起重機電氣控制系統發展趨勢論文

起重機電氣控制系統發展趨勢論文

　　[摘要]通過對起重機的發展和電氣控制系統各種應用技術的分析，總結出目前國內起重機電氣制造方面存在的問題以及未來發展趨勢。更多電氣論文相關范文盡在職稱論文發表網。

　　[關鍵詞]電氣論文

　　隨著我國經濟的不斷發展和現代科學技術不斷進步，工業生產規模不斷擴大，貨物搬運、設備吊裝、基礎設施建設等領域對起重機的依賴性日益增大，起重機在現代化生產過程中的應用越來越廣泛、所起的作用也越來越大，從而對起重機的要求也越來越高。尤其是計算機技術和微電子技術的廣泛應用，產品集成度的提高，更是帶動了控制技術和檢測技術的進步。行業間的競爭逐漸體現為技術應用水平和質量品質的競爭。先進的控制技術、穩定的系統性能和可靠的品質成為衡量起重機的控制技術成熟與否的標準。

　　1起重機電氣控制系統的發展現狀

　　對于起重機產品來說，正在不斷向大型化、高效化方向發展。隨著國家對基礎設施建設的投入不斷增大，關系民生、工業、國防等各個行業的工程建設進度不斷加快。起重機作為主要起吊機械，在操控穩定性、可靠性、高效化等方面對電氣控制系統提出了更高的要求，主要體現在幾個方面。

　　1.1系列化和模塊化發展

　　隨著產品技術的不斷完善，各種類型的起重機逐漸形成一套完整的系列化體系，方便用戶對產品的選擇，同時也進一步提高部件的通用性和設計的標準化水平，有利于縮短設計周期，并降低研發和制造成本。起重設備模塊化發展的同時也帶動了電氣控制系統向模塊化方向發展，以起重機上的基本控制單元為基礎設計成為實現不同功能的模塊，開發出滿足用戶不同需求的產品。

　　1.2智能化、集成化發展

　　隨著新材料的不斷應用以及傳感器、電子信息、通訊等技術的發展，工程機械的自動化、智能化水平不斷提高，智能技術的應用成為各類工程機械先進行性的體現。隨著智能化控制系統的引入，起重設備操作的便利性、安全性和經濟性都得到了大幅度提高，顛覆人們對起重機作為提升工具的認識，對起重機甚至整個機械行業的發展帶來了劃時代的變化。目前起重機的智能化主要體現在3個方面：智能控制技術、數據分析與故障診斷技術、基于物聯網技術的遠程監控和維護。1)智能控制技術包括人工智能控制、機電液一體化控制技術、自動換擋變速技術等方面。人工智能技術是在經典自動控制理論的基礎上，引入了模糊控制與專家控制理論發展而來。當智能控制系統在起重機中應用時，數據處理單元實時采集設備的工作狀態和運行參數，與存儲器內部專家數據庫中的標準數據或經驗數據進行綜合對比，判斷設備目前的工作狀態是否正常，并發出下一步的工作指令。智能系統的應用對起重機的故障診斷、提高操作便利性和設備的安全性能具有重要意義。機電液一體化技術主要用于以內燃機作為動力源的機型，適合用于野外作業和超高層建筑等供電不方便的場合。機電液一體化技術融合了機械、液壓、電子、計算機等技術，并將這些技術進行結合、滲透和互相融合，實現變量泵控制、發動機轉速和功率自動調節、狀態檢測和故障自診斷等功能，使起重機處于最佳的工作狀態;換檔調速技術在起重機上的應用是近年來人們對起重機運行速度要求不斷提高的產物，特別適合用于空載或輕載工況下實現高速運行的設備。由于在輕載高速的工況下，單單加大電機和增大傳動機構功率并不是一種好的辦法，首先不利于設備輕量化的發展，還會增加制造成本和能源浪費。在這種情況下，電液換檔控制系統憑借其體積小、重量輕、調速范圍寬等優勢得到廣泛應用，通過對起重機工作狀態和操作狀態的綜合判斷實現自動換檔控制，優化操作性能并且提高設備運行的可靠性。2)智能監控、檢測、故障診斷與維護技術不斷進步。國內外相關行業對各類工程機械，包括起重機的故障診斷系統進行了大量的研究，對設備安全運行狀態和故障狀態的參數進行分析，已經取得了較為成熟和完善的技術成果，并廣泛應用于產品中。另外，通過采用工業網絡技術，對起重機的工作參數等信息進行采集，實時監測工作幅度、載荷、電氣運行狀態等各參數，在監視器上顯示并存儲。當檢測到故障信息時，通過聲、光、圖像的形式進行報警，從而能實時全面監控起重機的工作狀態;除此之外，利用物聯網技術進行遠程監控以及遠程服務，能進行快速服務響應，協助操作人員進行起重機故障排除，大大降低了解決故障的時間，提高設備利用率和保證工作進度。例如圖1為一基于視覺定位系統的智能抓斗起重機控制系統控制流程圖。3)PLC系統控制、總線通訊技術在起重機上的應用日益成熟。PLC控制技術、變頻驅動技術、總線技術在起重機上越來越廣泛地應用，使起重機運行穩定性得到極大改善，故障率大幅降低;運用總線通訊技術，各類起重機綜合保護系統所實現的功能不單單再局限于電流、電壓、起重量或起重力矩的保護，更是融入了運行時間、起升高度、運行行程、風速、方位角度等多種參數顯示和記錄功能。在人們印象中“粗大笨重”的起重機正步入數字化、智能化時代，體積小、易安裝、易維修、成本低的新型數字化智能起重機控制系統成為起重機電氣的升級換代產品。圖2是某起重機基于總線通訊的系統結構圖。

　　2起重機智能化發展過程中面臨的問題

　　起重機的智能化技術在不斷進步，智能化水平總體有所提高，但是從目前國內相關產品使用情況來看仍存在一些問題。1)當前各大設備廠商所使用的關鍵部件，如PLC、控制器、變頻器等產品大部分還是依賴于國外知名品牌，國內同規格產品性能和質量可靠性還有待提高，這就使得制造成本均高不下。2)起重機智能控制系統中使用的核心處理與顯示單元從其功能上來說并不是針對起重機應用設計的，逐漸不能滿足起重機智能控制的要求，具體表現在對大量數據快速準確的存儲、視頻監控系統穩定性及抗干擾性能、豐富的輸入輸出信號擴展端口以及遠程監控和服務需求。目前我們在設計控制系統時，為了實現特定的監視和控制功能，一般會增加滿足功能需求的多個獨立系統，各個系統之間通過通訊或網絡構成一個整體的系統。采用這種形式進行設計，當整個智能監控系統需要實現的功能較為復雜時系統的硬件結構也將非常復雜，這樣將會大大影響系統的穩定與可靠性。3)目前各控制系統生產廠家普遍規模較小，在軟件開發方面缺乏統一的標準，難以形成規劃的體系。以至于所編寫的智能監控軟件的通用性、可靠性都比較差，給用戶使用帶來諸多不便之處。4)控制系統可擴展性差，由于目前大多數智能化系統中用于實現各自功能的硬件裝置是相對獨立的，各種資源余量很小甚至沒有余量。在這種情況下，如果后期需要進行功能的擴展，將會面臨整個系統由于資源不足，對整個系統需要重新設計或采購，對于用戶來升級改造帶來一定困難。

　　3起重機控制系統的發展趨勢

　　信息科學技術的發展促進起重機控制向信息化、智能化的方向發展。在現代信息科學技術中愈來愈多地采用了語音識別技術、圖像識別與處理技術、傳感控制技術等智能控制技術，并引入專家控制、模糊控制等先進的控制理論。近年來智能技術的研究持續開展并且取得了較大的進步，隨著認知科學與電子信息技術的發展，人工智能技術在各行業將會愈來愈多地得到應用。同時，智能技術的發展也將促進起重機自動化水平的提高，對我國工業化的發展起到積極的促進作用。

　　[參考文獻]

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