挡调速也成为了近年来起重机产品必须要具备的功能。换挡调速技术的应用使得人们对提升起重机运行速度的期望得到实现。尤其是当起重机处于空载的状态时，如果仅仅加大传动功率则会造成能源的浪费，增加了工程建设的成本甚至造成环境的污染。此时换挡调速技术凭借其轻量、方便性能优越以及宽泛的调速范围等特点使得换挡调速技术成为了近年来起重机产品所必须要具备的技术之一。

二、塔式起重机远程监控系统的发展现状

基于电子信息技术、无线传感技术的支撑，塔式起重机监控系统已经从传统的有线监控系统转变为了先进的无线监控系统。监控范围也得到了扩张，单参数监控已经无法满足人们对起重机产品的要求，于是多参数在线监控为了满足人们对起重机监控系统的要求就誕生了。不仅如此，如今的无线监控技术还结合了无线传感技术实现了长距离的数据传输，其传输范围已经发展到了全国范围甚至时全世界的范围。

由于有许多个具有收集和处理数据、长距离传输信息以及传感和控制功能节点构成的无线传感器网络，塔式起重机可以做到信息的收集，并基于收集到的信息对起重机以及施工情况进行实时监控，并且还可以第一时间把施工信息传输出去，真正实现信息的无障碍互通。

塔式起重机监控系统要正常进行工作，首先必须进行数据的收集，接着要在起重机本机进行监控，然后起重机监控系统要连接无线网络，与远程设备进行链接并且将数据进行传输，同时远程设备对施工过程进行远程监控。以此就形成了数据收集系统、本地监控系统、网络连接系统以及远程监控系统。传感器、数据记载器和无线网络组成了数据收集系统，通过分布于塔式起重机各个位置的传感器采集所需要的数据。本地监控系统是分析无线网络传输来的有关于塔式起重机的数据，一方面判断监控对象是否发生故障，并及时发出处理指令;另一方面实时显示状态参数，以便操作人员进行管理。无线网络系统是由多个无线路由组成的，通过采用无线通信技术，起重机产品可以实现对数据的实时采集，并且把本地服务器和远程服务器连结起来，实现了数据的无障碍传输，提高了数据传输的速度，提升了数据传输的稳定性[2]。

随着智能监控和检测技术的不断进步和完善，技术人员针对于各类机械产品的故障监控以及诊断系统都进行了大量的研究，并且对其进行了优化。其中也包括了对起重机的研究。技术人员对塔式起重机正常工作时的状态以及设备发生故障时数据的变化进行了深度的研究和分析。

三、塔式起重机自动怠速控制系统和方法

塔式起重机自动怠速系统是通过控制器对杜塔式起重机的各个构件进行检测，一旦发生塔式起重机的部分构件无法正常进行工作，控制器就把收集到的信息传输给塔式起重机的监控系统，并且控制发动机，使其降低转速进入高怠速状态;如果当发动机降低了转速进入高怠速状态，塔式起重机的各个构件依然没有办法正常工作时，监控系统就会持续降低发动机的转速以此进入低怠速状态。高怠速状态和低怠速状态会一直持续到塔式起重机的控制器检测到其暂停工作的构件重新工作为止。

塔式起重机的升降机构有四种分别为：主起升机构、变幅起升机构以及回转机构。用来驱动主起升机构、、变幅起升机构以及回转机构的分别是是主起升马达、边幅起升马达以及回转马达。主起升机构的主要职能是对重物的吊起、将重物从高空下降或者使重物在空中保持高度等。变幅起重机的主要职能则是保证桁架臂可以正常进行工作，以此完成重物的吊起工作。回转机构主要用于驱使塔式起重机可以上车，并且驱动臂架和吊钩进行回转。

塔式起重机的怠速系统采用压力继电器检测的工作时先导手柄的压力输出的状况。一旦出现压力继电器所检测的先导手柄的压力输出的状况超过了5 bar时，压力继电器就会发生闭合。当塔式起重机的控制器收集到压力继电器闭合的信息，其就可以判断升降机构正在进行工作。然而当所有的压力继电器不发生闭合时，同理控制器就会判断此时起重机的升降机构没有进行工作。塔式起重机的控制器就根据这些信息，根据升降机构的工作情况来控制发动机油门步进电机驱动器的电流，以此发动机油门的开度才可以被控制。根据已经收集到的数据，塔式起重机的控制器也会根据发动机的实际转速，以此对步进驱动电机的电流进行监控和调整。当控制器判断起重机构保持不工作状态已经高达五秒时，控制器就会降低发动机的油门开度，以此对发动机进行自动怠速的控制。如果发动机转速达到1400 r/min，并且控制器检测时判断起重机构已经没有正常行动五秒时，控制器就会启动自动怠速控制功能，于是发动机的转速就会下降直到1 400r/min以下，此时控制器在检测起重机构是否正常进行工作就会重新记时，一旦起重机构不进行工作时间达到十秒钟，控制器就会进一步降低塔式起重机发动机的转速直到900 r/min，而当起重机构正常进行工作时，信息被塔式起重机的控制器接收，其就会解除怠速状态，恢复发动机原本的转速。

塔式起重机的发动机转速在1400 r/min时，是在比油耗的最低区域内，此时塔式起重机的发动机在此1400 r/min所输出的扭矩是最大的，于是会选择1400 r/min作为塔式起重机发动机的高怠速状态。高怠速状态的转速不应该和发动机原始转速的差距过大。因为当发动机的转速忽然很快又忽然很慢反而会增加燃油的消耗，徒增了不必要的浪费。当起重机构不进行工作的状态在怠速状态下持续超过了十秒，说明已经进入了一段较长时间的等待，此时控制器必须进一步降低发动机的转速，以此来节省燃油，使得塔式起重机的发动机将其转速降低到900r/min。当发动机维持在900r/min转速时仅能保证发动机维持不熄火，输出功率小，于是900 r/min被选择为塔式起重机发动机的低怠速转速。

四、塔式起重机现行的主要控制系统

塔式起重机在国内发展近五十多年，经历过几代的技术革新，按控制系统划分主要为全液控、全电控和电液比例控制三种，按动力总成划分主要为交流变频、直流调速和柴油发动机动力三种，全液控控制的塔式起重机应用最早，其主体主要为先导液压闭式控制系统，对液压系统要求较高，电气系统主要做相应的限位和各项系统保护;全电控控制系统是近几年来为相应蓝天保卫战推广的应用的新型控制系统，其整套控制系统及执行动力均由电机完成，整套控制系统无一根液压管路，但对供电电网的要求较高，在实际应用中也存在一定的缺陷性;而电液比例控制是近年来相对流行的控制系统，控制系统平稳，响应速度灵敏，编程集成化高等优点，也深受各大塔机制造企业推广。

从动力控制系统的组成来看，不难发现，采用电动机作为动力源的塔式起重机，主要用在平臂式塔式起重机上，而使用柴油发动机作为动力源的主要用在动臂式塔式起重机上;电动机动力源的以改变电动机极对数调速控制技术、转子串电阻调速、涡流制动器调速以及可控硅串级调速等传统的电气控制技术在近年来的塔机控制系统中早已淘汰或不再使用，取而代之主要是交流变频控制技术和直流调速控制技术，其两者在控制方式上存在一定的差异，直流调速对直流电机的工艺制造成本及維护成本相对较高，其调速范围也远不如变频调速，交流变频控制技术也是近几年来使用较成熟的技术之一，以变频器为主要控制载体，对电机的要求不高，采用普通鼠笼型异步电机即可，其制造工艺简单，维护成本便宜方便，无论是老塔机改造还是新产品设计，变频调速都是优选方案。

随着电力电子技术的不断发展和完善，技术的不断革新，交流变频调速技术日益显现出优异的控制盒调速性能，且效率高易维护，同时近年来各个变频器制造厂家在变频器制造成本上的不断控制，采购价格的下降，向着普通客户都能接受的趋势发展，使得变频调速技术成为塔式起重机一种优选的调速方案。应用变频控制技术的塔式起重机，针对其使用特点，在前期的计算、选型及优化相应的附件，以增强设备的安全可靠性，同时减少了对电网的冲击，为企业和社会节省了大量的电能，在建筑起重行业里具有很好的推广应用价值。

五、塔式起重机控制系统的发展趋势

当前时代是一个信息爆炸的时代，也是一个技术爆炸的时代。科学技术正在不断地突破和创新。新的科学技术使得现实当中的各个行业都更加地精确和先进。互联网以及电子信息技术已经应用到了我们生活的方方面，起重机控制系统也变得更加智能。现如今新技术如雨后春笋般涌现了出来，比如图像识别和处理技术、热成像感应技术、人脸识别技术、无人驾驶技术、语音识别技术、传感和遥控技术以及新型材料的应用[3]。21世纪是信息发展的时代，电子信息技术正在以一种令人惊讶的速度发展，于是智能技术得到了很多突破性的进展。与此同时人工智能技术也在当下的时代掀起了风浪，也逐步应用到了现实生活中的各个行业。与此同时，智能技术的水平高低和自动化控制水平的高低密切相关，智能技术得到良好的发展，起重机产品就会变得更加优良和先进，从而就能够推动中国工业化的发展。

六、结束语

综上所述，工作人员在起重机进行工作时，必须要严格按照施工的规章制度进行工作。另外，工作人员必须要有深厚的专业知识，高超的专业水平，灵活的随机应变能力以及对基本电气故障进行解决的能力。所以当工作人员在操作起重机进行工作时，一旦发生故障就需要工作人员对所发生的故障进行反应，以降低任何情况下所可能产生的安全危害和经济损失。对起重机的定期检查也十分重要，要及时发现起重机的安全问题，从而保证工作人员的人身安全。

参考文献：

[1] 杨欣. 起重机械电气与控制系统检验标准现状分析[J]. 华东科技（综合）， 2020（2）：0261-0261.

[2] 张瑞峰，高剑钊. 基于CAN总线的移动式港口起重机分布式电气控制系统[J]. 机械工程师， 2020， No.351（09）：89-91+94.

[3] 顾菁. Z公司集装箱起重机系统客户服务的优化研究[D]. 东华大学， 2020.