專利名稱：一種用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于國家在大力倡導節(jié)能減排的主張，而且目前人力成本越來越高，所以無人操作全自動產(chǎn)品倍受青睞。在鋼鐵行業(yè)尤其如此。中國的鋼鐵企業(yè)中向來是員工眾多，通常一個崗位都是幾個人，人力成本壓力很大。因此國內(nèi)主要鋼鐵企業(yè)都開始進行起重機的自動化改造，在新建項目中也在極力推廣自動化起重機，但是橋式起重機的自動化應(yīng)用中最大的一個障礙就是起升載荷的搖擺問題無法解決。這是由于小車的加減速和負載的提升動作以及外界因素會引起起重載荷的來回擺動，這不但增加了事故發(fā)生的可能性，而且嚴重影響了生產(chǎn)作業(yè)效率的提高。80年代前，一般都是手動操作，雖然依靠起重機操作員的操作 經(jīng)驗可以實現(xiàn)負載的消擺和定位，但是由于熟練起重機操作員的訓練周期長和工作強度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制，因此迫切要求出現(xiàn)橋式起重機的自動訪搖控制系統(tǒng)，以解決對操作員經(jīng)驗的過分依賴性，從而大幅度的提高工作效率。但是電子防搖和自動作業(yè)控制系統(tǒng)核心技術(shù)一直是掌握在外方手中，而且不作為軟件單獨出售，只隨硬件配套銷售，造成全自動起重機電控部分價格昂貴。因此對電子防搖進行研究，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的起重機自動作業(yè)控制系統(tǒng)就顯得十分必要了。目前國內(nèi)外在橋式起重機的電子防搖的應(yīng)用上還罕有案例可循，主要還是岸邊起重機的電子防搖技術(shù)的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型提供一種有效地解決方案，實現(xiàn)一種用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)，將實現(xiàn)有效防止起重機起升載荷在運行過程中搖擺的問題，從而的節(jié)省大量人力成本，并且也會是人身傷亡的重大安全事故率大幅度降低。而且也將為起重機的全自動控制實現(xiàn)提供有效，從而大幅度提聞生廣效率。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)包括起升變頻器、小車變頻器、起重機PLC、小車編碼器和電子防搖控制器；起升變頻器、小車變頻器與起重機PLC相連；小車編碼器、起升編碼器與電子防搖控制器相連；電子防搖控制器與起重機PLC相連。電子防搖控制器包括RS 485電路、SPC3電路、小車編碼器接口電路、起升編碼器接口電路、NOR Flash芯片、AND Flash芯片、DDR RAM芯片、鍵盤電路、顯示設(shè)備電路，各電路均與CPU相連。綜合國內(nèi)外的電子防搖系統(tǒng)的應(yīng)用情況，目前主要分為兩大類I.運行整個過程通過防搖技術(shù)使載荷不產(chǎn)生搖擺。2.運行過程中通過防搖技術(shù)利用載荷的搖擺產(chǎn)生最優(yōu)搖擺曲線進行拋料和取料。不過第二種方式主要是應(yīng)用于卸船機領(lǐng)域，對普通橋式起重機而言，電子防搖的目的是使載荷不產(chǎn)生搖擺，所以要采用第一種模式，本次實用新型將重點開發(fā)第一種形式的防搖技術(shù)。該技術(shù)將實現(xiàn)在運行過程中載荷不產(chǎn)生大幅度的搖擺，在運行到目標位置時，起升機構(gòu)處于可以立即進行取料或放料的工作狀態(tài)。由力學模型可知，起升機構(gòu)吊運載荷在起重機運行過程中可以視為一個簡諧單擺，所以在理論狀態(tài)下，在小車開始減速時，如果載荷的偏擺角以及角速度均接近零時，然后小車按照載荷單擺周期T開始減速，在不考慮外界的干擾(主要是風的影響、吊物傾斜等)下，小車到達目標位置停止時，吊物也應(yīng)該停止在目標位置，不會發(fā)生擺動。事實上，由于客觀的一些外界干擾存在，在小車到達目標位置停止時，吊物還是會在一定范圍內(nèi)發(fā)生擺動，不過在此基礎(chǔ)上對吊物進行防遙微調(diào)既可達到定位精度的要求。本實用新型的有益效果是實現(xiàn)了有效防止起重機載荷的搖擺問題，將電子防搖技
術(shù)國產(chǎn)化，填補國內(nèi)技術(shù)相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)空白，同時減少了起重機操控人員，降低了人員成本和人身傷亡的事故率，提高了生產(chǎn)效率。

圖I是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型控制器電路圖。圖3是本實用新型控制系統(tǒng)圖。圖4是本實用新型位置輸入波形圖圖5是本實用新型位置輸出波形圖圖6是本實用新型位置控制規(guī)則表圖7是本實用新型小車運行曲線圖圖8是本實用新型載荷偏擺狀態(tài)不意圖
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施例。實施例I.系統(tǒng)構(gòu)成整機電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，為了簡化起重機改造工作量，使本實用新型那個簡單方便地應(yīng)用到現(xiàn)有起重機上，所以整個系統(tǒng)將與起重機的原有PLC進行通訊，從而由原PLC實現(xiàn)對起重機的動作控制，并且從原PLC采集主要的控制數(shù)據(jù)，這樣在原有基礎(chǔ)上增加本實用新型控制器和小車編碼器、起升編碼器即可實現(xiàn)電子防搖功能。本實用新型的工作流程是由本實用新型控制器通過通訊方式采集原PLC的運行指令信號、小車速度信號，直接增加的小車位置編碼器和起升位置編碼器采集小車位置和起升高度的信號，然后依據(jù)單擺模型進行實時速度調(diào)節(jié)，進而控制小車的運行速度和運行方向，從而實現(xiàn)載荷的防搖功能。2.控制器構(gòu)成本實用新型控制器為核心部件，負責所有數(shù)據(jù)的采集和速度控制功能，其結(jié)構(gòu)圖見圖2。由于本實用新型要求快速的對速度進行響應(yīng)和計算，所以要采用高速的CPU做為中央處理器，本實例采用ARM9芯片完成。由于ARM9芯片只是中央處理器，要能夠工作還需要外圍芯片配合，所以圍繞CPU將需要Nor Flash芯片、And Flash芯片、DDR RAM芯片來保證CPU正常運行。另外需要與PLC進行通訊,本實例采用西門子的PLC,由于西門子PLC主要采用Profibus通訊,但是本實例的控制器ARM9作為CPU是不能夠直接通過Profibus與PLC進行通訊的，所以增加了西門子的通訊接口芯片SPC3和RS485接口電路完成控制器CPU與PLC之間的通訊。另外為了便于現(xiàn)場監(jiān)視數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置，所以還增加了鍵盤電路進而顯示設(shè)備電路。3.工作原理起升機構(gòu)吊運載荷在起重機運行過程中可以視為一個簡諧單擺，由力學模型可知，在理論狀態(tài)下，在開始減速時，如果載荷的偏擺角以及角速度均接近零時，然后小車按照載荷單擺周期T開始減速，在不考慮外界的干擾(主要是風的影響、吊物傾斜等)下，小車到達目標位置停止時，吊物也應(yīng)該停止在目標位置，不會發(fā)生擺動。事實上，由于客觀的一 些外界干擾存在，在小車到達目標位置停止時，吊物還是會在一定范圍內(nèi)發(fā)生擺動，不過在此基礎(chǔ)上對吊物進行防遙微調(diào)既可達到定位精度的要求。為了實現(xiàn)這一功能需要搭建自控系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)圖如圖3所示，由于起重機系統(tǒng)的數(shù)學模型自身具有非線性特性和不確定性，因此將不依賴數(shù)學模型且能適應(yīng)不確定性的模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用到該控制器中。模糊控制可以模仿起重機司機的實際操作經(jīng)驗，建立模糊控制規(guī)則庫，消除負載擺動。在模糊控制系統(tǒng)中，設(shè)計了 2個模糊控制器，模糊位置控制器的輸入為小車的速度與速度參考曲線之差，輸出為控制作用ul，模糊防擺控制器的輸入有兩個擺角Θ，擺角速度d Θ /dt ;輸出為控制作用u2。其位置輸入波形圖見圖4，位置輸出波形圖見圖5，位置變量控制規(guī)則表見圖6。在此控制系統(tǒng)的作用下，小車將根據(jù)小車運行速度計算和起升的高度計算出載荷與小車的夾角，從而計算出每一個瞬時小車應(yīng)該運行的速度，如圖7所示為小車的速度與時間曲線圖。圖7中各個參數(shù)的含義如下t2小車第一段加速時間t3小車第一段加速后勻速運行時間，通過數(shù)學模型計算出t4第二段加速時間t5勻速運行時間，根據(jù)電機所帶的編碼器檢測出停止的位置t6小車第一段減速停止時間，通過數(shù)學模型計算出t7模糊控制所用的時間，通過數(shù)學模型計算出在上述基礎(chǔ)理論條件下，根據(jù)起重機的工作工況，能夠計算出各相關(guān)機構(gòu)運行控制參數(shù)，為實際控制程序提供基礎(chǔ)，可以極限尺寸下進行計算，實現(xiàn)在小車運行時載荷不發(fā)生搖擺。小車運行時，載荷偏擺狀態(tài)見圖8，可見在放搖擺控制系統(tǒng)參與控制之后，小車在啟動和停止時載荷是基本處于靜止狀態(tài)。4.軟件編制依據(jù)上述控制系統(tǒng)模型和通訊協(xié)議編制本實用新型的控制器的軟件，建立模糊控制數(shù)據(jù)表，編寫實現(xiàn)系統(tǒng)的模糊控制模型的程序模塊，實現(xiàn)控制器的操作功能，完成整個系統(tǒng)的構(gòu)建。
權(quán)利要求1.一種用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)，其特征在于該用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)包括起升變頻器、小車變頻器、起重機PLC、小車編碼器和電子防搖控制器；起升變頻器、小車變頻器與起重機PLC相連；小車編碼器、起升編碼器與電子防搖控制器相連；電子防搖控制器與起重機PLC相連；電子防搖控制器包括RS 485電路、SPC3電路、小車編碼器接口電路、起升編碼器接口電路、NOR Flash芯片、AND Flash芯片、DDR RAM芯片、鍵盤電路、顯示設(shè)備電路，各電路均與CPU相連。
專利摘要本實用新型公開了一種用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)。其特征是該用于起重機的電子防搖控制系統(tǒng)包括起升變頻器、小車變頻器、起重機PLC、小車編碼器和電子防搖控制器；起升變頻器、小車變頻器與起重機PLC相連；小車編碼器、起升編碼器與電子防搖控制器相連；電子防搖控制器與起重機PLC相連。電子防搖控制器包括RS485電路、SPC3電路、小車編碼器接口電路、起升編碼器接口電路、NORFlash芯片、ANDFlash芯片、DDRRAM芯片、鍵盤電路、顯示設(shè)備電路均與CPU電路相連。
文檔編號B66C13/48GK202625634SQ20122015112
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者周德峰 申請人:大連寶信起重技術(shù)有限公司