塔式起重機(jī)自動控制系統(tǒng)

郭普立

摘 要：本文用機(jī)電設(shè)備檢驗(yàn)了現(xiàn)有塔式起重機(jī)運(yùn)動控制的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。提出的改善措施其目的在于提高塔式起重機(jī)應(yīng)付如今建筑工地的工作能力，起重機(jī)在決定現(xiàn)場作業(yè)的效率及安全性時(shí)具有越來越大的重要性。然而，這些提高理論上可以應(yīng)用于各種類型的起重機(jī)，這是因?yàn)檫@些起重機(jī)基本都是由電力驅(qū)動和系統(tǒng)控制的運(yùn)作模式，以及其明確的幾何和自由度。

關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；自動控制；系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0093-02

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

塔式起重機(jī)自動配重控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，采用傳感器技術(shù)、信號處理與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和自動控制技術(shù)，在塔機(jī)的立架和衡量之間安裝拉壓力傳感器，將拉壓力傳感器采集列的信號，通過模擬量擴(kuò)展模塊反饋到控制器的CPU，進(jìn)行信號處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；控制系統(tǒng)中還安裝有無線信號收發(fā)裝置，通過該裝置可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作人員對塔機(jī)的遠(yuǎn)程控制操作，其控制系統(tǒng)和拉壓力傳感器的安裝位置如圖1所示。

為了補(bǔ)充半自動導(dǎo)航路徑，建議系統(tǒng)提供一個(gè)額外增強(qiáng)功能。該功能可處理以后的罰款機(jī)動階段起升周期，以期消除需要一個(gè)起重機(jī)操作員。這個(gè)增強(qiáng)功能是基于通過操作員的觀察來操作起重機(jī)既不是充分有效的，也不安全，這是尤其是當(dāng)工作區(qū)遠(yuǎn)離操作員或有物體遮擋操作員視線時(shí)，或在最后起升階段要求精度高（例如，混凝土柱鑄造，懸掛形式大會）。該增強(qiáng)功能可援助主要人員工頭所服務(wù)的起重機(jī)，誰處于最佳點(diǎn)，直接將負(fù)載精準(zhǔn)的運(yùn)送至最終目的地（取消起重機(jī)操作員，作為來提高效率，提高安全性的一種手段，已作為重點(diǎn)在其他起重機(jī)自動化開展相關(guān)的研發(fā)工作）。

2 塔機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理與控制系統(tǒng)研究

2.1 塔機(jī)自動配重系統(tǒng)

塔機(jī)的數(shù)據(jù)采集、處理與控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)以西門子PLC為控制核心，拉壓力傳感器采集到的信號為模擬量信號，通過模擬量采集擴(kuò)展模塊進(jìn)行信號的采集，通過CPU中的A/D轉(zhuǎn)換程序?qū)δM量信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可識別的數(shù)字信號。當(dāng)拉壓力傳感器反饋數(shù)據(jù)信號為負(fù)值時(shí)，說明塔機(jī)重物端的力矩大于配重側(cè)的力矩，此時(shí)，控制系統(tǒng)輸出控制信號，驅(qū)動配重端電機(jī)反轉(zhuǎn)，減小配重端的力矩，使塔機(jī)的兩端處于平衡狀態(tài)；反之當(dāng)拉壓力傳感器輸出信號為正值時(shí)，說明塔機(jī)重物端的力矩小于配重側(cè)的力矩，此時(shí)，控制系統(tǒng)輸出控制信號，驅(qū)動配重端電機(jī)正轉(zhuǎn)，增大配重端的力矩，直到塔機(jī)兩側(cè)的力矩再次平衡。

2.2 塔機(jī)配重超限預(yù)警

為了保證塔式起重機(jī)長期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，在塔式起重機(jī)自動配重控制系統(tǒng)中嵌入了超限預(yù)警的功能，當(dāng)?shù)跹b重物后，現(xiàn)場工作人員通過遠(yuǎn)程無線收發(fā)控制器實(shí)現(xiàn)對塔吊的預(yù)提升，此時(shí)，拉壓力傳感器饋信號，配重端迅速進(jìn)行自動配重，如果自動配重端力矩達(dá)到最大值時(shí)，仍小于重物端的力矩，即不能滿足力矩平衡條件，系統(tǒng)會產(chǎn)生峰鳴報(bào)警，提示操作人員被吊重物已超重，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行自動鎖死，避免繼續(xù)提升重物，保證了塔機(jī)的安全性能。

2.3 半自動導(dǎo)航電子控制裝置

許多現(xiàn)場通過觀察操作員在建筑工地的操作，與相關(guān)的研究顯示，典型的塔式起重機(jī)起重周期的特點(diǎn)是工人的等待塔式起重機(jī)的工作時(shí)間較長，在觀察等待中循環(huán)，例如工人仍然忙于完成前期工作而不去裝卸起重機(jī)吊的物料，或起重機(jī)的工作周期有很多無關(guān)的工作時(shí)間（例如，起重機(jī)吊的物流沒有到達(dá)目標(biāo)位置而反復(fù)起吊和運(yùn)行其他機(jī)構(gòu)）。這些意見都強(qiáng)烈證實(shí)了系統(tǒng)地收集數(shù)據(jù)的重要。因此，可以得出結(jié)論認(rèn)為，半自動導(dǎo)航系統(tǒng)可縮短起升周期時(shí)間。因?yàn)轭A(yù)計(jì)這兩種功能的擬議的制度，將導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間越短的整個(gè)活動。

半自動導(dǎo)航電子控制裝置已被使用了幾十年的各種自動化系統(tǒng)，而且他們很多都在制造和裝配。雖然越來越多的例子是現(xiàn)存的，這項(xiàng)技術(shù)是緩慢的被轉(zhuǎn)移到建筑設(shè)備，最可能是由于明顯的困難，涉及到設(shè)備的物理尺寸，業(yè)務(wù)環(huán)境，以及安全方面的考慮。

在決定使用半自動的選擇，操作員將首先推動操作按鈕使起重機(jī)像往常一樣通過自己選定的道路。這一安全的道路將被儲存在起重機(jī)的電腦記憶體，修整了許多不必要的機(jī)動動作。為安全起見，操作員將不得不運(yùn)行至少一個(gè)完整的工程管理觀察測試周期，并做必要的修改，經(jīng)常使用的播放模式。此后，任何數(shù)量的連續(xù)周期可加快（使用高速和更好的加速和減速率）。對于機(jī)動增強(qiáng)功能，改善人機(jī)界面將支持一些袖珍雙向無線電設(shè)備，分布在工頭的主要人員。所有這些設(shè)備必須是編碼的不同，因此，起重機(jī)操作員可以選擇其中一個(gè)工頭的時(shí)間。該裝置將包括語音通信和遠(yuǎn)程控制的起重機(jī)低速運(yùn)動。雖然負(fù)荷半自動起升向某船員。運(yùn)營商將繼續(xù)保持溝通與工頭船員送達(dá)。抵達(dá)后的負(fù)荷接近其目標(biāo)，工頭將通知操作員（通過啟用福爾曼鍵）直接負(fù)載的確切地點(diǎn)。

雖然這一成本是基于可靠的數(shù)據(jù)和合理的保守估計(jì)。擬議的制度的市場價(jià)格將受到高度的不確定性，并可能有很大差異根據(jù)市場條件，主要是水平的進(jìn)入壁壘。因此，預(yù)測零售價(jià)格本身就是投機(jī)。

2.4 塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)更新改造可行性簡述

以上表明，裝備現(xiàn)有塔式起重機(jī)與半自動導(dǎo)航功能，不僅技術(shù)上是可行的，也有潛力提高生產(chǎn)力。此外，由于成本高的技術(shù)組件成本繼續(xù)下降和建設(shè)勞動力成本繼續(xù)增加，擬議制度的約束變得越來越經(jīng)濟(jì)。當(dāng)前還在使用的10年前甚至20年前的起重機(jī)，有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，沒有現(xiàn)成的，而這樣的“老”起重機(jī)仍然可以享受5年至15年的有用的服務(wù)。初步有限目的半自動導(dǎo)航系統(tǒng)將逐步改變塔式起重機(jī)和其他類型的建筑設(shè)備，對老設(shè)備更新改造，將變?yōu)楦行?，更方便用戶，和更安全的機(jī)器。基于結(jié)果的可行性研究，全面塔式起重機(jī)安裝系統(tǒng)應(yīng)測試在實(shí)際施工現(xiàn)場環(huán)境，以期制定一個(gè)切實(shí)可行的原型。這項(xiàng)工作將需要積極合作的一家建筑公司。就目前的研究，而不是最不發(fā)達(dá)國家的調(diào)查結(jié)果，對工作研究和起升時(shí)間進(jìn)行分析，將有助于獲得這種合作。

為發(fā)展這種原型擬議的工作計(jì)劃如下：

分析整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選定的塔式起重機(jī)（例如，其結(jié)構(gòu)和機(jī)電配置，布線系統(tǒng)，速度的提升和回轉(zhuǎn)，中央控制面板，指揮系統(tǒng)的操作室）。

對特定的組成部分進(jìn)行安裝（例如，中央處理單元，輸入輸出接口，電源供應(yīng)器，速度調(diào)節(jié)器，編碼器，傳感器）的具體關(guān)于塔式起重機(jī)和特別注意天氣校對。擴(kuò)展的能力，多任務(wù)導(dǎo)航軟件處理通常的動態(tài)任務(wù)，塔式起重機(jī)適應(yīng)人機(jī)界面，以適應(yīng)各種塔式起重機(jī)和改進(jìn)其人體工程學(xué)和用戶友好。

安裝的控制系統(tǒng)硬件（包括布線和連接到中央控制面板），完成其軟件編程。編寫測試計(jì)劃，在咨詢現(xiàn)場經(jīng)理，起重機(jī)操作員，和工頭的主要人員。

運(yùn)行測試，以檢查系統(tǒng)的技術(shù)邏輯的表現(xiàn)（主要是可靠性和準(zhǔn)確性），安全性，人機(jī)工程學(xué)，和效率。

3 結(jié)語

塔式起重機(jī)自動配重控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，根據(jù)被吊重物的重量進(jìn)行自動配重控制，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和快速的平衡，整個(gè)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過無線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)遙控作業(yè)，取消了人工的高空操作，大大降低人員傷害風(fēng)險(xiǎn)，提高了塔機(jī)的安全性和工作效率，保障了整個(gè)塔機(jī)系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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