一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统的制作方法
本发明属于防摇技术领域，尤其涉及一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统。
背景技术：
由于国家在大力倡导节能减排的主张，而且目前人力成本越来越高，所以无人操作全自动产品倍受青睐。目前集装箱的搬运已经使用起重机进行搬运，然而在搬运的过程中起升载荷的摇摆问题成了最大的一个障碍，这是由于小车的加减速和负载的提升动作以及外界因素会引起起重载荷的来回摆动，这不但增加了事故发生的可能性，而且严重影响了生产作业效率的提高。
目前的集装箱起重机防摇控制系统不能对载荷小车和升降装置进行有效监测，只是简单的对载荷小车和升降装置的运行速度进行调整，没有调整依据和调整参数，使得实用性能远远不足，另需要人工进行控制和调整，浪费劳动力。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统，旨在解决目前的集装箱起重机防摇控制系统不能够对起重机起升集装箱在运行过程中的摇摆参数进行有效检测，不能更好地防止集装箱的大幅度摇摆，智能化程度不高，实用性不强的问题。
本发明是这样实现的，一种智能集装箱起重机电气防摇控制系统，包括输入装置和PLC控制器，所述输入装置包括角度传感器、称重传感器、第一速度传感器、第一加速度传感器、第二速度传感器和第二加速度传感器；所述输入装置的输出端与采集数据控制模块的输入端电性连接；所述PLC控制器的输入端分别与输入模块、供电模块、存储器和操作模块的输出端电性连接；所述PLC控制器的输出端分别与第一继电器、第一变频器、第二继电器、第二变频器、警示灯、蜂鸣器和模拟模块的输入端电性连接；所述第一变频器的输出端与第一PLC驱动器的输入端电性连接；所述第二变频器的输出端与第二PLC驱动器的输入端电性连接。
进一步，所述采集数据控制模块的输出端与输入模块的输入端电性连接。
所述第一继电器的输出端与第一PLC驱动器的输入端电性连接。
所述第二继电器的输出端与第二PLC驱动器的输入端电性连接。
进一步，PLC控制器采用PID模糊自整定算法进行在线自整定；PID模糊自整定算法选择位置式不完全微分形式：
其中，uk：PID算法的第k次采样输出控制量；ek：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k次采样偏差值；ei：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第i次采样偏差值；第k次采样不完全微分输出量；ek-1：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k-1次采样偏差值；tf：微分增益；T0：采样周期；
在控制过程中，PID控制器的参数需根据当前的状态进行调整：
式中αP，αI和αD分别为通过模糊推理计算出的修正系数，KP，KI和KD分别为基本的比例、积分和微分系数。
进一步，第一速度传感器和第二速度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数均表示为：
其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0＜a,b＜α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)<p>＝|x(t)|<p>sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]＜p＞＝|x(t)|p-1x*(t)；
所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的接收信号y(t)均表示为：
y(t)＝x(t)+n(t)；
其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声，x(t)的解析形式表示为：
其中，N为采样点数，an为发送的信息符号，在MASK信号中，an＝0，1，2，…，M-1，M为调制阶数，an＝ej2πε/M，ε＝0,1,2,…,M-1，g(t)表示矩形成型脉冲，Tb表示符号周期，fc表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；
所述角度传感器的时频重叠MASK的信号模型表示为：
其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，si(t)为时频重叠信号的信号分量，表示为式中Ai表示信号分量的幅度，ai(m)表示信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，Ti表示信号分量的码元周期，fci表示信号分量的载波频率，表示信号分量的相位；
所述采集数据控制模块利用得到的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行：
(1)对接收信号s(t)进行非线性变换，按如下公式进行：
其中A表示信号的幅度，a(m)表示信号的码元符号，p(t)表示成形函数，fc表示信号的载波频率，表示信号的相位，通过该非线性变换后得到：
(2)构造n个信号的多径空间为：
其中，Q为采样点数，K为最大时延，由最大探测距离Rmax/c得到，其中xreci(t)为参考信号，Rmax为最大探测距离，c为光速；
(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径，将求min||Ssur-Xref·α||2转化为求得出：
代入αestim，解得：
其中，Ssur为回波通道信号，α为自适应权值，αestim为α的估计值，为Xref的转置，Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。
进一步，所述采集数据控制模块接收信号的信号模型表示为：
r(t)＝x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
其中，xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量，各分量信号独立不相关，n为时频重叠信号分量的个数，θki表示对各个信号分量载波相位的调制，fci为载波频率，Aki为第i个信号在k时刻的幅度，Tsi为码元长度，pi(t)为滚降系数为α的升余弦成形滤波函数，且n(t)是均值为0，方差为σ2的平稳高斯白噪声。
进一步，所述的蜂鸣器具体采用红外线报警器，设置直流电源、红外光发射电路、红外光电转换电路、电平信号放大电路，直流电源包括光源、驱动光源的脉冲发生电路、总控制电路和电源电池、光线报警器壳体，光线报警器壳体包括圆柱型的底座和圆弧型的上盖，光源为具体为嵌入上盖的至少一组红色高亮发光二极管LED，每组红色高亮发光二极管LED包括2只轴线相互垂直的红色高亮发光二极管LED，总控制电路控制所述脉冲发生电路的脉冲占空比和脉冲宽度，控制连续8个脉冲点亮高亮发光二极管LED，总控制电路控制音频和脉冲发生器输出低音频信号给低音喇叭，音频信号的频率与光线报警器壳体的共振频率一致，报警器壳体的基体开设若干小孔，基体内壁开设若干小孔的区域粘覆有憎水的超滤膜材料，设置有内藏式按钮，电源电池的下面和周边设置有保温材料，红外光发射电路由红外发光二极管、电阻及线性电位器组成，红外发光二极管选用的型号为SE303，红外发光二极管正极通过电阻接线性电位器一端，线性电位器另一端及其活动端接电路正极，红外发光二极管负极接电路地，红外光电转换电路由红外光敏二极管、电阻、NPN型晶体管、时基电路及电容组成，红外光敏二极管选用的型号为PH202，时基电路选用的型号为NE555。
本发明具有的优点和积极效果是：该智能集装箱起重机电气防摇控制系统，通过第一速度传感器、第二速度传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、角度传感器和称重传感器能够对起重机起升集装箱在运行过程中的摇摆参数和运行参数进行有效检测，更好地防止集装箱的大幅度摇摆，智能化程度高，通过PLC控制器进行控制，自动化程度高，节省人工成本，也可通过操作模块进行人工操作。
本发明的PID模糊自整定算法不仅保持了常规PID控制系统的原理简单、使用方便、鲁棒性较强等特点，而且具有更大的灵活性、适应性、精确性等特性。
本发明集信号接收方法、测试方法、信号处理方法于一体，实现了功能多样化和完全智能化，提高了控制摇摆参数和运行参数的准确度。
本发明利用红外线报警器，提高了报警的高效及时性，实现了快速报警功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能集装箱起重机电气防摇控制系统示意图。
图中：1、输入装置；2、角度传感器；3、称重传感器；4、第一速度传感器；5、第一加速度传感器；6、第二速度传感器；7、第二加速度传感器；8、采集数据控制模块；9、输入模块；10、PLC控制器；11、供电模块；12、存储器；13、操作模块；14、第一继电器；15、第一变频器；16、第二继电器；17、第二变频器；18、警示灯；19、蜂鸣器；20、模拟模块；21、第一PLC驱动器；22、第二PLC驱动器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的智能集装箱起重机电气防摇控制系统，包括输入装置1和PLC控制器10，所述输入装置1包括角度传感器2、称重传感器3、第一速度传感器4、第一加速度传感器5、第二速度传感器6和第二加速度传感器7；所述输入装置1的输出端与采集数据控制模块8的输入端电性连接；所述PLC控制器10的输入端分别与输入模块9、供电模块11、存储器12和操作模块13的输出端电性连接；所述PLC控制器10的输出端分别与第一继电器14、第一变频器15、第二继电器16、第二变频器17、警示灯18、蜂鸣器19和模拟模块20的输入端电性连接；所述第一变频器15的输出端与第一PLC驱动器21的输入端电性连接；所述第二变频器17的输出端与第二PLC驱动器22的输入端电性连接。
进一步，所述采集数据控制模块8的输出端与输入模块9的输入端电性连接。
所述第一继电器14的输出端与第一PLC驱动器21的输入端电性连接。
所述第二继电器16的输出端与第二PLC驱动器22的输入端电性连接。
进一步，PLC控制器采用PID模糊自整定算法进行在线自整定；PID模糊自整定算法选择位置式不完全微分形式：
其中，uk：PID算法的第k次采样输出控制量；ek：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k次采样偏差值；ei：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第i次采样偏差值；第k次采样不完全微分输出量；ek-1：摇摆参数和运行参数位移设定值与测量值的第k-1次采样偏差值；tf：微分增益；T0：采样周期；
在控制过程中，PID控制器的参数需根据当前的状态进行调整：
式中αP，αI和αD分别为通过模糊推理计算出的修正系数，KP，KI和KD分别为基本的比例、积分和微分系数。
进一步，第一速度传感器和第二速度传感器的数字调制信号x(t)的分数低阶模糊函数均表示为：
其中，τ为时延偏移，f为多普勒频移，0＜a,b＜α/2，x*(t)表示x(t)的共轭，当x(t)为实信号时，x(t)＜p＞＝|x(t)|＜p＞sgn(x(t))；当x(t)为复信号时，[x(t)]＜p＞＝|x(t)|p-1x*(t)；
所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的接收信号y(t)均表示为：
y(t)＝x(t)+n(t)；
其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声，x(t)的解析形式表示为：
其中，N为采样点数，an为发送的信息符号，在MASK信号中，an＝0，1，2，…，M-1，M为调制阶数，an＝ej2πε/M，ε＝0,1,2,…,M-1，g(t)表示矩形成型脉冲，Tb表示符号周期，fc表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；
所述角度传感器的时频重叠MASK的信号模型表示为：
其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，si(t)为时频重叠信号的信号分量，表示为式中Ai表示信号分量的幅度，ai(m)表示信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，Ti表示信号分量的码元周期，fci表示信号分量的载波频率，表示信号分量的相位；
所述采集数据控制模块利用得到的信号对回波信号进行直达波及多径的抑制按以下进行：
(1)对接收信号s(t)进行非线性变换，按如下公式进行：
其中A表示信号的幅度，a(m)表示信号的码元符号，p(t)表示成形函数，fc表示信号的载波频率，表示信号的相位，通过该非线性变换后得到：
(2)构造n个信号的多径空间为：
其中，Q为采样点数，K为最大时延，由最大探测距离Rmax/c得到，其中xreci(t)为参考信号，Rmax为最大探测距离，c为光速；
(3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径，将求min||Ssur-Xref·α||2转化为求得出：
代入αestim，解得：
其中，Ssur为回波通道信号，α为自适应权值，αestim为α的估计值，为Xref的转置，Sother为回波通道中最终所剩的回波和噪声。
进一步，所述采集数据控制模块接收信号的信号模型表示为：
r(t)＝x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
其中，xi(t)为时频重叠信号的各个信号分量，各分量信号独立不相关，n为时频重叠信号分量的个数，θki表示对各个信号分量载波相位的调制，fci为载波频率，Aki为第i个信号在k时刻的幅度，Tsi为码元长度，pi(t)为滚降系数为α的升余弦成形滤波函数，且n(t)是均值为0，方差为σ2的平稳高斯白噪声。
进一步，所述的蜂鸣器具体采用红外线报警器，设置直流电源、红外光发射电路、红外光电转换电路、电平信号放大电路，直流电源包括光源、驱动光源的脉冲发生电路、总控制电路和电源电池、光线报警器壳体，光线报警器壳体包括圆柱型的底座和圆弧型的上盖，光源为具体为嵌入上盖的至少一组红色高亮发光二极管LED，每组红色高亮发光二极管LED包括2只轴线相互垂直的红色高亮发光二极管LED，总控制电路控制所述脉冲发生电路的脉冲占空比和脉冲宽度，控制连续8个脉冲点亮高亮发光二极管LED，总控制电路控制音频和脉冲发生器输出低音频信号给低音喇叭，音频信号的频率与光线报警器壳体的共振频率一致，报警器壳体的基体开设若干小孔，基体内壁开设若干小孔的区域粘覆有憎水的超滤膜材料，设置有内藏式按钮，电源电池的下面和周边设置有保温材料，红外光发射电路由红外发光二极管、电阻及线性电位器组成，红外发光二极管选用的型号为SE303，红外发光二极管正极通过电阻接线性电位器一端，线性电位器另一端及其活动端接电路正极，红外发光二极管负极接电路地，红外光电转换电路由红外光敏二极管、电阻、NPN型晶体管、时基电路及电容组成，红外光敏二极管选用的型号为PH202，时基电路选用的型号为NE555。
下面结合工作原理对本发明的应用作进一步描述。
本发明实施例提供的该智能集装箱起重机电气防摇控制系统，通过第一速度传感器4和第一加速度传感器5对载荷小车的运行参数进行检测，通过第二速度传感器6和第二加速度传感器7对升降装置的运行参数进行检测，通过角度传感器2对升降绳的倾斜角度进行检测，通过称重传感器3对集装箱的重量进行检测，检测参数通过采集数据控制模块8发送到输入模块9中，输入模块9将检测参数发送到PLC控制器10中，PLC控制器10将检测参数通过模拟模块20进行自动模拟，PLC控制器10根据模拟模块20模拟的数据和图像对第一PLC驱动器21和第二PLC驱动器22进行调整，第一PLC驱动器21用于控制载荷小车的运行，第二PLC驱动器22用于控制升降装置的运行，PLC控制器10通过第一继电器14控制第一PLC驱动器21的运行和停止，PLC控制器10通过第一变频器15调整第一PLC驱动器21的运行速度，PLC控制器10通过第二继电器16控制第二PLC驱动器22的运行和停止，PLC控制器10通过第二变频器17调整第二PLC驱动器22的运行速度，通过改变载荷小车和升降装置的运行速度来调集装箱的摇摆幅度，供电模块11为整个系统提供电源，存储器12内有预先存储的调整相关参数和运行计算方法，工作人员也可通过操作模块13进行人工操控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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