自动控制程控塔式起重机模型 高中通用技术实验室仪器模型设备 相关...
郭普立
摘 要：本文用机电设备检验了现有塔式起重机运动控制的技术和经济可行性。提出的改善措施其目的在于提高塔式起重机应付如今建筑工地的工作能力，起重机在决定现场作业的效率及安全性时具有越来越大的重要性。然而，这些提高理论上可以应用于各种类型的起重机，这是因为这些起重机基本都是由电力驱动和系统控制的运作模式，以及其明确的几何和自由度。
关键词：塔式起重机；自动控制；系统
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0093-02
1 系统总体结构
塔式起重机自动配重控制系统以PLC为控制核心，采用传感器技术、信号处理与数据传输技术和自动控制技术，在塔机的立架和衡量之间安装拉压力传感器，将拉压力传感器采集列的信号，通过模拟量扩展模块反馈到控制器的CPU，进行信号处理和数据转换；控制系统中还安装有无线信号收发装置，通过该装置可实现现场操作人员对塔机的远程控制操作，其控制系统和拉压力传感器的安装位置如图1所示。
为了补充半自动导航路径，建议系统提供一个额外增强功能。该功能可处理以后的罚款机动阶段起升周期，以期消除需要一个起重机操作员。这个增强功能是基于通过操作员的观察来操作起重机既不是充分有效的，也不安全，这是尤其是当工作区远离操作员或有物体遮挡操作员视线时，或在最后起升阶段要求精度高（例如，混凝土柱铸造，悬挂形式大会）。该增强功能可援助主要人员工头所服务的起重机，谁处于最佳点，直接将负载精准的运送至最终目的地（取消起重机操作员，作为来提高效率，提高安全性的一种手段，已作为重点在其他起重机自动化开展相关的研发工作）。
2 塔机数据采集、处理与控制系统研究
2.1 塔机自动配重系统
塔机的数据采集、处理与控制系统的整体结构，系统以西门子PLC为控制核心，拉压力传感器采集到的信号为模拟量信号，通过模拟量采集扩展模块进行信号的采集，通过CPU中的A/D转换程序对模拟量信号进行处理，转换成系统可识别的数字信号。当拉压力传感器反馈数据信号为负值时，说明塔机重物端的力矩大于配重侧的力矩，此时，控制系统输出控制信号，驱动配重端电机反转，减小配重端的力矩，使塔机的两端处于平衡状态；反之当拉压力传感器输出信号为正值时，说明塔机重物端的力矩小于配重侧的力矩，此时，控制系统输出控制信号，驱动配重端电机正转，增大配重端的力矩，直到塔机两侧的力矩再次平衡。
2.2 塔机配重超限预警
为了保证塔式起重机长期、安全、稳定的运行，在塔式起重机自动配重控制系统中嵌入了超限预警的功能，当吊装重物后，现场工作人员通过远程无线收发控制器实现对塔吊的预提升，此时，拉压力传感器馈信号，配重端迅速进行自动配重，如果自动配重端力矩达到最大值时，仍小于重物端的力矩，即不能满足力矩平衡条件，系统会产生峰鸣报警，提示操作人员被吊重物已超重，同时系统进行自动锁死，避免继续提升重物，保证了塔机的安全性能。
2.3 半自动导航电子控制装置
许多现场通过观察操作员在建筑工地的操作，与相关的研究显示，典型的塔式起重机起重周期的特点是工人的等待塔式起重机的工作时间较长，在观察等待中循环，例如工人仍然忙于完成前期工作而不去装卸起重机吊的物料，或起重机的工作周期有很多无关的工作时间（例如，起重机吊的物流没有到达目标位置而反复起吊和运行其他机构）。这些意见都强烈证实了系统地收集数据的重要。因此，可以得出结论认为，半自动导航系统可缩短起升周期时间。因为预计这两种功能的拟议的制度，将导致持续时间越短的整个活动。
半自动导航电子控制装置已被使用了几十年的各种自动化系统，而且他们很多都在制造和装配。虽然越来越多的例子是现存的，这项技术是缓慢的被转移到建筑设备，最可能是由于明显的困难，涉及到设备的物理尺寸，业务环境，以及安全方面的考虑。
在决定使用半自动的选择，操作员将首先推动操作按钮使起重机像往常一样通过自己选定的道路。这一安全的道路将被储存在起重机的电脑记忆体，修整了许多不必要的机动动作。为安全起见，操作员将不得不运行至少一个完整的工程管理观察测试周期，并做必要的修改，经常使用的播放模式。此后，任何数量的连续周期可加快（使用高速和更好的加速和减速率）。对于机动增强功能，改善人机界面将支持一些袖珍双向无线电设备，分布在工头的主要人员。所有这些设备必须是编码的不同，因此，起重机操作员可以选择其中一个工头的时间。该装置将包括语音通信和远程控制的起重机低速运动。虽然负荷半自动起升向某船员。运营商将继续保持沟通与工头船员送达。抵达后的负荷接近其目标，工头将通知操作员（通过启用福尔曼键）直接负载的确切地点。
虽然这一成本是基于可靠的数据和合理的保守估计。拟议的制度的市场价格将受到高度的不确定性，并可能有很大差异根据市场条件，主要是水平的进入壁垒。因此，预测零售价格本身就是投机。
2.4 塔式起重机控制系统更新改造可行性简述
以上表明，装备现有塔式起重机与半自动导航功能，不仅技术上是可行的，也有潜力提高生产力。此外，由于成本高的技术组件成本继续下降和建设劳动力成本继续增加，拟议制度的约束变得越来越经济。当前还在使用的10年前甚至20年前的起重机，有关的先进技术，没有现成的，而这样的“老”起重机仍然可以享受5年至15年的有用的服务。初步有限目的半自动导航系统将逐步改变塔式起重机和其他类型的建筑设备，对老设备更新改造，将变为更有效率，更方便用户，和更安全的机器。基于结果的可行性研究，全面塔式起重机安装系统应测试在实际施工现场环境，以期制定一个切实可行的原型。这项工作将需要积极合作的一家建筑公司。就目前的研究，而不是最不发达国家的调查结果，对工作研究和起升时间进行分析，将有助于获得这种合作。
为发展这种原型拟议的工作计划如下：
分析整个系统的基础上选定的塔式起重机（例如，其结构和机电配置，布线系统，速度的提升和回转，中央控制面板，指挥系统的操作室）。
对特定的组成部分进行安装（例如，中央处理单元，输入输出接口，电源供应器，速度调节器，编码器，传感器）的具体关于塔式起重机和特别注意天气校对。扩展的能力，多任务导航软件处理通常的動态任务，塔式起重机适应人机界面，以适应各种塔式起重机和改进其人体工程学和用户友好。
安装的控制系统硬件（包括布线和连接到中央控制面板），完成其软件编程。编写测试计划，在咨询现场经理，起重机操作员，和工头的主要人员。
运行测试，以检查系统的技术逻辑的表现（主要是可靠性和准确性），安全性，人机工程学，和效率。
3 结语
塔式起重机自动配重控制系统以PLC为控制核心，根据被吊重物的重量进行自动配重控制，实现塔机的准确、稳定和快速的平衡，整个系统采用闭环控制，提高了系统的稳定性，通过无线收发装置实现遥控作业，取消了人工的高空操作，大大降低人员伤害风险，提高了塔机的安全性和工作效率，保障了整个塔机系统的安全生产。
参考文献
[1]刘子薇.基于PLC的塔式起重机控制系统设计与研究[D].合肥工业大学，2017.
[2]陈炬锋.施工群塔监测智能控制系统研究[D].东南大学，2017.
[3]孙宏军，赵作霖，徐冠群.塔式起重机机器视觉监控系统设计[J].传感器与微系统，2016，35（8）：70-73.
