智能、无人化起重机

1 自动化起重机特点

（1）自动化起重机发展的趋势

随着社会经济的不断发展，应用者对于起重设备的要求也在不断增加，其中安全性能、质量问题等都是需要关注的重点。并且，随着科学技术的不断创新，促使无线通讯技术、传感器技术等一些基础性的自动化技术创新，现代化起重机设备也得到了有效地改善。传统意义上人工操作的形式已经无法满足现阶段企业发展的需求。很多企业的生产环境质量较差，安全无法保障、人身易受伤害等情况都是存在的，使得企业人力资源的成本大，但如果采用无人起重机设备，则可解决这一问题。

智能无人化起重机的发展越来越受到用户的青睐，主要体现在一下几点：

专用性：自动起重机都是为了满足部分工艺需求而设计的专用起重机，工艺的复杂性决定起重机的结构特点。

精细化：自动起重机根据控制工艺的要求不同，对结构的特点要求不一，配套的相关机、电、液设备对设备的加工精度、细节等要求极为严格。

高精度：精度是自动起重机的基础，精度越高，成本越高，配套设施精度要求越高。如：承轨梁、轨道、车体、配套件、装配等。

高效率：吊具的防摇结构决定效率的高低，效率也决定将机械的结构强度和成本。机械防摇效率较高、电气防摇效率较低。

专用吊具：专用吊具对于智能无人化起重机尤为重要，合适的吊具一定要配合起重机对载荷吊的起、抓得住、抓的准。

（2）智能无人化起重机的优势

目前国内制造企业均在信息化和自动化方面大力投入，以便在整个企业范围内实现信息的集中管理和共享，提高生产控制的水平和产品质量。在智能、无人化起重机这样的背景下，无人化自动行车的使用范围、规模不断扩大。

优化物流，提高作业效率；避免人为失误；杜绝人身安全事故；提高产品质量；节约人工成本；免于恶劣环境作业。

（3）智能无人化起重机典型架构

中控室

库管系统（服务器，操作站）；库区管理PLC，与库管系统接口，与库区地面设备接口；中控室操作台；通讯系统。

车载系统

变频驱动系统；PLC控制系统；传感器系统，防摇、防撞、测距、激光扫描等；通讯系统。

库区地面

地面控制系统 PLC远程I/O；安全围栏管理；人工操作区域管理；设备维护前管理；车辆装卸区管理；地面网络通讯系统。

（4）智能无人化起重机系统三层架构设计

WMS 系统：计划管理层

WMS系统主要负责库区物料位置的记录和管理，在库区入料和进料作业时，实时记录所有物料位置和高度等数据信息，存入管理系统。同时WMS系统还负责卸料口的分配和管理，当检测到生产线有物料下线时，下发作业指令给起重机执行抓取任务。

ECS系统：设备管理层

负责对设备的健康度以及无人行车作业区的安全进行诊断和管理，同时基于WMS系统的作业指令，自动分配起重机执行相应的抓料任务。在作业较为繁忙或者设备故障时，可自动启动第二台设备作业。

智能无人化起重机执行系统：设备终端

行车自带定位检测装置和控制系统，可根据WMS系统的指令，控制起重机自动运行至目标位置进行抓料任务，此外行车还带有视频监控系统，可以实时将作业画面传递给中控室监控并储存。同时行车还带有安全系统，包括且不限于行车的防撞保护功能、钢丝绳的断裂检测功能、定位系统故障等。

（5）智能无人起重机关键技术

物料防摇技术

普通起重机在工作时，随着大、小车的运行吊具会发生晃动，电气减摇摆对机械结构没有影响，减摆率可达到90%以上，可做到2个摆动周期内摆动幅度小于30mm，如配合起重机定位摆动小于5mm，其调节原理如下：

自动定位

自动行车对定位功能要求较高，且需要防摇功能配合，减速曲线自动生成的位置控制模式，系统根据当前速度自动计算所需的减速停止距离，在距离目标位置的距离达到该值时，PLC系统给驱动器发出减速停止的曲线，变频器按此执行，定位精度误差不大于5mm。

各机构位置定位方法：

起升机构定位：绝对值编码器

水平运动位置检测：激光测距仪、直线编码器（条码带、光栅尺、磁尺等）

3D轮廓扫描技术

通过3D扫描定位待处理物料，并控制起重机自动定位。

智能吊具

针对不同应用场合，使用不同的智能吊具，采用智能检测技术实时检测吊具状态，实现从有人到无人转变。

（6）智能无人化起重机技术难点

对工艺过程的分析和理解：作为现代企业重要的物流转运设备，需根据其特性和工艺进行设计，符合其控制的要求。机械结构的多样化：基本上每一台都需要根据工艺要求进行设计，难度大，样式和种类繁多，可借鉴和利用程度低。

吊具的多样化：吊具是制约自动化起重机发展的关键因素，吊具的种类复杂，跨的领域较多，而且

是需要根据客户的实际使用效果不断验证和调整。

控制系统的复杂程度：行业共识：机械结构和吊具越简单的起重机，控制系统越复杂，基数要求越简单的，风险程度越大。即使同一客户每台起重机根据吊装物的变化、安装的位置、使用的环境等不一致，起重机的控制系统都需要根据工艺需求进行变化，没有标准化的自动起重机。

（7）智能无人化起重机的风险和机遇

风险

智能无人化起重机基本上需要定制开发，每一个用户车间环境、设备不同、工艺要求不同等原因

智能起重机没有完全相同的。

智能无人化起重机相对普通起重机设计、生产及调试周期较长。

成本增加。

机遇

提高生产效率，降低劳动强度；和工厂设备配合，可提高竞争力；提高产品质量和品质；降低产品

成本。

2 经典案例介绍

（1）智能加料起重机

该起重机的成功研发打破了国外垄断，不但为镍铁冶炼行业，也可以应用于铬合金、锰合金、硅锰

合金、电石等产业的生产中，为生产企业带来巨大的经济效益和社会效益。

智能加料起重机主要特点

机械部分：作为电炉上料的关键设备，可靠性至关重要，该机具备：工作级别：A8，起重量：32t，自重约79t，起升速度：20m/min，大车速度：78m/min，小车速度：40m/min，各机构采用2台电机+2台减速机+1个卷筒的驱动方式，正常时2个电机同时出力，单台驱动故障时，另外一台还可以继续运行。大车采用4台驱动机构，小车采用2台驱动机构，任意一套出现问题，不影响设备继续运行。

电气部分：控制系统采用美国A B公司的1756系列PLC+PF750系列变频器+Controlnet冗余网络+2711系列触摸屏组成。系统分为四个部分，车上电气室+小车远程柜+车间控制室+地面远程柜+中控室远程柜组成，具备：中控室自动控制+车间控制室自动控制+车间控制室手动控制+现场遥控控制的操作模式。车间夏季最高温度可达65℃以上，控制系统运行至今仍然在继续稳定、可靠、安全的运行。

自动化部分：国内首台自主知识产权的自动化起重机，具备如下功能：

（1）多种操作模式任意切换；（2）不同状态安全可靠的运行；（3）自动绕行（避免触碰电极桶）；（4）单仓、多仓自动加料；（5）精确定位≤±5mm，最高可到≤±2mm；（6）起升同步和载荷自动分配，误差<3%；（7）远程协助、远程调试。

智能加料起重机拓扑图

智能加料起重机使用效果

该智能加料起重机投入使用以来，与普通加料起重机相比：生产效率提高83%、人力成本降低58%、能耗降低35%，但设备初期投资增加39%。

（2）智能提升机

该提升机是用于某集团组件厂的太阳能光伏组件生产过程中各种货物的转运。该工厂是国内首个光伏产业无人化黑灯工厂，项目建成之后具备从WMS->MES->PLC->机器的无缝集成。

我司提供的智能提升机具备接收 MES、A MS(AGV管理系统)和流水线等进行对接和执行的功能。并将各个提升机的状态信息反馈给MES、AMS等的功能。具备无人化、自动化、智能化的功能，具备定位精度高(≤±3m m)、平层准确、门口间隙小(AGV车轮小)、安全可靠、保护功能完善、故障率低等特点。

该提升机不但可用于自动化、无人化、智能化的多层建筑的厂房内，而且可以用于重工业、轻工业等多种场合。

智能提升机主要特点

机械部分：作为工业4.0厂房的主要设备之一，起到了楼层之间货物中转的作用，因此对设备的可靠性至关重要，该机具备：静载起重量：2.5t，提升速度：18m/m i n，平层精度≤±5mm，门坎间隙≤10m m（国标30mm），AGV进出时平层精度≤±5mm，采用1台电机+2台减速机+2个卷筒的驱动方式，带防坠落装置。

电气部分：每台提升机的控制系统采用汇川AM610系列PLC+H3U系列PLC+CS710变频器+网络组成。系统分为三个部分，分车上电气柜+轿厢远程柜+楼层控制盒，具备：检修模式(手动操作)+自动模式（操作方式和客梯一样）+远程控制模式（无人化运行）。

自动化部分：国内首台具有完全自主知识产权的智能化提升机，具备如下功能：

（1）设有HTMS（提升机管理及调度系统；（2）和AMS（AGV管理及调度系统）通讯及控制；（3）和MES通讯及控制；（4）HTMS和AMS采用标准以太网通讯；（5）通讯中断自动恢复功能；（6）多种操作模式任意切换，不同状态安全可靠的运行（7）平层精度≤±5mm，门坎间隙≤10m m，重负载不下沉；（8）远程管理、调试、检修功能。

车间输送设备

智能提升机使用效果

该智能提升机与传统提升机相比，生产效率提高95%，人力成本降低39%，能耗降低35%。