【 导读：尽管我国起重机械行业的自动化应用总体水平还不高，但无论是起重机械生产厂商还是起重机械用户都逐渐认识到应用自动化产品的优势所在。中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院技术中心主任罗文龙在采访中表示，自动化产品在起重机械行业的应用潜力非常巨大，前景也十分广阔，所以国内起重机械自动化市场的发展也将随之“一触即发”。】

   无论是城市向更加成熟和现代形态发展的趋势，还是经济危机下，国家在基础设施建设上的刺激性投入，都彰示着起重机械的蓬勃发展。从控制到传动，自动化产品在这个产业的应用深度也日渐累积。从现有的规模、未来的成长空间以及当前的增长速度来看，起重机械行业已经逐渐成为自动化企业不可小觑的市场。

　　据统计，近年来起重运输设备制造业保持了年均30%以上的增长速度，即使在2008年受到金融危机的重创之后，2009年也得到了快速的恢复。同时，起重机械产业的快速发展也极大地促进了自动化产品在该行业的应用。尽管我国起重机械行业的自动化应用总体水平还不高，但无论是起重机械生产厂商还是起重机械用户都逐渐认识到应用自动化产品的优势所在。中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院技术中心主任罗文龙在采访中表示，自动化产品在起重机械行业的应用潜力非常巨大，前景也十分广阔，所以国内起重机械自动化市场的发展也将随之“一触即发”。

　　塔式起重机推动变频器发展

　　塔式起重机是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机，其作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。塔机的主要机构有起升机构、变幅机构、小车牵引机构、回转机构和大车走行机构。

　　自20世纪80年代以来，我国塔机行业得到快速发展，近年来，塔机销量持续攀高。但不可忽视的是国内的型号比较集中，市场竞争压力大，不利于行业的发展，这需要进行一系列的改革。同时，产品质量参差不齐，市场准入限制也不严格。作为《塔式起重机》GB/T5031—2008标准主编的罗文龙主任对此深有感触，他说：“在新标准中，扩大了标准的使用范围，便于与国际接轨。同时还增加了部分机构要求、安全装置的技术资料要求等内容。这将在一定程度上为国内产品在国际竞争中加重筹码。”

　　他还指出，我国大部分塔机都是中小型塔机，由于大部分中小型塔机的整体造价不高，如采用变频器、PLC等自动化产品的话，将显著增加造价成本，所以造成目前塔机行业自动化产品应用比例非常低。整体塔机市场中，变频器应用比例约为11.2%，调速方式以双速/多速电机调速或串电阻调速为主。目前变频器在塔机企业中已经得到了普遍的认可，大型塔机基本上都应用了变频器，中型塔机也有相当一部分采用变频器，但小型塔机应用程度还非常低，大部分使用双速/多速电机调速或串电阻调速方式。罗主任强调，塔机大型化的发展趋势将会进一步推动变频器等自动化产品的应用，同时小型塔机市场开发潜力巨大也为变频器提供了极大的发展空间。

　　起重机械电气控制系统进入“PLC时代”

　　继电器的发展已有上百年的历史，这种电磁式的信号控制开关给故障的查找带来了诸多困难，大量时间的浪费直接影响了生产情况，而PLC正是为了改进继电器控制系统而产生和发展起来的。由于PLC具有编程方法简单易学、功能强大、性价比高、可靠性高、维修方便等优点，起重机械行业用户对于PLC的接受度也在逐年提高。

　　但罗主任指出，在PLC的使用与改造中不能忽视以下几个问题：首先，在满足工艺条件的前提下，建议选用已经用过的PLC，这样便于以后维修，还可以做到资源共享；在一般情况下，限位开关与接近开关等外接电气部件提供的开关量信号对电缆并无严格要求，所以可以选用一般的电缆。在信号传输较远的情况下，可选用屏蔽电缆；绝大部分的PLC控制系统故障率是由外接传感器故障引起的，特别是一些机械型的行程开关、限位开关的故障率往往比PLC本身故障率高得多，所以在设计控制系统时应采取相应的措施，如选用高性能的接近开关来代替机械型的行程限位开关等措施。

　　对于在起重机械行业中PLC产品的发展方向，罗主任总结道：“PLC应向高性能、大容量的方向发展，这必将简化控制电路，进而降低故障率。同时，随着技术的不断成熟，PLC的价格将不断下降，这将更快地加速PLC在起重机械行业的普及。PLC的联网通讯能力有待加强，这会使PLC与个人计算机或与其他智能控制设备之间交换数字信息，形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理。”

　　起重机械制造信息化为自动化企业打开新市场

　　据了解，目前我国起重机械制造企业只有少数大型企业有较好的中长期生产经营计划，许多中小企业没有很好的中长期生产经营计划，这在一定程度上制约了起重机械企业的发展。在起重机械制造企业中，信息化的内容大致包括管理信息化、工程设计信息化、制造自动化、质量保证信息化等内容。

　　罗主任举例说：“在工程设计方面，我国起重机械制造企业中以振华港机为代表的大型起重机制造企业在工程设计信息化方面起步较早，有的已经成立了专门的研发团队，他们采用先进的计算机技术进行起重机设计、绘图及虚拟装配等。目前，起重机械制造中小企业正逐渐将这些技术运用到起重机械产品开发、制造和试验等环节，这就在很大程度上提高了工程设计的信息化程度。”

　　谈到目前自动化产品在中国起重机械市场的发展前景，罗主任认为要加强三个方面的认识：首先，不能让技术标准限制了起重机械产品的设计以及自动化产品的应用。国外企业是按照客户需求设计多样化的产品，适应市场需求，灵活多变。但国内的诸多规定过于具体，让产品类型过于单一；其次，国内的应用技术人员相对缺乏，对于技术要求较高的起重机械电控系统等需要企业来完成培训，所以前期的市场培养还需要进一步加大力度；最后，国内的起重机械价格相对较低，但不能为了控制成本，而降低了自动化产品应用的比例，这种方法往往得不偿失。

   艾默生CT变频器在桥式起重机中的应用

   宜科编码器产品在起重行业的应用

   艾默生智能无线技术推动过程运行的改进

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　　艾默生CT变频器在桥式起重机中的应用

　　桥式起重机是一种用来起吊、放下和搬运重物，并使重物在一定距离内水平移动的起重、搬运设备，在生产过程中有着重要应用。郑州北车辆段5吨桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部分。其中起重机升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车由两台4kW绕线式异步电动机驱动，小车由一台2.5kW绕线式异步电动机驱动。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式。由于工作环境差，粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大，加上工作任务重、实际过载率高、冲击电流偏大，容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障，影响现场生产和安全，工人维修量和产生的维修费用也很高。并且原调速方式机械特性较差，调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。

　　针对现有技术存在的不足，本次改造的起重机采用PLC和变频器技术，以程序控制取代继电器——接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了起重机的半自动化控制。

　　改造方案

　　交流电动机的调速方式很多，针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。

　　拖动系统

　　（1）电动机选型

　　大车与小车用电动机可选用普通的笼型转子异步电动升降用电动机。由于要求比较高，应选用变频专用的笼型转子异步电动机。原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面的考虑，通过短接转子回路也能使用。

　　（2）调速方法

　　采用具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用6段速度运行，从低到高自由切换。

　　（3）制动方式

　　采用再生制动、直流制动和电磁机械制动相结合的方法。通过变频器调速系统的再生制动和直流制动把运动中的大车、小车和起重机的速度迅速而准确地降到零（使它们停止）。对于起重机，常常会有重物在半空中停留一段时间（如重物在半空中平移），而变频调速系统虽然能使重物静止，但因设备容易受到外界因素的干扰（如在平移过程中常易出现的瞬间断电），因此，利用电磁制动器进行机械制动仍然是必须的。

　　变频调速系统的控制要点

   桥式起重机拖动系统的控制动作包括大车的左、右行走及速度档位，小车的前、后行走及速度档位，起重机的升、降及速度档位等。所有这些，都可以通过PLC进行无触点控制。

　　桥式起重机控制系统中需要引起注意的是防止溜钩的控制。在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态下滑的现象，称为溜钩。

　　防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：电磁制动器在通电到断电（或从断电到通电）之间是需要时间的，大约0.6秒（视型号和大小而定）。因此，变频器如过早地停止输出，将容易出现溜钩。变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生“过流”而跳闸的误动作。

　　桥式起重机采用变频调速系统介绍

　　大、小车运行机构

　　大车为双梁结构，分别由两台4kW电动机拖动，用一台较大的变频器（15kW）供电；小车由单台2.5kW电动机拖动，并且由单独的变频器（3.7kW）供电。大、小车变频器都预置为V/F控制方式。

　　起重机升降机构

　　起重机升降的电动机由一台电动机（13kW）驱动。

　　制动单元和制动电阻

　　本系统对于重物下降时电动机再生的电能，采取由变频器外接的制动单元（TD3000系列变频器22kW及其以下机型中，已内置了制动单元。但是，所有的制动电阻都需要外接）和制动电阻消耗掉的方式。针对桥式起重机的起重机升降机构起、制动频繁，要求制动的转矩较大，以及下降时制动状态的持续时间较长等特点，因此制动单元用标准配置就可以实现制动过程的功能。制动电阻的额定功率可以加大一倍。

　　PLC选择

　　选用艾默生紧凑型EC20系列可编程序控制器。PLC按控制程序输入控制信号来完成起重机各种工况的协调，并决定起重机的各种工作状态。系统软件设计采用PLC梯形图语言来编程完成，用PLC控制工作可靠、扫描速度快、控制灵活。

　　变频器选择

　　采用变频器驱动异步电动机调速，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。

　　大车、小车行走是一般的负载，因此采用EV1000系列和EV2000系列变频器驱动。对于起重机升降电动机，考虑到功能性负载，工作时总是重载起动、制动，而且要求尽可能地快速起动、制动。根据实际情况，经过与同类变频器的性能与价格及售后服务等方面的综合考虑，变频器选用艾默生公司TD3000高性能矢量控制变频器。

　　在此方案中，变频器和液位推动器是靠变频器预先设定的一个频率到达信号，使接在液位推动器回路中的接触器的线圈得电，进而让液位推动器回路中接触器的辅助触点闭合和打开联系起来的。操作人员通过起重机升降操纵联动台，分别给其控制的变频器一个起、停、起的信号而让变频器动作。当通过起重机升降联动台给其控制的变频器一个起升的信号后，变频器带动起升电机工作，但刚开始时由于变频器输出的频率还小，而且起升的抱闸电机不会运行。当变频器的输出频率达到预设定的频率后，变频器输出给起升电机的抱闸回路中接触器一个电压让抱闸电机运行松闸，进而完成起重机上升的任务。当起重机下降过程中，变频器的输出频率小于预设定的频率，抱闸系统就会马上抱闸，这样就避免了起重机失速下落而造成的危害伤害。变频器对电机也能时时监控、补偿或报警，给工人使用带来很大的方便。同时变频器的使用不仅节约了能源，而且操作灵活方便、安全可靠。

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　　宜科编码器产品在起重行业的应用

　　近20年世界工程起重机行业发生了很大变化。RT（越野轮胎起重机）和AT（全地面起重机）产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，经济发展及市场激烈竞争冲击导致世界工程起重机市场进一步趋向一体化。目前世界工程起重机年销售额已达75亿美元左右，主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等。世界顶级公司有十多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。目前国内市场以几个大型的重工起重集团为主，区域化比较明显，主要区域是上海、江浙地区以及河南地区。高、中、低端厂家分化明显，在各领域均有固定的市场占有份额。

　　在起重机行业的应用中，编码器产品需要在防护等级、长期稳定运行等各方面达到很高的要求，因此这类的编码器产品均属于中高端产品，价格也较高。在起重机行业中编码器产品主要用于起升机构及小车行走机构，小车行走机构主要应用在行走测距；而在起升机构上的应用则是起重机关键部位的应用，特别是大吨位起重设备，一般采用两电机或多电机同步以增加起升吨位。由于几个电机同步运行，一般采用变频器采集编码器信号进行同步调速。而起升机构涉及安全性要求高的问题，所以为防止飞车、失速等现象的发生，编码器还要配合超速开关产品以保障起升电机安全稳定运行。超速开关一般设定速度为电机额定转速的1.2～1.5倍，当达到设定速度时超速开关给出开关量信号，控制系统实行紧急连锁停车保证设备人员安全。

　　瑞士宜科公司生产的HV115系列经过了长期稳定的运行已经在起重行业的高端产品中成为主导产品。但对于低端产品市场，由于某些厂商所使用的超速开关属于裸露型产品，给起重设备的长期稳定运行和安全保障埋下了重大隐患，因此宜科公司推出了主要应用在起升机构中的编码器低端产品：超速开关分体式产品EG120加MVL115重载型编码器，该产品借助宜科公司在高端产品中的成功经验，首先考虑产品的稳定可靠性，在保证性能的同时也增加了灵活性，编码器和超速开关可组合使用也可拆分使用，客户可根据实际情况选择不同的组合安装方式。

　　宜科的EG120编码器轴套型可以为客户提供宽范围不锈钢轴径的选择，可满足不同安装条件的差异化要求。EG120系列产品采用独特的双轴承机械设计理念，很大程度提高了轴的负载能力，可承受轴向100N和径向200N的较大负载，确保现场应用的稳定性。最高承受转速为6000rpm，IP54的防护等级，最高分辨率可达2048ppr。

　　EG120加MVL115产品一经推出就在起重行业引起了极大的关注，各种组合方案和应用极大满足了国内中低端起重行业的稳定性和安全性的需求。目前宜科公司提供的方案为EG120加MVL115配套使用，两种产品均达到IP66的防护等级。符合户外使用要求，具有广阔的市场前景。

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　　艾默生智能无线技术推动过程运行的改进

　　随着经济形势的变化，过程工厂的管理人员、工程师和维护人员将面临不同的压力和挑战。就在不久之前，人们还在对提高生产能力、生产效率和正常运行时间表现出极大的热情，而现在又有很多企业面临需求的萎缩，这使他们转而关注如何提高运行效率和降低成本。

　　尽管目前市场处于低迷时期，但我们完全可以利用这个机会来做一些改进工作。我们协同最终用户，将艾默生的服务与技术相结合，为用户设计和实施可以降低维护成本、提高设备性能和过程控制的方案。

　　为工厂的现在和未来提供双重保障

　　风险评估服务可帮助制造工厂将主要精力投入到最重要的设备上，从而降低维护成本。通过这些服务能够迅速发现设备风险，从短期效应来看，可以保持目标正常运行时间和设备可靠性；从长远来看，维护人员可以据此了解过程今后可能受到的影响，因此它可以说是为过程的现在和未来加上了双重保险。

　　自动化规划和咨询服务可通过预测维护和改进过程控制，帮助提高工厂运行效率，新的无线技术是实现这一目标的有用工具。由于实施起来灵活、方便，而且快速，非常适合于改造项目。无线设备可为管理仪表和过程状态提供诊断信息，从而扩展工厂的预测维护能力。

　　智能无线技术是与当今的经济环境相适应的，它为进一步提高工厂性能扫清了许多障碍，帮助工程师和维护人员实现了过去的梦想。所有过程设备，如泵、电机、热交换器、过滤器、转炉和储罐都连入现有的自动化系统，而无需敷设一根电缆。预测诊断和过程信息通过无线方式直达工厂工作人员，以使他们迅速根据实时的工厂资产信息作出正确决定。

　　帮助全球用户提高运行性能

　　全球已有几百家用户成功应用了现场无线技术：

　　宾夕法尼亚州的Croda公司采用艾默生的无线技术监测移动铁路槽车的温升；

　　新加坡Technochem公司对储罐存量进行无线监测，安装在储罐外围的无线温度变送器可随时移动以供故障排查及新的过程工艺开发之需；

　　BP公司在其Cherry Point炼油厂的煅烧炉上采用了艾默生的智能无线技术对抽承和炉内结焦温度进行监测，以防止风扇和传送带故障；

　　墨西哥CFE Lapem分析集团公司在一个拥有140台供电装置的厂区内搭建临时无线测量网络，对关键热效率进行测量，一个供电装置测量完毕，再将无线网络移到下一个供电装置进行测量，整个过程只用15天就完成了。

　　用户还可以通过Wi-Fi工厂无线网络实现更多功能，包括提高移动作业人员的工作效率、提供位置跟踪和安全集结，以及过程监测和安全视频。这些技术的革新充分体现了艾默生在这种极具挑战的时期中所作出的承诺——保护我们在技术和创新上的投资，开发出更多的新产品以满足经济复苏后用户的需求。