[摘要]通过对起重机的发展和电气控制系统各种应用技术的分析，总结出目前国内起重机电气制造方面存在的问题以及未来发展趋势。
[关键词]起重机；电气控制；现状与发展
随着我国经济的不断发展和现代科学技术不断进步，工业生产规模不断扩大，货物搬运、设备吊装、基础设施建设等领域对起重机的依赖性日益增大，起重机在现代化生产过程中的应用越来越广泛、所起的作用也越来越大，从而对起重机的要求也越来越高。尤其是计算机技术和微电子技术的广泛应用，产品集成度的提高，更是带动了控制技术和检测技术的进步。行业间的竞争逐渐体现为技术应用水平和质量品质的竞争。先进的控制技术、稳定的系统性能和可靠的品质成为衡量起重机的控制技术成熟与否的标准。
1起重机电气控制系统的发展现状
对于起重机产品来说，正在不断向大型化、高效化方向发展。随着国家对基础设施建设的投入不断增大，关系民生、工业、国防等各个行业的工程建设进度不断加快。起重机作为主要起吊机械，在操控稳定性、可靠性、高效化等方面对电气控制系统提出了更高的要求，主要体现在几个方面。
1.1系列化和模块化发展
随着产品技术的不断完善，各种类型的起重机逐渐形成一套完整的系列化体系，方便用户对产品的选择，同时也进一步提高部件的通用性和设计的标准化水平，有利于缩短设计周期，并降低研发和制造成本。起重设备模块化发展的同时也带动了电气控制系统向模块化方向发展，以起重机上的基本控制单元为基础设计成为实现不同功能的模块，开发出满足用户不同需求的产品。
1.2智能化、集成化发展
随着新材料的不断应用以及传感器、电子信息、通讯等技术的发展，工程机械的自动化、智能化水平不断提高，智能技术的应用成为各类工程机械先进行性的体现。随着智能化控制系统的引入，起重设备操作的便利性、安全性和经济性都得到了大幅度提高，颠覆人们对起重机作为提升工具的认识，对起重机甚至整个机械行业的发展带来了划时代的变化。目前起重机的智能化主要体现在3个方面：智能控制技术、数据分析与故障诊断技术、基于物联网技术的远程监控和维护。1）智能控制技术包括人工智能控制、机电液一体化控制技术、自动换挡变速技术等方面。人工智能技术是在经典自动控制理论的基础上，引入了模糊控制与专家控制理论发展而来。当智能控制系统在起重机中应用时，数据处理单元实时采集设备的工作状态和运行参数，与存储器内部专家数据库中的标准数据或经验数据进行综合对比，判断设备目前的工作状态是否正常，并发出下一步的工作指令。智能系统的应用对起重机的故障诊断、提高操作便利性和设备的安全性能具有重要意义。机电液一体化技术主要用于以内燃机作为动力源的机型，适合用于野外作业和超高层建筑等供电不方便的场合。机电液一体化技术融合了机械、液压、电子、计算机等技术，并将这些技术进行结合、渗透和互相融合，实现变量泵控制、发动机转速和功率自动调节、状态检测和故障自诊断等功能，使起重机处于最佳的工作状态；换档调速技术在起重机上的应用是近年来人们对起重机运行速度要求不断提高的产物，特别适合用于空载或轻载工况下实现高速运行的设备。由于在轻载高速的工况下，单单加大电机和增大传动机构功率并不是一种好的办法，首先不利于设备轻量化的发展，还会增加制造成本和能源浪费。在这种情况下，电液换档控制系统凭借其体积小、重量轻、调速范围宽等优势得到广泛应用，通过对起重机工作状态和操作状态的综合判断实现自动换档控制，优化操作性能并且提高设备运行的可靠性。2)智能监控、检测、故障诊断与维护技术不断进步。国内外相关行业对各类工程机械，包括起重机的故障诊断系统进行了大量的研究，对设备安全运行状态和故障状态的参数进行分析，已经取得了较为成熟和完善的技术成果，并广泛应用于产品中。另外，通过采用工业网络技术，对起重机的工作参数等信息进行采集，实时监测工作幅度、载荷、电气运行状态等各参数，在监视器上显示并存储。当检测到故障信息时，通过声、光、图像的形式进行报警，从而能实时全面监控起重机的工作状态；除此之外，利用物联网技术进行远程监控以及远程服务，能进行快速服务响应，协助操作人员进行起重机故障排除，大大降低了解决故障的时间，提高设备利用率和保证工作进度。例如图1为一基于视觉定位系统的智能抓斗起重机控制系统控制流程图。3）PLC系统控制、总线通讯技术在起重机上的应用日益成熟。PLC控制技术、变频驱动技术、总线技术在起重机上越来越广泛地应用，使起重机运行稳定性得到极大改善，故障率大幅降低；运用总线通讯技术，各类起重机综合保护系统所实现的功能不单单再局限于电流、电压、起重量或起重力矩的保护，更是融入了运行时间、起升高度、运行行程、风速、方位角度等多种参数显示和记录功能。在人们印象中“粗大笨重”的起重机正步入数字化、智能化时代，体积小、易安装、易维修、成本低的新型数字化智能起重机控制系统成为起重机电气的升级换代产品。图2是某起重机基于总线通讯的系统结构图。
2起重机智能化发展过程中面临的问题
起重机的智能化技术在不断进步，智能化水平总体有所提高，但是从目前国内相关产品使用情况来看仍存在一些问题。1）当前各大设备厂商所使用的关键部件，如PLC、控制器、变频器等产品大部分还是依赖于国外知名品牌，国内同规格产品性能和质量可靠性还有待提高，这就使得制造成本均高不下。2）起重机智能控制系统中使用的核心处理与显示单元从其功能上来说并不是针对起重机应用设计的，逐渐不能满足起重机智能控制的要求，具体表现在对大量数据快速准确的存储、视频监控系统稳定性及抗干扰性能、丰富的输入输出信号扩展端口以及远程监控和服务需求。目前我们在设计控制系统时，为了实现特定的监视和控制功能，一般会增加满足功能需求的多个独立系统，各个系统之间通过通讯或网络构成一个整体的系统。采用这种形式进行设计，当整个智能监控系统需要实现的功能较为复杂时系统的硬件结构也将非常复杂，这样将会大大影响系统的稳定与可靠性。3）目前各控制系统生产厂家普遍规模较小，在软件开发方面缺乏统一的标准，难以形成规划的体系。以至于所编写的智能监控软件的通用性、可靠性都比较差，给用户使用带来诸多不便之处。4）控制系统可扩展性差，由于目前大多数智能化系统中用于实现各自功能的硬件装置是相对独立的，各种资源余量很小甚至没有余量。在这种情况下，如果后期需要进行功能的扩展，将会面临整个系统由于资源不足，对整个系统需要重新设计或采购，对于用户来升级改造带来一定困难。
3起重机控制系统的发展趋势
信息科学技术的发展促进起重机控制向信息化、智能化的方向发展。在现代信息科学技术中愈来愈多地采用了语音识别技术、图像识别与处理技术、传感控制技术等智能控制技术，并引入专家控制、模糊控制等先进的控制理论。近年来智能技术的研究持续开展并且取得了较大的进步，随着认知科学与电子信息技术的发展，人工智能技术在各行业将会愈来愈多地得到应用。同时，智能技术的发展也将促进起重机自动化水平的提高，对我国工业化的发展起到积极的促进作用。
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作者：宗浩 单位：山东丰汇设备技术有限公司