我國(guó)制造業(yè)還普遍存在著技術(shù)落后、設(shè)備落后、勞動(dòng)生產(chǎn)率低下、萬(wàn)元產(chǎn)值能耗比大大高于發(fā)達(dá)國(guó)家水平的現(xiàn)狀，而且我國(guó)現(xiàn)階段以及將來(lái)會(huì)面臨勞動(dòng)力需求越來(lái)越緊張，勞動(dòng)力成本極大增加的局面。采用物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)無(wú)人操作及高精定位（定位精度實(shí)現(xiàn)幾毫米），這將是起重機(jī)械設(shè)備未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1、技術(shù)難點(diǎn)

要使起重機(jī)實(shí)現(xiàn)高精定位，主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

吊具起吊過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生漂移和擺動(dòng)，也不會(huì)由于被吊物體重心位置隨被吊物體形狀不同有一定變化而產(chǎn)生擺動(dòng)；大小車運(yùn)行過(guò)程中無(wú)打滑現(xiàn)象；大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的高精度驅(qū)動(dòng)。多種規(guī)劃路線中自動(dòng)選擇最合適路線吊運(yùn)物件。

2、高精定位起重機(jī)主要技術(shù)

2.1小車

高精定位起重小車起升機(jī)構(gòu)采用三繩四吊點(diǎn)的繞繩機(jī)構(gòu)。主要由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、制動(dòng)器、卷筒組、支撐滑輪組、導(dǎo)向滑輪組、鋼絲繩、鋼絲繩固定裝置和控制系統(tǒng)等組成。

卷筒采用四聯(lián)卷筒，兩端的繩槽部分分別采用一根鋼絲繩，先后通過(guò)導(dǎo)向滑輪1、動(dòng)滑輪1、支撐滑輪1后固定在可調(diào)節(jié)的鋼絲繩固定裝置上；中間兩端繩操采用一根鋼絲繩繩，鋼絲繩的一端先固定在卷筒中間槽段的一端上，另一端先后繞過(guò)導(dǎo)向滑輪2、動(dòng)滑輪2、支撐滑輪2、支撐滑輪3、動(dòng)滑輪3、導(dǎo)向滑輪3后固定在卷筒中間槽段的另一端上。此種結(jié)構(gòu)能夠很好的保證鋼絲繩在升降的過(guò)程中，吊具兩側(cè)的鋼絲繩受力均衡，保證吊具在水平面內(nèi)不發(fā)生位移。

起升電動(dòng)機(jī)采用加裝編碼器的變頻電機(jī)，起升機(jī)構(gòu)的低速軸上亦裝有編碼器。各組成速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，可有效連續(xù)的檢測(cè)吊具的起升位置和起升高度。

為保證起升裝置安全、平穩(wěn)的工作，起升機(jī)構(gòu)設(shè)置了多種安全保護(hù)裝置。

a）起升系統(tǒng)卷筒軸上設(shè)置有一套旋轉(zhuǎn)行程限位開關(guān)和編碼器，用來(lái)監(jiān)察吊具行程的上、下停止位置。當(dāng)?shù)蹙咴谏仙蛳陆档竭_(dá)行程減速、停止位置和超行程時(shí)能輸出信號(hào)以便控制起升電動(dòng)機(jī)減速和停止，切斷電動(dòng)機(jī)的控制電源；

b）起升系統(tǒng)在吊具行程的上極限位置設(shè)有一個(gè)重錘限位開關(guān)，用于吊鉤在上升到達(dá)行程極限位置時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電源；

c）起升系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，避免電動(dòng)機(jī)過(guò)熱；

d）起升機(jī)構(gòu)設(shè)有精確而可靠的超載限制器，等載荷達(dá)到額定起重量的90%時(shí)發(fā)出提示性報(bào)警信號(hào)當(dāng)載荷超過(guò)額定起重量時(shí)，能切斷起升機(jī)構(gòu)電源停止起升運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出禁止性報(bào)警信號(hào)。此時(shí)起升機(jī)構(gòu)能進(jìn)行下降運(yùn)動(dòng)。

e）采用激光防撞裝置，防止在吊重過(guò)程中由于受意外沖擊，吊具擺動(dòng)，進(jìn)入到上部的套筒時(shí)被卡死，造成設(shè)備損壞、鋼絲繩斷裂、吊具下落的重大安全事故。

2.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)

運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有“三合一”減速電機(jī)、車輪組、齒輪齒條編碼器定位系統(tǒng)、水平導(dǎo)向輪等組成。

運(yùn)行機(jī)構(gòu)水平導(dǎo)向輪安裝在端梁上，沿加工過(guò)的導(dǎo)向軌道運(yùn)行，通過(guò)導(dǎo)向輪的偏心調(diào)節(jié)裝置，能確保小車架與軌道之間的垂直度在±1’30”以內(nèi)。

在運(yùn)行機(jī)構(gòu)的一側(cè)端梁外部設(shè)置有齒輪齒條編碼器定位系統(tǒng)，齒條安裝在主梁上，通過(guò)齒輪與齒條緊密嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)編碼器，從而實(shí)現(xiàn)車輪運(yùn)行過(guò)程中不空轉(zhuǎn)及運(yùn)行位置精準(zhǔn)的要求。

三合一驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)，控制器亦采用伺服驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)軸上裝有內(nèi)環(huán)正余弦編碼器，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的一側(cè)端梁外部設(shè)置有齒輪齒條的外環(huán)SSI編碼器，齒條安裝在主梁上，徹底解決打滑的問(wèn)題。伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)采集兩套編碼器的編碼值，在變頻器內(nèi)編程比較兩套編碼器值，進(jìn)行運(yùn)算。通過(guò)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：1、兩套編碼器值經(jīng)過(guò)換算正常情況下必須保證一個(gè)固定比值范圍，如果超出范圍值，設(shè)備有故障，停車檢修。2、通過(guò)換算值標(biāo)定位移與編碼器值的比值計(jì)算出單位位移內(nèi)，伺服驅(qū)動(dòng)器需要產(chǎn)生的IPO脈沖數(shù)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按照給定的脈沖數(shù)運(yùn)行。PLC通過(guò)采集伺服驅(qū)動(dòng)器收集的兩套編碼器值，來(lái)計(jì)算當(dāng)前位置與目標(biāo)位置，規(guī)劃起重機(jī)運(yùn)行的路徑及速度曲線，使起重機(jī)既能準(zhǔn)確定位又能平穩(wěn)、安全運(yùn)行到目標(biāo)位置。

2.3電控部分

電控操作集中在操縱室內(nèi)，采用“手動(dòng)控制+高級(jí)自動(dòng)控制+遙控”方式，電氣控制采用“PLC＋觸摸屏＋調(diào)速裝置”的系統(tǒng)。操作操作臺(tái)上按鈕、操作手柄符合人體工程學(xué)原理，操作臺(tái)安裝在遠(yuǎn)程控制室內(nèi)。電氣控制柜以及電阻器均安裝在起重機(jī)橋架走臺(tái)上。采用彩色觸摸屏可編程操作員終端作為自動(dòng)方式下的操作設(shè)備。中文界面觸摸屏圖文顯示總體畫面、起重機(jī)狀態(tài)畫面、吊具的三維位置、運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)、用戶管理等。

在操作臺(tái)上設(shè)置選擇開關(guān)，可以通過(guò)選擇開關(guān)選擇操作臺(tái)操作、遙控器操作，在PLC出現(xiàn)故障不正常工作時(shí)，可以切換至控制柜控制，通過(guò)起重機(jī)上控制柜面板上的按鈕進(jìn)行操作。操作臺(tái)上設(shè)置手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行選擇開關(guān)，在操作臺(tái)操作時(shí)，撥動(dòng)開關(guān)切換到自動(dòng)運(yùn)行模式，通過(guò)觸摸屏上設(shè)置開關(guān)操作自動(dòng)運(yùn)行。

1）自動(dòng)運(yùn)行模式：

將操作臺(tái)上操作選擇開關(guān)打到操作臺(tái)位置，將自動(dòng)/手動(dòng)按鈕打到自動(dòng)位置，通過(guò)觸摸屏上畫面選擇抓取或者釋放位置，通過(guò)開始運(yùn)行按鈕開始自動(dòng)運(yùn)行抓取、運(yùn)送、釋放動(dòng)作。

2）手動(dòng)操作臺(tái)操作

將操作臺(tái)上操作選擇開關(guān)打到操作臺(tái)位置，將自動(dòng)/手動(dòng)按鈕打到手動(dòng)位置，通過(guò)操作臺(tái)上的手柄操作各個(gè)機(jī)構(gòu)，通過(guò)視頻監(jiān)視器監(jiān)視各個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作位置進(jìn)行定位運(yùn)行。

3、結(jié)論

通過(guò)研發(fā)高精定位全自動(dòng)數(shù)控起重機(jī)，使起重機(jī)逐步由人工操作轉(zhuǎn)向智能化。在此過(guò)程中積累研發(fā)和制作經(jīng)驗(yàn)，找出所使用新技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，并找到改進(jìn)的辦法。在此基礎(chǔ)上，我們要逐步開發(fā)，爭(zhēng)取使起重機(jī)像工藝機(jī)器人一樣，能全方位的服務(wù)人類。同時(shí)提高我國(guó)起重制造業(yè)的國(guó)際地位，使其在自動(dòng)化、智能化方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平。