【 導讀：盡管我國起重機械行業的自動化應用總體水平還不高，但無論是起重機械生產廠商還是起重機械用戶都逐漸認識到應用自動化產品的優勢所在。中國建筑科學研究院建筑機械化研究分院技術中心主任羅文龍在采訪中表示，自動化產品在起重機械行業的應用潛力非常巨大，前景也十分廣闊，所以國內起重機械自動化市場的發展也將隨之“一觸即發”。】

   無論是城市向更加成熟和現代形態發展的趨勢，還是經濟危機下，國家在基礎設施建設上的刺激性投入，都彰示著起重機械的蓬勃發展。從控制到傳動，自動化產品在這個產業的應用深度也日漸累積。從現有的規模、未來的成長空間以及當前的增長速度來看，起重機械行業已經逐漸成為自動化企業不可小覷的市場。

　　據統計，近年來起重運輸設備制造業保持了年均30%以上的增長速度，即使在2008年受到金融危機的重創之后，2009年也得到了快速的恢復。同時，起重機械產業的快速發展也極大地促進了自動化產品在該行業的應用。盡管我國起重機械行業的自動化應用總體水平還不高，但無論是起重機械生產廠商還是起重機械用戶都逐漸認識到應用自動化產品的優勢所在。中國建筑科學研究院建筑機械化研究分院技術中心主任羅文龍在采訪中表示，自動化產品在起重機械行業的應用潛力非常巨大，前景也十分廣闊，所以國內起重機械自動化市場的發展也將隨之“一觸即發”。

　　塔式起重機推動變頻器發展

　　塔式起重機是動臂裝在高聳塔身上部的旋轉起重機，其作業空間大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平輸送及建筑構件的安裝。塔機的主要機構有起升機構、變幅機構、小車牽引機構、回轉機構和大車走行機構。

　　自20世紀80年代以來，我國塔機行業得到快速發展，近年來，塔機銷量持續攀高。但不可忽視的是國內的型號比較集中，市場競爭壓力大，不利于行業的發展，這需要進行一系列的改革。同時，產品質量參差不齊，市場準入限制也不嚴格。作為《塔式起重機》GB/T5031—2008標準主編的羅文龍主任對此深有感觸，他說：“在新標準中，擴大了標準的使用范圍，便于與國際接軌。同時還增加了部分機構要求、安全裝置的技術資料要求等內容。這將在一定程度上為國內產品在國際競爭中加重籌碼。”

　　他還指出，我國大部分塔機都是中小型塔機，由于大部分中小型塔機的整體造價不高，如采用變頻器、PLC等自動化產品的話，將顯著增加造價成本，所以造成目前塔機行業自動化產品應用比例非常低。整體塔機市場中，變頻器應用比例約為11.2%，調速方式以雙速/多速電機調速或串電阻調速為主。目前變頻器在塔機企業中已經得到了普遍的認可，大型塔機基本上都應用了變頻器，中型塔機也有相當一部分采用變頻器，但小型塔機應用程度還非常低，大部分使用雙速/多速電機調速或串電阻調速方式。羅主任強調，塔機大型化的發展趨勢將會進一步推動變頻器等自動化產品的應用，同時小型塔機市場開發潛力巨大也為變頻器提供了極大的發展空間。

　　起重機械電氣控制系統進入“PLC時代”

　　繼電器的發展已有上百年的歷史，這種電磁式的信號控制開關給故障的查找帶來了諸多困難，大量時間的浪費直接影響了生產情況，而PLC正是為了改進繼電器控制系統而產生和發展起來的。由于PLC具有編程方法簡單易學、功能強大、性價比高、可靠性高、維修方便等優點，起重機械行業用戶對于PLC的接受度也在逐年提高。

　　但羅主任指出，在PLC的使用與改造中不能忽視以下幾個問題：首先，在滿足工藝條件的前提下，建議選用已經用過的PLC，這樣便于以后維修，還可以做到資源共享；在一般情況下，限位開關與接近開關等外接電氣部件提供的開關量信號對電纜并無嚴格要求，所以可以選用一般的電纜。在信號傳輸較遠的情況下，可選用屏蔽電纜；絕大部分的PLC控制系統故障率是由外接傳感器故障引起的，特別是一些機械型的行程開關、限位開關的故障率往往比PLC本身故障率高得多，所以在設計控制系統時應采取相應的措施，如選用高性能的接近開關來代替機械型的行程限位開關等措施。

　　對于在起重機械行業中PLC產品的發展方向，羅主任總結道：“PLC應向高性能、大容量的方向發展，這必將簡化控制電路，進而降低故障率。同時，隨著技術的不斷成熟，PLC的價格將不斷下降，這將更快地加速PLC在起重機械行業的普及。PLC的聯網通訊能力有待加強，這會使PLC與個人計算機或與其他智能控制設備之間交換數字信息，形成一個統一的整體，實現分散控制和集中管理。”

　　起重機械制造信息化為自動化企業打開新市場

　　據了解，目前我國起重機械制造企業只有少數大型企業有較好的中長期生產經營計劃，許多中小企業沒有很好的中長期生產經營計劃，這在一定程度上制約了起重機械企業的發展。在起重機械制造企業中，信息化的內容大致包括管理信息化、工程設計信息化、制造自動化、質量保證信息化等內容。

　　羅主任舉例說：“在工程設計方面，我國起重機械制造企業中以振華港機為代表的大型起重機制造企業在工程設計信息化方面起步較早，有的已經成立了專門的研發團隊，他們采用先進的計算機技術進行起重機設計、繪圖及虛擬裝配等。目前，起重機械制造中小企業正逐漸將這些技術運用到起重機械產品開發、制造和試驗等環節，這就在很大程度上提高了工程設計的信息化程度。”

　　談到目前自動化產品在中國起重機械市場的發展前景，羅主任認為要加強三個方面的認識：首先，不能讓技術標準限制了起重機械產品的設計以及自動化產品的應用。國外企業是按照客戶需求設計多樣化的產品，適應市場需求，靈活多變。但國內的諸多規定過于具體，讓產品類型過于單一；其次，國內的應用技術人員相對缺乏，對于技術要求較高的起重機械電控系統等需要企業來完成培訓，所以前期的市場培養還需要進一步加大力度；最后，國內的起重機械價格相對較低，但不能為了控制成本，而降低了自動化產品應用的比例，這種方法往往得不償失。

   艾默生CT變頻器在橋式起重機中的應用

   宜科編碼器產品在起重行業的應用

   艾默生智能無線技術推動過程運行的改進

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　　艾默生CT變頻器在橋式起重機中的應用

　　橋式起重機是一種用來起吊、放下和搬運重物，并使重物在一定距離內水平移動的起重、搬運設備，在生產過程中有著重要應用。鄭州北車輛段5噸橋式起重機，原設備電氣驅動系統分為起重機升降、小車、大車三部分。其中起重機升降由一臺13kW的繞線式異步電動機驅動，大車由兩臺4kW繞線式異步電動機驅動，小車由一臺2.5kW繞線式異步電動機驅動。在原傳動控制中，采用轉子串接電阻的調速方式。由于工作環境差，粉塵和有害氣體對電機的集電環、電刷和接觸器腐蝕性大，加上工作任務重、實際過載率高、沖擊電流偏大，容易造成電動機觸頭燒損、電刷冒火、電動機及轉子所串電阻燒損和斷裂等故障，影響現場生產和安全，工人維修量和產生的維修費用也很高。并且原調速方式機械特性較差，調速不夠平滑，所串電阻長期發熱浪費能量。

　　針對現有技術存在的不足，本次改造的起重機采用PLC和變頻器技術，以程序控制取代繼電器——接觸器控制，交流電動機調速方式采用變頻調速，進而實現了起重機的半自動化控制。

　　改造方案

　　交流電動機的調速方式很多，針對上述現有技術存在的不足，綜合各種性能最佳者為變頻調速方式。

　　拖動系統

　　（1）電動機選型

　　大車與小車用電動機可選用普通的籠型轉子異步電動升降用電動機。由于要求比較高，應選用變頻專用的籠型轉子異步電動機。原設備系統采用的是繞線式異步電動機，出于經濟方面的考慮，通過短接轉子回路也能使用。

　　（2）調速方法

　　采用具有矢量控制功能的變頻調速系統。變頻后轉速可以分檔控制，一般采用6段速度運行，從低到高自由切換。

　　（3）制動方式

　　采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。通過變頻器調速系統的再生制動和直流制動把運動中的大車、小車和起重機的速度迅速而準確地降到零（使它們停止）。對于起重機，常常會有重物在半空中停留一段時間（如重物在半空中平移），而變頻調速系統雖然能使重物靜止，但因設備容易受到外界因素的干擾（如在平移過程中常易出現的瞬間斷電），因此，利用電磁制動器進行機械制動仍然是必須的。

　　變頻調速系統的控制要點

   橋式起重機拖動系統的控制動作包括大車的左、右行走及速度檔位，小車的前、后行走及速度檔位，起重機的升、降及速度檔位等。所有這些，都可以通過PLC進行無觸點控制。

　　橋式起重機控制系統中需要引起注意的是防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發生重物由停止狀態下滑的現象，稱為溜鉤。

　　防止溜鉤的控制需要注意的關鍵問題是：電磁制動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間的，大約0.6秒（視型號和大小而定）。因此，變頻器如過早地停止輸出，將容易出現溜鉤。變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率，以免發生“過流”而跳閘的誤動作。

　　橋式起重機采用變頻調速系統介紹

　　大、小車運行機構

　　大車為雙梁結構，分別由兩臺4kW電動機拖動，用一臺較大的變頻器（15kW）供電；小車由單臺2.5kW電動機拖動，并且由單獨的變頻器（3.7kW）供電。大、小車變頻器都預置為V/F控制方式。

　　起重機升降機構

　　起重機升降的電動機由一臺電動機（13kW）驅動。

　　制動單元和制動電阻

　　本系統對于重物下降時電動機再生的電能，采取由變頻器外接的制動單元（TD3000系列變頻器22kW及其以下機型中，已內置了制動單元。但是，所有的制動電阻都需要外接）和制動電阻消耗掉的方式。針對橋式起重機的起重機升降機構起、制動頻繁，要求制動的轉矩較大，以及下降時制動狀態的持續時間較長等特點，因此制動單元用標準配置就可以實現制動過程的功能。制動電阻的額定功率可以加大一倍。

　　PLC選擇

　　選用艾默生緊湊型EC20系列可編程序控制器。PLC按控制程序輸入控制信號來完成起重機各種工況的協調，并決定起重機的各種工作狀態。系統軟件設計采用PLC梯形圖語言來編程完成，用PLC控制工作可靠、掃描速度快、控制靈活。

　　變頻器選擇

　　采用變頻器驅動異步電動機調速，通常應根據異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據異步電動機實際運行中的電流值（最大值）來選擇變頻器。

　　大車、小車行走是一般的負載，因此采用EV1000系列和EV2000系列變頻器驅動。對于起重機升降電動機，考慮到功能性負載，工作時總是重載起動、制動，而且要求盡可能地快速起動、制動。根據實際情況，經過與同類變頻器的性能與價格及售后服務等方面的綜合考慮，變頻器選用艾默生公司TD3000高性能矢量控制變頻器。

　　在此方案中，變頻器和液位推動器是靠變頻器預先設定的一個頻率到達信號，使接在液位推動器回路中的接觸器的線圈得電，進而讓液位推動器回路中接觸器的輔助觸點閉合和打開聯系起來的。操作人員通過起重機升降操縱聯動臺，分別給其控制的變頻器一個起、停、起的信號而讓變頻器動作。當通過起重機升降聯動臺給其控制的變頻器一個起升的信號后，變頻器帶動起升電機工作，但剛開始時由于變頻器輸出的頻率還小，而且起升的抱閘電機不會運行。當變頻器的輸出頻率達到預設定的頻率后，變頻器輸出給起升電機的抱閘回路中接觸器一個電壓讓抱閘電機運行松閘，進而完成起重機上升的任務。當起重機下降過程中，變頻器的輸出頻率小于預設定的頻率，抱閘系統就會馬上抱閘，這樣就避免了起重機失速下落而造成的危害傷害。變頻器對電機也能時時監控、補償或報警，給工人使用帶來很大的方便。同時變頻器的使用不僅節約了能源，而且操作靈活方便、安全可靠。

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　　宜科編碼器產品在起重行業的應用

　　近20年世界工程起重機行業發生了很大變化。RT（越野輪胎起重機）和AT（全地面起重機）產品的迅速發展，打破了原有產品與市場格局，經濟發展及市場激烈競爭沖擊導致世界工程起重機市場進一步趨向一體化。目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右，主要生產國為美國、日本、德國、法國、意大利等。世界頂級公司有十多家，主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。目前國內市場以幾個大型的重工起重集團為主，區域化比較明顯，主要區域是上海、江浙地區以及河南地區。高、中、低端廠家分化明顯，在各領域均有固定的市場占有份額。

　　在起重機行業的應用中，編碼器產品需要在防護等級、長期穩定運行等各方面達到很高的要求，因此這類的編碼器產品均屬于中高端產品，價格也較高。在起重機行業中編碼器產品主要用于起升機構及小車行走機構，小車行走機構主要應用在行走測距；而在起升機構上的應用則是起重機關鍵部位的應用，特別是大噸位起重設備，一般采用兩電機或多電機同步以增加起升噸位。由于幾個電機同步運行，一般采用變頻器采集編碼器信號進行同步調速。而起升機構涉及安全性要求高的問題，所以為防止飛車、失速等現象的發生，編碼器還要配合超速開關產品以保障起升電機安全穩定運行。超速開關一般設定速度為電機額定轉速的1.2～1.5倍，當達到設定速度時超速開關給出開關量信號，控制系統實行緊急連鎖停車保證設備人員安全。

　　瑞士宜科公司生產的HV115系列經過了長期穩定的運行已經在起重行業的高端產品中成為主導產品。但對于低端產品市場，由于某些廠商所使用的超速開關屬于裸露型產品，給起重設備的長期穩定運行和安全保障埋下了重大隱患，因此宜科公司推出了主要應用在起升機構中的編碼器低端產品：超速開關分體式產品EG120加MVL115重載型編碼器，該產品借助宜科公司在高端產品中的成功經驗，首先考慮產品的穩定可靠性，在保證性能的同時也增加了靈活性，編碼器和超速開關可組合使用也可拆分使用，客戶可根據實際情況選擇不同的組合安裝方式。

　　宜科的EG120編碼器軸套型可以為客戶提供寬范圍不銹鋼軸徑的選擇，可滿足不同安裝條件的差異化要求。EG120系列產品采用獨特的雙軸承機械設計理念，很大程度提高了軸的負載能力，可承受軸向100N和徑向200N的較大負載，確保現場應用的穩定性。最高承受轉速為6000rpm，IP54的防護等級，最高分辨率可達2048ppr。

　　EG120加MVL115產品一經推出就在起重行業引起了極大的關注，各種組合方案和應用極大滿足了國內中低端起重行業的穩定性和安全性的需求。目前宜科公司提供的方案為EG120加MVL115配套使用，兩種產品均達到IP66的防護等級。符合戶外使用要求，具有廣闊的市場前景。

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　　艾默生智能無線技術推動過程運行的改進

　　隨著經濟形勢的變化，過程工廠的管理人員、工程師和維護人員將面臨不同的壓力和挑戰。就在不久之前，人們還在對提高生產能力、生產效率和正常運行時間表現出極大的熱情，而現在又有很多企業面臨需求的萎縮，這使他們轉而關注如何提高運行效率和降低成本。

　　盡管目前市場處于低迷時期，但我們完全可以利用這個機會來做一些改進工作。我們協同最終用戶，將艾默生的服務與技術相結合，為用戶設計和實施可以降低維護成本、提高設備性能和過程控制的方案。

　　為工廠的現在和未來提供雙重保障

　　風險評估服務可幫助制造工廠將主要精力投入到最重要的設備上，從而降低維護成本。通過這些服務能夠迅速發現設備風險，從短期效應來看，可以保持目標正常運行時間和設備可靠性；從長遠來看，維護人員可以據此了解過程今后可能受到的影響，因此它可以說是為過程的現在和未來加上了雙重保險。

　　自動化規劃和咨詢服務可通過預測維護和改進過程控制，幫助提高工廠運行效率，新的無線技術是實現這一目標的有用工具。由于實施起來靈活、方便，而且快速，非常適合于改造項目。無線設備可為管理儀表和過程狀態提供診斷信息，從而擴展工廠的預測維護能力。

　　智能無線技術是與當今的經濟環境相適應的，它為進一步提高工廠性能掃清了許多障礙，幫助工程師和維護人員實現了過去的夢想。所有過程設備，如泵、電機、熱交換器、過濾器、轉爐和儲罐都連入現有的自動化系統，而無需敷設一根電纜。預測診斷和過程信息通過無線方式直達工廠工作人員，以使他們迅速根據實時的工廠資產信息作出正確決定。

　　幫助全球用戶提高運行性能

　　全球已有幾百家用戶成功應用了現場無線技術：

　　賓夕法尼亞州的Croda公司采用艾默生的無線技術監測移動鐵路槽車的溫升；

　　新加坡Technochem公司對儲罐存量進行無線監測，安裝在儲罐外圍的無線溫度變送器可隨時移動以供故障排查及新的過程工藝開發之需；

　　BP公司在其Cherry Point煉油廠的煅燒爐上采用了艾默生的智能無線技術對抽承和爐內結焦溫度進行監測，以防止風扇和傳送帶故障；

　　墨西哥CFE Lapem分析集團公司在一個擁有140臺供電裝置的廠區內搭建臨時無線測量網絡，對關鍵熱效率進行測量，一個供電裝置測量完畢，再將無線網絡移到下一個供電裝置進行測量，整個過程只用15天就完成了。

　　用戶還可以通過Wi-Fi工廠無線網絡實現更多功能，包括提高移動作業人員的工作效率、提供位置跟蹤和安全集結，以及過程監測和安全視頻。這些技術的革新充分體現了艾默生在這種極具挑戰的時期中所作出的承諾——保護我們在技術和創新上的投資，開發出更多的新產品以滿足經濟復蘇后用戶的需求。