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起重机电气防摇摆控制技术介绍
发布时间:2013-11-25

单梁起重机运行过程中,由于受大小车加减速的影响,载荷会出现令人讨厌的摇摆现象。这种载荷摇摆现象限制了电动葫芦起重机工作效率的提高。 载荷的摇摆也对载荷本身,周围货物,以及现场作业人员的人身安全造成了隐患。 载荷摇摆是起重机搬运物料时出现的固有现象。 自从人类发明起重机以来,防止和消除起重机载荷的摇摆一直是人们渴望解决的重大技术难题。 现代电气控制技术的进步,特别是应用越来越普遍的先进的可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)及变频调速控制技术的进步,提供了解决起重机载荷摇摆问题的一个历史时机。
摇摆和振动有着相同的物理特性。 防摇摆(或称减摇)同机械系统的减振在理论上有着相同之处。 机械系统的减振是个已经研究了上百年的重要技术课题。 50~60年代,O.J.M. Smith(美国加州大学伯克利分校University of California–Berkeley的终身教授),从控制理论着手,提出了一个非常简单,非常有效的Posicast(输入延时比例叠加)控制方法,用于消除二阶线性系统阶跃响应的超调(参考材料【1】和【2】)。 Posicast控制方法为解决机械系统的减振问题提供了一个新的路径。 美国麻省理工学院(MIT)教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基础上进一步提出了输入整形(Input Shaping)控制方法,并实际应用于机械系统的减振,如:导弹发射架的运动控制,航天飞船方位移动的运动控制,柔性机械手(机器人)的运动控制,计算机硬盘的减振和减噪音等(参考材料【3】回顾了基于Posicast的基本思想进一步提出的各种控制理论和应用)。

Posicast控制方法可消除因需要机械机构快速运动而引起的低频低阻尼的振荡。 此方法应用于针对起重机载荷的防摇摆控制极为适用。 熟练的单梁起重机操作工人在长期的实际操作中,摸索出了一套控制大小车速度,称作“跟钩”的操作方法来消除载荷的摇摆。 操作工进行“跟钩”操作时,给起重机的大小车运行速度操作命令输入了多个延时叠加的加速度脉冲序列。它同Posicast控制方法有着同工异曲的效用。 Posicast控制方法在理论上解释了起重机操作工“跟钩”操作方法的防摇摆工作原理。 有了明确有效的控制理论,依靠控制系统的控制精准度,电气防摇摆控制系统能远远超过最熟练的操作工所能达到的更好的防摇摆控制效果。

由于电动葫芦起重机类型和起升穿绳方法的多样性和复杂性,以及载荷摇摆的非线性特性等原因,开发有效实用的起重机电气防摇摆控制系统成为一个世界性的技术难题。 在近20年中,有许多起重机防摇摆控制理论研究的报道,但绝大多数还只是停留在发表学术论文的工作上。 在90年代,美国麻省理工学院(MIT)的W. Seering, W.E Singhose, 和N.C. Singer 利用Posicast控制方法,为美国能源部Oak Ridge, Sandia,和Argonne国家实验室核反应堆实验装置的遥控核起重机,开发研制了起重机电气防摇摆控制系统,并得到好评。 这是最早的起重机电气防摇摆控制应用实例。 1999年美国能源部发布的“创新技术报告” 向社会推荐使用起重机防摇摆控制技术(Swing-Reduced Crane Control,参考材料【4】)。 在工业应用领域,先后开发并推广应用起重机电气防摇摆(又称电子防摇摆)控制系统的公司有 Innocrane (芬兰,现已归属Konecranes),SmartCrane (美国),CePlus (德国,现已归属siemens),ABB,SEOHO(韩国),等。 但从总体上看,电气防摇摆控制技术还没有得到广泛的应用和推广。

电气防摇摆控制系统,通过控制起重机大小车在加减速过程中的速度变化,大幅度地消除载荷的摇摆达95% 以上,具有技术先进,实用可靠,控制效果显著等特点,其防摇摆控制的技术性能指标达到世界领先水平。

电气防摇摆控制系统可大幅度地减少起重机载荷的摇摆,所带来的好处有:
 消除等待载荷停止摇摆的时间,提高起重机的使用工作效率;
 提高起重机操作运行的安全性,降低对货物及人员伤害的风险;
 提高安全运行速度,进一步提高起重机的使用工作效率;
 使起重机容易操作,减少对操作员工的培训,减少操作员工的劳动强度;
 增加起重机的安全作业空间;
 延长起重机的使用寿命。
具有防摇摆控制功能的起重机可广泛应用于各个工业领域,包括:机械制造加工车间,装配车间,垃圾处理厂,钢厂,电厂,造船厂,建筑工地,铁路,集装箱码头,造纸业,冶金业的各种生产车间等。
在实现电气防摇摆控制的基础上进一步开发实现的电气防摇摆自动定位控制技术,可使起重机转变成为一台“起重机器人”,让起重机像机器人一样,把载荷按指定的线路,精确地定点定时运送到任何指定位置,并且在运送过程中以及到达指定位置后,使载荷几乎不产生任何摇摆,为实现物料搬运高度自动化克服了一项必要的、也是主要的技术难关。 起重机电气防摇摆控制技术的成功开发和广泛应用,定能改变人们一直以来对起重机载荷摇摆问题的认知,它将是人类在物料搬运领域技术进步史上的一个重要里程碑。

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