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起重機電氣防搖擺控制技術介紹

發布時間:2013-11-25

單梁起重機運行過程中,由于受大小車加減速的影響,載荷會出現令人討厭的搖擺現象。這種載荷搖擺現象限制了電動葫蘆起重機工作效率的提高。 載荷的搖擺也對載荷本身,周圍貨物,以及現場作業人員的人身安全造成了隱患。 載荷搖擺是起重機搬運物料時出現的固有現象。 自從人類發明起重機以來,防止和消除起重機載荷的搖擺一直是人們渴望解決的重大技術難題。 現代電氣控制技術的進步,特別是應用越來越普遍的先進的可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)及變頻調速控制技術的進步,提供了解決起重機載荷搖擺問題的一個歷史時機。
搖擺和振動有著相同的物理特性。 防搖擺(或稱減搖)同機械系統的減振在理論上有著相同之處。 機械系統的減振是個已經研究了上百年的重要技術課題。 50~60年代,O.J.M. Smith(美國加州大學伯克利分校University of California–Berkeley的終身教授),從控制理論著手,提出了一個非常簡單,非常有效的Posicast(輸入延時比例疊加)控制方法,用于消除二階線性系統階躍響應的超調(參考材料【1】和【2】)。 Posicast控制方法為解決機械系統的減振問題提供了一個新的路徑。 美國麻省理工學院(MIT)教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基礎上進一步提出了輸入整形(Input Shaping)控制方法,并實際應用于機械系統的減振,如:導彈發射架的運動控制,航天飛船方位移動的運動控制,柔性機械手(機器人)的運動控制,計算機硬盤的減振和減噪音等(參考材料【3】回顧了基于Posicast的基本思想進一步提出的各種控制理論和應用)。

Posicast控制方法可消除因需要機械機構快速運動而引起的低頻低阻尼的振蕩。 此方法應用于針對起重機載荷的防搖擺控制極為適用。 熟練的單梁起重機操作工人在長期的實際操作中,摸索出了一套控制大小車速度,稱作“跟鉤”的操作方法來消除載荷的搖擺。 操作工進行“跟鉤”操作時,給起重機的大小車運行速度操作命令輸入了多個延時疊加的加速度脈沖序列。它同Posicast控制方法有著同工異曲的效用。 Posicast控制方法在理論上解釋了起重機操作工“跟鉤”操作方法的防搖擺工作原理。 有了明確有效的控制理論,依靠控制系統的控制精準度,電氣防搖擺控制系統能遠遠超過最熟練的操作工所能達到的更好的防搖擺控制效果。

由于電動葫蘆起重機類型和起升穿繩方法的多樣性和復雜性,以及載荷搖擺的非線性特性等原因,開發有效實用的起重機電氣防搖擺控制系統成為一個世界性的技術難題。 在近20年中,有許多起重機防搖擺控制理論研究的報道,但絕大多數還只是停留在發表學術論文的工作上。 在90年代,美國麻省理工學院(MIT)的W. Seering, W.E Singhose, 和N.C. Singer 利用Posicast控制方法,為美國能源部Oak Ridge, Sandia,和Argonne國家實驗室核反應堆實驗裝置的遙控核起重機,開發研制了起重機電氣防搖擺控制系統,并得到好評。 這是最早的起重機電氣防搖擺控制應用實例。 1999年美國能源部發布的“創新技術報告” 向社會推薦使用起重機防搖擺控制技術(Swing-Reduced Crane Control,參考材料【4】)。 在工業應用領域,先后開發并推廣應用起重機電氣防搖擺(又稱電子防搖擺)控制系統的公司有 Innocrane (芬蘭,現已歸屬Konecranes),SmartCrane (美國),CePlus (德國,現已歸屬siemens),ABB,SEOHO(韓國),等。 但從總體上看,電氣防搖擺控制技術還沒有得到廣泛的應用和推廣。

電氣防搖擺控制系統,通過控制起重機大小車在加減速過程中的速度變化,大幅度地消除載荷的搖擺達95% 以上,具有技術先進,實用可靠,控制效果顯著等特點,其防搖擺控制的技術性能指標達到世界領先水平。

電氣防搖擺控制系統可大幅度地減少起重機載荷的搖擺,所帶來的好處有:
? 消除等待載荷停止搖擺的時間,提高起重機的使用工作效率;
? 提高起重機操作運行的安全性,降低對貨物及人員傷害的風險;
? 提高安全運行速度,進一步提高起重機的使用工作效率;
? 使起重機容易操作,減少對操作員工的培訓,減少操作員工的勞動強度;
? 增加起重機的安全作業空間;
? 延長起重機的使用壽命。
具有防搖擺控制功能的起重機可廣泛應用于各個工業領域,包括:機械制造加工車間,裝配車間,垃圾處理廠,鋼廠,電廠,造船廠,建筑工地,鐵路,集裝箱碼頭,造紙業,冶金業的各種生產車間等。
在實現電氣防搖擺控制的基礎上進一步開發實現的電氣防搖擺自動定位控制技術,可使起重機轉變成為一臺“起重機器人”,讓起重機像機器人一樣,把載荷按指定的線路,精確地定點定時運送到任何指定位置,并且在運送過程中以及到達指定位置后,使載荷幾乎不產生任何搖擺,為實現物料搬運高度自動化克服了一項必要的、也是主要的技術難關。 起重機電氣防搖擺控制技術的成功開發和廣泛應用,定能改變人們一直以來對起重機載荷搖擺問題的認知,它將是人類在物料搬運領域技術進步史上的一個重要里程碑。

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