履帶起重機(jī)智能控制系統(tǒng)能實時監(jiān)測系統(tǒng)運 行狀態(tài)，對故障進(jìn)行在線監(jiān)測與預(yù)警，變被動安全 保護(hù)為主動安全保護(hù)，變被動維修為主動維護(hù)，可 大幅降低誤操作及故障發(fā)生率，減少事故、延長設(shè) 備使用壽命，并能提高故障診斷與維護(hù)的快速性和 準(zhǔn)確性，因此，履帶起重機(jī)智能控制技術(shù)的應(yīng)用研 究，具有重要的理論價值和實際意義。 履帶起重機(jī)智能控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。

在履帶起重機(jī)控制系統(tǒng)智能化方向上，國外 各大生產(chǎn)商都在不斷研發(fā)自己的核心技術(shù)，提升產(chǎn) 品的檔次和競爭力。德國利勃海爾公司率先在履帶 起重機(jī)上配備全球衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)，并將模糊控 制應(yīng)用在吊鉤防擺控制上。英國一些企業(yè)還在起重 機(jī)上裝有微機(jī)自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，能提供大部分常規(guī) 維護(hù)檢查內(nèi)容，如鋼絲繩狀況、減速器油溫油位、 起重機(jī)載荷、應(yīng)力和振動情況、制動器摩擦襯片的 壽命及溫度狀況等。 國內(nèi)一些企業(yè)也對履帶起重機(jī)的智能控制技 術(shù)進(jìn)行了大量研究，近幾年一些文獻(xiàn)中已提出了有 關(guān)履帶起重機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷、電子監(jiān)控智能終端、 起重機(jī)工作數(shù)據(jù)記錄器等系統(tǒng)的設(shè)計。 未來履帶起重機(jī)將向著智能化、人性化、節(jié) 能化發(fā)展。在這種趨勢下，各種電子監(jiān)控系統(tǒng)、作 業(yè)時在線故障檢測和診斷、實時數(shù)據(jù)和語音記錄等 是今后履帶起重機(jī)智能化發(fā)展的重要研究領(lǐng)域2 履帶起重機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能

履帶起重機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合了總線技術(shù)、傳感 器技術(shù)、人工智能、無線傳輸?shù)认冗M(jìn)技術(shù)，包括動 力系統(tǒng)控制、液壓系統(tǒng)控制、力矩限制器及安全監(jiān) 控、輔助設(shè)備操作等。履帶起重機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖1所示。

控制系統(tǒng)的核心為可編程的控制器（PLC）和 顯示器（HMI）?？刂破鳌@示器、發(fā)動機(jī)控制模塊（ECU）、無線遙控、GPS/GPRS等均通過CAN 總線進(jìn)行實時通訊及交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中的按鈕、開 關(guān)等元件提供開關(guān)量信號，電位器、傳感器等提供 模擬量信號，分別通過輸入口進(jìn)入控制器。控制器 經(jīng)過內(nèi)部計算處理后，通過輸出口控制液壓系統(tǒng)中 的比例電磁閥、開關(guān)電磁閥及指示裝置等。操作者 可通過顯示器查看起重機(jī)的各項工作參數(shù)，并通過 顯示器輸入設(shè)定參數(shù)。 控制系統(tǒng)最終實現(xiàn)的是智能控制，主要包括 智能化操作、安全智能控制、節(jié)能智能控制、遠(yuǎn)程 監(jiān)控和故障智能診斷等功能。 3 履帶起重機(jī)智能控制關(guān)鍵技術(shù) 3.1 智能化操作技術(shù) 智能化操作主要體現(xiàn)在速度控制、無線遙 控、吊裝自動定位和平衡重位置自動調(diào)節(jié)等方面。

（1）速度控制技術(shù)。 對于履帶起重機(jī)而言，由于臂架長、起重量 大，負(fù)載和自重的慣量對結(jié)構(gòu)安全的影響較大，因 此對于動作速度和加速度的控制要求較高，特別是 對大噸位履帶起重機(jī)更為重要。操作者可以通過發(fā) 動機(jī)油門以及手柄的開度實現(xiàn)對速度和加速度的控 制，但是存在人為風(fēng)險，操作者難以把握操作的程 度，因此速度控制的智能化是很必要的。 速度和加速度控制可通過檢測工況和負(fù)荷率 進(jìn)行智能控制，可在控制程序中根據(jù)工況和負(fù)荷率 設(shè)定相應(yīng)的速度和加速度并進(jìn)行控制，即使操作者 猛烈操作依然能保證各種動作的平穩(wěn)加速，并維持 安全的速度。除了程序設(shè)定之外，還可增加速度選 擇旋鈕，進(jìn)行人工速度選擇，在程序設(shè)定的范圍內(nèi) 選擇更合適的速度，以滿足操作者的需要。

（2）無線遙控技術(shù)。 射頻無線傳輸工作于433/868/915MHz 3個國 際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可免費使用的頻道，其采用GFSK（曼 徹斯特）編碼/解碼方式，可自動產(chǎn)生字頭和CRC 校驗碼，使用SPI接口與微控制器進(jìn)行通信，配置 非常方便。在空曠地帶輸出距離可達(dá)500m，適用 于無線數(shù)據(jù)通信、遙控遙測和工業(yè)數(shù)據(jù)采集等諸多 領(lǐng)域。 采用跳頻通信的方式可以有效地降低外部干擾的影響，在每個頻段提供多達(dá)29個頻道。當(dāng)監(jiān)測 到當(dāng)前信道的持續(xù)干擾時，無線遙控器可跳轉(zhuǎn)到受 同一干擾源的干擾概率較小的信道；如果干擾來自 其他的跳頻系統(tǒng)，則不進(jìn)行跳頻。 履帶起重機(jī)的無線遙控系統(tǒng)主要通過射頻無 線傳輸和CAN總線來實現(xiàn)，其工作原理如圖1所 示。無線發(fā)射器通過無線電波（射頻）向無線接 收器發(fā)送操作指令，無線接收器收到指令通過解 析、校驗后再通過CAN總線發(fā)送給起重機(jī)的控制 單元，控制單元經(jīng)過處理后輸出控制指令；同時控 制單元也將起重機(jī)力限器的關(guān)鍵參數(shù)逆向發(fā)送給無 線發(fā)射器顯示。無線遙控發(fā)射器面板如圖2所示， 可以實現(xiàn)整車動作的無線操作和關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)視。

（3）吊裝自動定位技術(shù)。 吊裝自動定位技術(shù)是一種虛擬墻技術(shù)，可以 通過記憶上一次的吊裝位置，或者通過設(shè)定回轉(zhuǎn)角 度和變幅半徑，利用控制器對回轉(zhuǎn)和變幅動作進(jìn)行 自動控制，到達(dá)設(shè)定位置時自動停止。 （4）平衡重位置自動調(diào)節(jié)技術(shù)。 對于平衡重位置可變的履帶起重機(jī)，通過檢 測負(fù)載力矩和構(gòu)件受力，通過計算控制，可實現(xiàn)根 據(jù)負(fù)載力矩自動調(diào)節(jié)平衡重距離回轉(zhuǎn)中心的位置， 以使整機(jī)的力矩平衡一直處于良好的狀態(tài)，從而改 善結(jié)構(gòu)件的受力狀態(tài)。平衡重位置自動調(diào)節(jié)裝置結(jié) 構(gòu)如圖3和圖4所示。 3.2 安全智能控制技術(shù) 安全智能控制主要體現(xiàn)在位置控制和受力控 制等方面。 （1）位置控制技術(shù)。 位置控制主要包括臂架角度限位、油缸行程

限位、鋼絲繩出繩長度控制、吊鉤位置限位等，主 要是保護(hù)結(jié)構(gòu)免被撞擊損壞以及臂架系統(tǒng)防后傾 等，一般通過限位開關(guān)檢測位置，實現(xiàn)自動保護(hù)。 鋼絲繩出繩長度則通過檢測并控制卷揚出繩量，保 證多卷揚起升同一個吊鉤時的同步性。 （2）受力控制技術(shù)。 受力控制主要包括起重機(jī)防過載控制、油缸 壓力自動控制等。 起重機(jī)防過載控制主要通過力矩限制器實 現(xiàn)，力矩限制器檢測起重機(jī)的負(fù)荷情況和關(guān)鍵構(gòu)件 的受力情況，當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)可能會給機(jī)器或人身安 全造成危害的過載或傾翻時，會給操作者發(fā)出警 報，并自動限制起重機(jī)危險方向的操作。力矩限制 器同時能記錄起重機(jī)工作時的各種參數(shù)，為故障診 斷和問題分析提供依據(jù)。 臂架的液壓防后傾系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)載情況自動 調(diào)節(jié)防后傾油缸的壓力，在重載時減小臂架系統(tǒng)的受力，達(dá)到保護(hù)臂架系統(tǒng)的作用。

   節(jié)能智能控制技術(shù) 節(jié)能智能控制技術(shù)主要體現(xiàn)在發(fā)動機(jī)節(jié)能控 制、液壓系統(tǒng)節(jié)能控制等。

（1）發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)。 發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)包括發(fā)動機(jī)散熱智能控制、 發(fā)動機(jī)啟停技術(shù)等。 發(fā)動機(jī)水散及中冷器設(shè)計成獨立智能控制系 統(tǒng)，可以根據(jù)不同環(huán)境分別進(jìn)行不同強(qiáng)度的散熱控 制，降低發(fā)動機(jī)功率損失，達(dá)到節(jié)能效果。 沃爾沃為其工業(yè)發(fā)動機(jī)推出了一項新的啟動/ 停止功能，該功能在長時間空轉(zhuǎn)期間關(guān)閉發(fā)動機(jī)， 當(dāng)操作手按下油門或拉動駕駛室內(nèi)的拉桿時，則會 重新啟動。這項功能能帶來諸多好處，比如降低油 耗、減小噪聲和排放等，目前在公路車輛中應(yīng)用越 來越多，但是在工業(yè)發(fā)動機(jī)上還很少。該功能大約 能節(jié)省5%～15%的燃油成本，取決于操作手在工 況中的空轉(zhuǎn)次數(shù)（空轉(zhuǎn)越多，節(jié)省的燃油越多）。 在履帶起重機(jī)上應(yīng)用發(fā)動機(jī)啟/停技術(shù)，須確保在 起重機(jī)作業(yè)安全的前提下，并可選擇啟用或關(guān)閉此 功能。

（2）液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。 液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)包括液壓系統(tǒng)散熱智能控 制、極限功率控制技術(shù)等。 液壓系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)可以通過檢測液壓油 溫度，進(jìn)行不同強(qiáng)度的散熱控制，降低液壓系統(tǒng)功 率損失，實現(xiàn)節(jié)能控制。 極限功率控制主要是控制液壓系統(tǒng)功率接近 發(fā)動機(jī)功率但又不超過發(fā)動機(jī)功率，不致造成發(fā)動 機(jī)過載，并能發(fā)揮發(fā)動機(jī)能力，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù) 履帶起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功 能：力限器參數(shù)監(jiān)控（實際起重量、工作幅度、工 作角度、力矩百分比等）、發(fā)動機(jī)參數(shù)監(jiān)控（轉(zhuǎn) 速、水溫、機(jī)油壓力、燃油等）、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程 服務(wù)功能。其工作原理如圖1所示。 履帶起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由車載控制系統(tǒng)、 GPS/GPRS裝置和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心3部分構(gòu)成。遠(yuǎn)程 監(jiān)控中心滿足管理者要求，可根據(jù)用戶需求隨時監(jiān) 視其下屬的前端控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，分析和診斷故障發(fā)生情況，并向前端的操作者發(fā)出調(diào)度指令， 或提供設(shè)備維修、調(diào)整措施的建議。車載控制系統(tǒng) 滿足操作者要求，實時監(jiān)視起重機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，異 常情況下向操作者發(fā)出報警指示，并接收遠(yuǎn)程監(jiān)控 中心（管理者）發(fā)出的調(diào)度指令或建議。遠(yuǎn)程監(jiān)控界面主要采用Web Access技術(shù)開發(fā)，當(dāng)用戶通過 IE瀏覽器輸入Web服務(wù)器的IP地址時，可進(jìn)入遠(yuǎn)程 監(jiān)控系統(tǒng)界面，查詢履帶起重機(jī)的地理位置、工作 狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)等，如圖4所示。

故障智能診斷技術(shù) 履帶起重機(jī)的故障診斷系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)預(yù)處理程序、參數(shù)數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)場專家等組成。首先 對從安全監(jiān)控端傳感器上采集的信號進(jìn)行預(yù)處理， 然后送入?yún)?shù)數(shù)據(jù)庫，與故障數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行 匹配，由專家算法進(jìn)一步分析故障部位和故障原 因，待確認(rèn)后將信息傳遞給操作人員。 履帶起重機(jī)的故障主要分為6類，見表1。操作人員或維修人員可以通過顯示器上故障代碼顯示 及查詢界面、端口狀態(tài)查詢界面、專家診斷界面和 傳感器診斷界面等監(jiān)控起重機(jī)的工作狀態(tài)，在專家 系統(tǒng)的幫助下查找和解決起重機(jī)的故障。例如主臂變幅無下落的動作，根據(jù)主臂變幅專家診斷界面 （如圖5所示），變幅手柄的輸入值會在界面上顯 示。手柄先導(dǎo)、主臂3圈檢測（主臂變幅卷筒上的 鋼絲繩不能少于3圈）、主臂棘輪檢測和卷揚制動 器有信號時，方框會由紅色變成綠色。當(dāng)手柄輸入 值大于死區(qū)值（一般為100），手柄先導(dǎo)、棘輪檢 測（主臂變幅卷揚動作時棘輪需打開）有輸入，并 且3圈檢測無輸入信號時，變幅泵和變幅卷揚制動 器會有輸出，變幅下落才有動作。操作者或維修人 員可以通過界面判斷哪個條件不滿足，進(jìn)一步確定 故障點，以便排除故障。

隨著履帶起重機(jī)的應(yīng)用越來越普及，同時工 程工期不斷縮短，對于履帶起重機(jī)的安全性、可靠 性和節(jié)能要求越來越高，維修時間越來越短，智能 化控制是履帶起重機(jī)的一個重要發(fā)展方向。國內(nèi)履 帶起重機(jī)智能化控制尚處于發(fā)展初級階段，需加大 履帶起重機(jī)智能化控制的研究，提高履帶起重機(jī)的智能化程度，以適應(yīng)工程需求。同時，履帶起重機(jī) 智能化控制研究，對于其它工程機(jī)械也具有一定的 借鑒意義。