起重機(jī)在各類港口、建筑工地、工業(yè)廠房、貨物倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所應(yīng)用十分廣泛，其高效的搬運(yùn)能力能很好的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，是物料搬運(yùn)的常用設(shè)備。目前，我國(guó)的起重機(jī)制造業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)能較以往有了很大的提升，質(zhì)量水平日益提高。由于廣大用戶的使用需求不斷的提升，起重機(jī)產(chǎn)品類型不斷豐富，技術(shù)應(yīng)用也不斷加強(qiáng)。本文針對(duì)涉及危險(xiǎn)化工品、核工業(yè)、軍事領(lǐng)域的需求，充分考慮到危險(xiǎn)物料對(duì)人身的傷害以及物料搬運(yùn)全過(guò)程的作業(yè)安全，提出一種安全可靠、性能穩(wěn)定的，能遠(yuǎn)程操控的高精度智能起重機(jī)設(shè)計(jì)方案。

1、基本工作原理及組成

本文所設(shè)計(jì)的高精度智能起重機(jī)按照國(guó)家頒布的特種設(shè)備目錄分類為通用橋式起重機(jī)，對(duì)應(yīng)相關(guān)產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14405-2011《通用橋式起重機(jī)》。高精度智能起重機(jī)的基本組成：機(jī)械部分（包括大車、小車、主梁、端梁、取物裝置等）、控制系統(tǒng)軟件、硬件以及電氣系統(tǒng)?；竟ぷ髟恚焊鳈C(jī)構(gòu)接收到控制指令后，啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)使其運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器等機(jī)械傳動(dòng)方式把扭矩輸送到轉(zhuǎn)動(dòng)部件（如：大車輪、小車輪、起升卷?yè)P(yáng)裝置），以實(shí)現(xiàn)大車左右方向行走、小車前后方向行走、起升裝置垂直方向的上下運(yùn)行?？刂浦噶钔Ｖ箷r(shí)，供電回路失電，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，工作制動(dòng)器閉合，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。基本作業(yè)流程：起重機(jī)定位（X0，Y0，Z0）；作業(yè)功能選擇（用戶可根據(jù)軟件選擇自動(dòng)作業(yè)、手動(dòng)作業(yè)等工作模式）；系統(tǒng)作業(yè)初始化[確認(rèn)識(shí)別物料原始位置（x1，y1，z1）、需擺放的位置（x2，y2，z2）、搬運(yùn)路徑S：（x1，y1，z1）→（x2，y2，z2）]；執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)作業(yè)流程并實(shí)時(shí)反饋吊運(yùn)物體和起重機(jī)的位置信息；物料通過(guò)規(guī)劃好的路徑吊運(yùn)至設(shè)定位置；系統(tǒng)自動(dòng)核對(duì)位置，確認(rèn)無(wú)誤后，脫離物料與起重機(jī)的連接；起重機(jī)回歸原始位置（X0，Y0，Z0）；結(jié)束作業(yè)。

2、總體方案設(shè)計(jì)

2.1可靠性指標(biāo)

沿用我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 50103-1998《通用橋式起重機(jī)可靠性考核評(píng)定試驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定：首次故障前平均工作時(shí)間MTTF≥250h；當(dāng)量平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF≥320h；平均修復(fù)時(shí)間MTTR≤2h；可用度A0≥0.98。

2.2建立模型

對(duì)起重機(jī)的使用場(chǎng)所建立空間直角坐標(biāo)系，起重機(jī)、物料的位置狀態(tài)可以用空間坐標(biāo)（x，y，z）表示，把小車運(yùn)行方向定義為X軸方向，把大車運(yùn)行方向定義為Y軸方向，把起升方向定義為Z軸方向。把物料從位置P1（x1，y1，z1）搬運(yùn)至位置P2（x2，y2，z2），起重機(jī)需要進(jìn)行以下動(dòng)作：垂直起升物料（x1，y1，z1）→（x1，y1，zm），大車運(yùn)行至合適位置（x1，y1，zm）→（x1，y2，zm），小車運(yùn)行至合適位置（x1，y2，zm）→（x2，y2，zm），垂直下降物料（x2，y2，zm）→（x2，y2，z2）。物體在X軸上的位移，等效為小車位移Δx，由小車電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；物體在Y軸上的位移Δy，等效為大車位移，由大車電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；物體在Z軸上的位移，等效為起升取物裝置位移Δz，由起升卷?yè)P(yáng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。

3.3功能設(shè)計(jì)

a、實(shí)時(shí)位置跟蹤顯示；b、自動(dòng)作業(yè)；c、手動(dòng)作業(yè)；d、堆放規(guī)則（自定義）；e、庫(kù)房物流自動(dòng)管理；圖像監(jiān)控；故障報(bào)警及記錄。

圖1高精度智能起重機(jī)總體架構(gòu)

3、機(jī)械部分設(shè)計(jì)

機(jī)械部分的設(shè)計(jì)由實(shí)際需求而定，如：橋架結(jié)構(gòu)的尺寸由庫(kù)房的跨度決定、起重機(jī)的額定起重量由吊運(yùn)物體的最大重量決定。該部分設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)起重機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)一致，行業(yè)上已有大量成熟經(jīng)驗(yàn)，在此不作熬述。

4、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

總控室采用1臺(tái)工控機(jī)作為上位控制中心，通過(guò)以太網(wǎng)連接下位PCC控制器。PCC控制器作為控制核心部件具備以太網(wǎng)、USB、RS232、CAN總線接口等多種通訊方式，還可通過(guò)增加CAN?IO子站進(jìn)行接口擴(kuò)展。PCC控制器與變頻器驅(qū)動(dòng)器的通信主要通過(guò)CAN總線進(jìn)行。起重機(jī)上設(shè)有大車行程限位開(kāi)關(guān)和預(yù)限位開(kāi)關(guān)等，可實(shí)現(xiàn)大車極限位置的安全保護(hù)作用；設(shè)有小車行程限位開(kāi)關(guān)和預(yù)限位開(kāi)關(guān)等，可實(shí)現(xiàn)小車極限位置的安全保護(hù)作用；設(shè)有起升高度行程限位開(kāi)關(guān)，可防止過(guò)卷?yè)P(yáng)事故的發(fā)生。設(shè)有重量傳感器和起重量限制器，可實(shí)現(xiàn)物體稱重功能，如有超載情況發(fā)生，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并限制起升方向動(dòng)作，但不限制下降方向動(dòng)作。設(shè)有小車、大車激光測(cè)距儀，用于采集位置狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)高精度的定位；設(shè)有高清攝像機(jī)，用于監(jiān)視物料搬運(yùn)時(shí)的情景，并記錄相關(guān)圖像信息?？刂葡到y(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

整個(gè)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基本控制功能：大車、小車精確控制運(yùn)行；取物裝置升降運(yùn)行控制；故障檢測(cè)、處理和報(bào)警等，變頻器、電機(jī)、編碼器、PCC構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

5、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1軟件操作界面

5.2軟件功能模塊

5.3動(dòng)作規(guī)劃

按照本文3.2建立的模型進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃。此外為了提高起重機(jī)的容錯(cuò)能力、糾錯(cuò)能力，加入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)智能分析。

5.4故障診斷

通過(guò)PCC控制設(shè)定的邏輯控制程序跟蹤故障點(diǎn)，根據(jù)故障情況輸出報(bào)警信號(hào)，反饋到上層計(jì)算機(jī)并顯示故障部位。

5.5數(shù)據(jù)庫(kù)管理

使用SQL Server軟件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)作業(yè)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)，例如：起重機(jī)技術(shù)參數(shù)、操作人員信息、庫(kù)房堆放位置信息、作業(yè)過(guò)程信息、故障檢修信息等，能自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可打印輸出。

6、結(jié)論

本文提出了高精度智能起重機(jī)的工作原理、設(shè)計(jì)流程以及相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)方法，為危險(xiǎn)場(chǎng)所的物料搬運(yùn)自動(dòng)化作業(yè)提供設(shè)計(jì)案例。使操作人員可在安全的環(huán)境下，操縱起重機(jī)搬運(yùn)危險(xiǎn)物料（核廢料、?；贰⑽淦餮b備），保證了人身安全和作業(yè)質(zhì)量，值得推廣和應(yīng)用。