摘 要：起重機(jī)已成為許多企業(yè)不可缺少的設(shè)備之一，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化和自動化、減輕繁重體力勞動、提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要設(shè)備。而起重機(jī)的傳動控制系統(tǒng)也隨著科技的發(fā)展、技術(shù)的創(chuàng)新，以及起重機(jī)本身特點(diǎn)的要求，出現(xiàn)了多種多樣的傳動控制系統(tǒng)，即多種控制方式與多種控制方案的出現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：起重機(jī);傳動控制系統(tǒng);控制方式;控制方案 [b][align=center]The crane‘s drive to control a variety of techniques XU Wei-Feng[/align][/b] Abstract: Crane has become indispensable for many businesses one of the devices, is the realization of the production process of mechanization and automation to reduce the heavy manual labor, increase productivity and to achieve safe production of major equipment. The crane‘s control system is also driving the growth of technology and development, technology innovation, as well as the requirements of the characteristics of its own cranes, there was a wide range of transmission control systems, which control a variety of ways with a variety of programs to control the appearance. Key words: crane;control system;control transmission;control of the program 一、概述 　　起重機(jī)是使掛在起重吊鉤或其他取物裝置上的重物在三維空間實(shí)現(xiàn)起升、下降和水平位移的起重機(jī)械。而其重物的升降及移動是通過起重機(jī)的傳動控制系統(tǒng)驅(qū)動起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，起重機(jī)的傳動控制系統(tǒng)主要包括傳動控制方式和傳動控制方案。一般任何一個傳動控制系統(tǒng)的控制方式和控制方案都要根據(jù)起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)的負(fù)載特點(diǎn)、使用條件和調(diào)速要求而設(shè)計。因此，橋門式起重機(jī)（以下簡稱起重機(jī)）的傳動控制系統(tǒng)，即其控制方式與控制方案出現(xiàn)了多種多樣。 二、起重機(jī)的傳動控制方式 　　起重機(jī)的傳動控制方式一般按起重機(jī)傳動控制系統(tǒng)對操作性能和方法的要求、以及操作裝置形式和位置等來選擇。其控制方式主要采用操作室控制、地面有線控制、無線控制等方式。 　　1、 操作室控制方式 　　操作室控制方式是操作人員通過操作室內(nèi)的控制操作件，對起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)的起動、調(diào)速、制動和換向進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)重物的升降及移動。操作室控制方式一般有四種主要的控制操作件，分別為按鈕控制盒、凸輪控制器、聯(lián)動控制器、以及工業(yè)用計算機(jī)。 　　1）、按鈕控制盒的控制面板上設(shè)有控制按鈕、控制開關(guān)及指示燈等控件，可以單獨(dú)對起重機(jī)進(jìn)行控制，也可以與凸輪控制器或聯(lián)動控制器相接合對起重機(jī)進(jìn)行控制。 　　2）、凸輪控制器是指按照預(yù)定順序轉(zhuǎn)換主電路及控制電路的接線以及變更電路中參數(shù)，來控制電機(jī)的起動、調(diào)速、制動和換向的控制操作件。凸輪控制器分三部分：操縱機(jī)構(gòu)部分、凸輪和觸頭系統(tǒng)部分和殼體部分，其操縱手柄，為避免由于起重機(jī)震動和意外碰撞使操縱機(jī)構(gòu)誤動作，該手柄帶有零位自鎖裝置。 　　但一個凸輪控制器一般只能控制一個傳動機(jī)構(gòu)或二個相同功能的傳動機(jī)構(gòu)，所以需要控制三個及以上以上的傳動機(jī)構(gòu)時，就需要有多個凸輪控制器控制起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)，使得操作復(fù)雜，易使操作人員產(chǎn)生疲勞。 　　3）、聯(lián)動控制器是在凸輪控制器動作原理的基礎(chǔ)上，為改善操作簡便，根據(jù)人機(jī)工程原理，將各傳動機(jī)構(gòu)的控制集中到聯(lián)動控制器左、右兩個控制箱內(nèi)，通過聯(lián)動控制手柄實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)的操作，也可實(shí)現(xiàn)對雙傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)動操作。同時，聯(lián)動控制器的左、右控制箱的控制面板上也可以設(shè)控制按鈕、控制開關(guān)及指示燈等控件，與聯(lián)動控制手柄結(jié)合進(jìn)行控制。 　　4）、工業(yè)用計算機(jī)是針對于采用先進(jìn)的控制方案（如變頻技術(shù)與PLC控制技術(shù)相接合的控制方案）而使用的新型控制方式，其通過計算機(jī)軟硬件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。但由于起重機(jī)為特種設(shè)備，而環(huán)境和震動條件的限制，對工業(yè)用計算機(jī)的使用要求非常嚴(yán)格。 　　2、地面有限控制方式 　　地面有限控制方式是操作人員在地面對起重機(jī)的懸掛式控制裝置上的按鈕、開關(guān)等操作元件控制，通過懸掛式通信電纜的信號傳輸，對起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)的起動、調(diào)速、制動和換向進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)所有傳動機(jī)構(gòu)的動作。 　　但地面有限控制裝置中的電源不應(yīng)超過250V?？刂蒲b置外殼的材料采用完全絕緣的或者是有絕緣保護(hù)層的材料，對于金屬外殼或直接能觸摸到的金屬零件要單獨(dú)接地。懸掛控制裝置應(yīng)采取有效的懸掛承重初時，以防止電纜在懸掛狀態(tài)時受拉伸。地面有限控制方式的起重機(jī)，對起重機(jī)的大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度有嚴(yán)格的要求，其空載速度不超過50m/min，以確保操作人員的安全。 　　3、無線控制方式 　　無線控制方式是指不采用通訊電纜等導(dǎo)體進(jìn)行信號傳輸，而是采用無線電、紅外光等信道，跨越一段空間距離對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的方式，其無線控制方式的控制裝置主要分紅外遙控和無線電遙控兩種裝置，在起重機(jī)中常采用無線電遙控裝置。 　　由于起重機(jī)無線控制方式具有節(jié)約人員，提高工作效率及提高作業(yè)準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，特別是在有毒氣、高溫、多粉塵和危險環(huán)境工作的起重機(jī)，所以采用無線控制方式，可以大大改善作業(yè)條件，有效的保護(hù)人身安全。但起重機(jī)無線控制方式采用的無線遙控裝置必須具有故障自診斷功能，在任何非正常工作狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)自動關(guān)閉，停止工作;以及具有抗同頻干擾信號的能力，受同頻干擾時不出現(xiàn)誤動作，同時還應(yīng)同時滿足國家、國際有關(guān)安全規(guī)程規(guī)定的要求。 　　4、多點(diǎn)控制方式 　　因起重機(jī)操作性能和方法的要求不同、操作環(huán)境的不一樣，以及冗余控制方式的考慮，對起重機(jī)需采用多點(diǎn)控制方式。如操作控制方式與地面有線控制方式相結(jié)合，或地面有線控制方式與無線控制方式相結(jié)合，或三種控制方式相接合，對起重機(jī)進(jìn)行多點(diǎn)控制。但起重機(jī)采用多點(diǎn)控制方式時，應(yīng)注意各控制方式間應(yīng)相互聯(lián)鎖，任一時刻只允許一控制方式工作，每一控制方式均應(yīng)裝設(shè)緊急斷電裝置。 三、起重機(jī)的傳動控制方案 　　起重機(jī)傳動控制系統(tǒng)中的控制方案主要是根據(jù)起重機(jī)各傳動機(jī)構(gòu)負(fù)載的特點(diǎn)、工作狀況、調(diào)速要求等因素來設(shè)計，其最關(guān)鍵就是調(diào)速控制設(shè)計。起重機(jī)控制方案可分為直流傳動控制方案和交流傳動控制方案，而現(xiàn)在起重機(jī)常采用交流傳動控制方案，只有在特殊要求或僅有直流電源情況下，采用直流傳動控制方案。 　　1、起重機(jī)交流傳動控制方案 　　現(xiàn)起重機(jī)交流傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)一般都采用三相異步電機(jī)，而根據(jù)三相異步電機(jī)的控制原理，可以通過改變電機(jī)的極對數(shù)、或改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率、以及改變電機(jī)的供電頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，以滿足起重機(jī)傳動控制。所以，起重機(jī)交流傳動控制方案一般采用變極控制、變轉(zhuǎn)差率控制、以及變頻控制等方案。 　　1）、變極控制方案 　　變極控制方案是指利用改變起重機(jī)傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)定子繞組線圈間的連接，使電機(jī)的極對數(shù)發(fā)生變化，來實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的目的。通常這種控制方案只適用起重機(jī)傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)為籠型電機(jī)的情況。 　　2）、變轉(zhuǎn)差率控制方案 　　由于變轉(zhuǎn)差率控制的工作原理多種多樣，所以在起重機(jī)傳動控制方案中有改變轉(zhuǎn)子外串電阻控制、定子調(diào)壓控制、晶閘管串級控制、以及合成特性控制等方案。 　　改變轉(zhuǎn)子外串電阻控制方案是最簡單的控制方案，在過去的起重機(jī)傳動控制中常被采用，但其控制方案能耗大、調(diào)速范圍小、性能差、以及功率因數(shù)低等原因，是變轉(zhuǎn)差率控制方案中最差的。 　　定子調(diào)壓控制方案是指通過調(diào)節(jié)電機(jī)定子電壓使電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生變化，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下可使電機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而滿足起重機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的控制。這種控制方案一般采用定子繞組串接可調(diào)阻抗、串接自耦變壓器和串接晶閘管調(diào)壓器等方法。而現(xiàn)起重機(jī)定子調(diào)壓控制常采用的是定子串接晶閘管調(diào)壓器，因?yàn)檫@種方法具有主接線簡單，元件較少而性能可靠。但定子調(diào)壓控制方案由于其調(diào)速范圍不大，調(diào)速引起的損耗隨轉(zhuǎn)速的降低而增大，因此，只適用于調(diào)速要求不高、不經(jīng)常在低速下運(yùn)行的負(fù)載。 　　晶閘管串級控制方案是變轉(zhuǎn)差率控制方案中效率最高的一種，它可以將轉(zhuǎn)差能量回饋給電網(wǎng)，適用于低速運(yùn)行時間較長、低速值又需調(diào)整的場合。其工作原理是在交流繞組式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中，外加附加電動勢，通過調(diào)節(jié)附加電動勢值進(jìn)行電機(jī)調(diào)速。但這種控制方案的缺點(diǎn)是逆變器及其他附加設(shè)備較復(fù)雜，維修不方便，同時用于起升機(jī)構(gòu)時，空載下降與中、重載下降所有線路不同，給使用也帶來不便。 　　合成特性控制方案也可以分為雙電機(jī)控制、液壓推動器控制、以及渦流制動器控制。其控制方案的特性由二部分組成，即處于電動狀態(tài)的傳動機(jī)構(gòu)電機(jī)和處于制動狀態(tài)的渦流制動器（也可是電機(jī)或液壓推動器）二部分。當(dāng)控制調(diào)速時，對不同負(fù)載，處于電動狀態(tài)的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩近似不變，滿載時，處于制動狀態(tài)部分的制動轉(zhuǎn)矩較小，輕載時，制動轉(zhuǎn)矩較大。因此輕載時，處于電動狀態(tài)的電機(jī)損耗與滿載時相近，再加上制動狀態(tài)部分的制動損耗，故效率最低。合成特性中，以渦流制動器控制采用較多，其次為液壓推動器控制。 　　3）、變頻控制方案 　　變頻控制方案是指通過變頻器改變供電電源頻率，來調(diào)節(jié)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。但當(dāng)供電電源頻率f小于電動機(jī)的額定工作頻率內(nèi)變化時，因電機(jī)電壓（式中：E1-感應(yīng)電動勢、f-供電電源頻率、w—串聯(lián)匝數(shù)、 k—繞組系數(shù)、φ-電機(jī)的磁通），只有維持U/f為常數(shù)，才能保證電機(jī)的磁通φ不變，保證電動機(jī)的性能不變。而當(dāng)供電電源頻率f大于電動機(jī)的額定工作頻率時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，若仍維持U/f為常數(shù)，端電壓U將超過電動機(jī)額定電壓，這是不允許的，因此，在實(shí)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速時，應(yīng)保持電源電壓不變并為額定值，僅使供電電源頻率f增加，電動機(jī)磁通φ將減少，輸出轉(zhuǎn)矩也將隨之下降，而輸出功率近似恒定。 　　在變頻控制方案中，所用變頻器的控制模式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等模式。而其變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器;按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。變頻控制方案由于效率高、調(diào)速控制范圍寬、控制精度高、起動/制動平穩(wěn)且沖擊小、電機(jī)功率因數(shù)高、以及節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)，是目前起重機(jī)控制方案中最佳的控制方案。 　　但為了防止變頻控制對外界的干擾和對自身的保護(hù)、以及提高電機(jī)控制的精度，一般在變頻器周圍配有AC/DC電抗器、制動單元及制動電阻、濾波器及傳輸卡件等。 　　同時，變頻控制技術(shù)可與新型PLC控制技術(shù)相結(jié)合,采用現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)以及無線通訊技術(shù)，通過人機(jī)界面（如觸摸屏）設(shè)備、及時反映起重機(jī)的運(yùn)行情況和故障報警，使其控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、應(yīng)用靈活、線路簡單、故障率低、以及便于使用。 四、結(jié)束語 　　隨著科技的發(fā)展、技術(shù)的創(chuàng)新，將加速起重機(jī)控制技術(shù)向計算機(jī)、微電子、自動控制、通訊等領(lǐng)域的發(fā)展，最終達(dá)到領(lǐng)先于國外先進(jìn)水平。由此，起重機(jī)傳動控制方式和控制方案會向更新和更好得趨勢發(fā)展，使得整個傳動控制系統(tǒng)的性能更加可靠穩(wěn)定、應(yīng)用更靈活，效率高、故障低等優(yōu)勢。 參考文獻(xiàn) 　　1.裘為章主編·實(shí)用起重機(jī)電氣技術(shù)手冊·機(jī)械工業(yè)出版社，2001 　　2.張質(zhì)文等主編· 起重機(jī)設(shè)計手冊·中國鐵道出版社，1998 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