一种天车钢卷防摇控制的方法与流程

1.本发明涉及工业自动化技术领域，具体为一种天车钢卷防摇控制的方法。


背景技术：

2.在天车吊装作业过程中，由于吊物惯性的原因，在起吊时或到达停车位时吊物会不可避免的发生摇摆，天车操作工可能会打反车抑制吊物的摇摆，严重影响天车的作业效率、设备寿命，甚至存在一定的安全风险，尤其是再天车吊装钢卷时，摇摆现象更加严重，随着现代物流快速发展，对天车吊运的效率和精度提出更高要求，防摇控制已成为业内关注的焦点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种天车钢卷防摇控制的方法，天车包括有大车轨道和小车轨道，小车轨道滑动连接大车轨道上，小车轨道上滑动连接有小车，大车轨道上连接有格雷母线，小车轨道上连接有感应天线，感应天线靠近格雷母线；小车轨道上连接有格雷母线，所述的小车上连接有感应天线，感应天线靠近格雷母线。
4.进一步的，所述的大车轨道上连接有安装支架，安装支架设有多个，多个安装支架沿大车轨道线性均布，格雷母线连接在多个安装支架上。
5.进一步的，所述的小车轨道上设有安装支架，安装支架设有多个，多个安装支架沿小车轨道线性均布，格雷母线连接在多个安装支架上。
6.进一步的，所述的小车上设有钢丝绳卷筒、起升电机和减速机，天车主钩通过钢丝绳连接在钢丝绳卷筒上，起升电机连接在减速机上，减速机与钢丝绳卷筒连接，钢丝绳卷筒转轴上连接有编码器，天车主钩上吊装有钢卷。
7.格雷母线利用单匝线圈的感应原理,当感应天线通入交变电流时，在感应天线附近会产生交变磁场。格雷母线近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对格雷母线芯线会产生感应电动势。发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线上。格雷母线的地址检测单元对接收到的信号进行相位比较，交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，地址为“1”，这样感应的地址信息是格雷码排列,永不重复，由此确定移动的感应天线6在格雷母线4长度方向上的位置。
8.格雷母线采用非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以辅助天车实现自动走行；通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高；不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，抗干扰能力强。
9.编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置。绝对值编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过
读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码。
10.进一步的，还包括有控制系统，控制系统包括有plc、小车轨道变频器和小车变频器，小车轨道连接有小车轨道驱动电机，小车连接有小车驱动电机，小车轨道变频器与小车轨道驱动电机电性信号连接，小车变频器与小车驱动电机电性连接，小车轨道的格雷母线信号与plc通过dp总线通讯连接，小车的格雷母线信号与plc通过dp总线通讯连接，plc与小车轨道变频器及小车变频器通过dp总线通讯。
11.进一步的，小车在小车轨道上的运动过程分为加速过程、匀速过程和减速过程，加速过程总时间为t，小车的最快速度为v0加速过程包括有如下步骤：a.小车的速度从0加速到v0/2:plc输出逐渐增大的频率值给小车变频器，使用小车做匀加速运动，到t/4时刻结束,t/4时小车的速度为v0/2；b.小车的速度保持v0/2：从t/4时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器，使小车做匀速运动,到t/2时刻结束，小车的速度始终为v0/2；c.小车的速度从v0/2加速到v0：从t/2时刻开始，plc输出逐渐增大的频率值给小车变频器，使小车做匀加速运动，到3t/4时刻结束，3t/4时小车的速度为v0。
12.进一步的，所述小车的匀速过程为，从3t/4时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器使小车做匀速运动，到t时刻结束，小车的速度始终为v0。
13.进一步的，所述的减速过程包括有如下步骤：d.小车的速度从v0减速到v0/2：从t1时刻开始，plc输出逐渐减小的频率值给小车变频器，使小车做匀减速运动，到t1＋（t/4）时刻结束，t1＋（t/4）时刻小车的速度始终为v0/2；e. 小车的速度保持v0/2：从t1＋（t/4）时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器，使小车做匀速运动,到t1＋（t/2）时刻结束，小车的速度始终为v0/2；f. 小车的速度从v0/2减速到0：从t1＋（t/2）时刻开始，plc输出逐渐减小的频率值给小车变频器，使小车做匀减速运动，到t1＋（3t/4）时刻结束，t1＋（3t/4）时刻小车的速度为0。
14.若小车运动起点与终点的距离小于3v0*（t/4），则小车的最快速度为v0=4s/3t,公式中：s为小车运动起点与终点的距离；t为小车加速的时间。
15.进一步的，在天车挂钩空钩时，钢丝绳卷筒上的钢丝绳的长度为l,l为钢丝绳卷筒与竖直线的切点至天车主钩重心位置之间距离；在天车主钩吊装钢卷后，钢丝绳卷筒上的钢丝绳的长度计算公式为：l
吊
=l+l1+l2+l
3-l4；l4=[m1/（m1+m2）]/（l1+l2+l3）；公式中，l
吊
为天车主钩吊装钢卷后钢丝绳卷筒与竖直线的切点至天车主钩重心位置之间距离；l1为主钩重心与钢卷上表面的距离；l2为钢卷的厚度；l3为钢卷的内孔直径；l4为天车主钩吊装钢卷时的重心偏移量；m1为天车主钩的质量；m2为钢卷的质量。
[0016]
本发明将小车3、钢丝绳和钢卷假设为一个单摆，将小车和吊物看作一个质点，钢丝绳长度不可拉伸，质量忽略不计，忽略空气阻力，t即为单摆的周期，l为摆长，通过这种假设，有效便捷的对小车3和钢卷的摆动进行分析，从而判断分析并确定小车3的加速过程、匀速过程和减速过程。
[0017]
本发明的有益效果是：1.设有格雷母线和感应天线，格雷母线采用非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以辅助天车实现自动走行；通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高；不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，抗干扰能力强；2.设有编码器，方便检测天车主钩的高度，无需添加其他复杂的零部件，无需改动天车现有机械机构，使用简单方便；3.通过plc控制变频器的方式进行小车运行速度的变化，使用简单准确性高；4.本发明有效抑制了天车吊装钢卷时的摆动，提高了使用安全性，有效延长设备寿命，提高了天车的运行效率，降低货物损害和人员受伤的风险。
附图说明
[0018]
图1为本发明中天车的结构示意图；图2为本发明中天车的小车的结构示意图；图3为本发明中控制系统的原理图；图4为本发明中小车运行速度曲线图。
[0019]
图中：1.大车轨道；2.小车轨道；3.小车；4.格雷母线；5.安装支架；6.感应天线；7.钢丝绳卷筒；8.起升电机；9.减速机；10.编码器。
具体实施方式
[0020]
如图1-图2所示，本发明一种天车钢卷防摇控制的方法，天车包括有大车轨道1和小车轨道2，小车轨道2滑动连接大车轨道1上，小车轨道2上滑动连接有小车3，大车轨道1上连接有格雷母线4，小车轨道2上连接有感应天线6，感应天线6靠近格雷母线4；小车轨道2上连接有格雷母线4，所述的小车3上连接有感应天线6，感应天线6靠近格雷母线4。
[0021]
进一步的，所述的大车轨道1上连接有安装支架5，安装支架5设有多个，多个安装支架5沿大车轨道1线性均布，格雷母线4连接在多个安装支架5上。
[0022]
进一步的，所述的小车轨道2上设有安装支架5，安装支架5设有多个，多个安装支架5沿小车轨道2线性均布，格雷母线4连接在多个安装支架5上。
[0023]
进一步的，所述的小车3上设有钢丝绳卷筒7、起升电机8和减速机9，天车主钩通过钢丝绳连接在钢丝绳卷筒7上，起升电机8连接在减速机9上，减速机9与钢丝绳卷筒7连接，钢丝绳卷筒7转轴上连接有编码器10，天车主钩上吊装有钢卷。
[0024]
进一步的，还包括有控制系统，控制系统包括有plc、小车轨道变频器和小车变频器，小车轨道2连接有小车轨道驱动电机，小车3连接有小车驱动电机，小车轨道变频器与小车轨道驱动电机电性信号连接，小车变频器与小车驱动电机电性连接，小车轨道2的格雷母线4信号与plc通过dp总线通讯连接，小车3的格雷母线4信号与plc通过dp总线通讯连接，plc与小车轨道变频器及小车变频器通过dp总线通讯。
[0025]
格雷母线4利用单匝线圈的感应原理,当感应天线6通入交变电流时，在感应天线6附近会产生交变磁场。格雷母线4近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,每对格雷母线4芯线会产生感应电动势。发射单元地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的感应环线
上。格雷母线4的地址检测单元对接收到的信号进行相位比较，交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，地址为“1”，这样感应的地址信息是格雷码排列,永不重复，由此确定移动的感应天线6在格雷母线4长度方向上的位置。
[0026]
格雷母线4采用非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以辅助天车实现自动走行；通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高；不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，抗干扰能力强。
[0027]
编码器10由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置。绝对值编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码。编码器10优先选择多圈绝对值型。
[0028]
进一步的，小车3在小车轨道2上的运动过程分为加速过程、匀速过程和减速过程，小车3运行速度曲线图如图4所示，小车的加速过程总时间为t，小车3的最快速度为v0加速过程包括有如下步骤：a.小车3的速度从0加速到v0/2:plc输出逐渐增大的频率值给小车变频器，使用小车3做匀加速运动，到t/4时刻结束,t/4时小车3的速度为v0/2；b.小车3的速度保持v0/2：从t/4时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器，使小车3做匀速运动,到t/2时刻结束，小车3的速度始终为v0/2；c.小车3的速度从v0/2加速到v0：从t/2时刻开始，plc输出逐渐增大的频率值给小车变频器，使小车3做匀加速运动，到3t/4时刻结束，3t/4时小车3的速度为v0。
[0029]
进一步的，所述小车3的匀速过程为，从3t/4时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器使小车做匀速运动，到t时刻结束，小车3的速度始终为v0。
[0030]
进一步的，所述的减速过程包括有如下步骤：d.小车3的速度从v0减速到v0/2：从t1时刻开始，plc输出逐渐减小的频率值给小车变频器，使小车3做匀减速运动，到t1＋（t/4）时刻结束，t1＋（t/4）时刻小车3的速度始终为v0/2；e. 小车3的速度保持v0/2：从t1＋（t/4）时刻开始，plc输出固定的频率值给小车变频器，使小车3做匀速运动,到t1＋（t/2）时刻结束，小车3的速度始终为v0/2；f. 小车3的速度从v0/2减速到0：从t1＋（t/2）时刻开始，plc输出逐渐减小的频率值给小车变频器，使小车3做匀减速运动，到t1＋（3t/4）时刻结束，t1＋（3t/4）时刻小车3的速度为0。
[0031]
若小车3运动起点与终点的距离小于3v0*（t/4），则小车3的最快速度为v0=4s/3t,公式中：s为小车3运动起点与终点的距离；t为小车3加速的时间。
[0032]
进一步的，在天车挂钩空钩时，钢丝绳卷筒7上的钢丝绳的长度为l,l为钢丝绳卷筒与竖直线的切点至天车主钩重心位置之间距离；在天车主钩吊装钢卷后，钢丝绳卷筒7上的钢丝绳的长度计算公式为：l
吊
=l+l1+l2+l
3-l4；
l4=[m1/（m1+m2）]/（l1+l2+l3）；公式中，l
吊
为天车主钩吊装钢卷后钢丝绳卷筒与竖直线的切点至天车主钩重心位置之间距离；l1为主钩重心与钢卷上表面的距离；l2为钢卷的厚度；l3为钢卷的内孔直径；l4为天车主钩吊装钢卷时的重心偏移量；m1为天车主钩的质量；m3为钢卷的质量。
[0033]
本发明将小车3、钢丝绳和钢卷假设为一个单摆，将小车和吊物看作一个质点，钢丝绳长度不可拉伸，质量忽略不计，忽略空气阻力，t即为单摆的周期，l为摆长，通过这种假设，有效便捷的对小车3和钢卷的摆动进行分析，从而判断分析并确定小车3的加速过程、匀速过程和减速过程。
[0034]
实施例一：使用本发明方法，对某企业天车进行改造，实现了钢卷的防摇。其中，plc采用西门子s7-1500系列产品，处理器选用6es7 516-3an01-0ab0，电源选用6ep1 332-4ba00，导轨选用6es7 590-1ac40-0aa0，存储卡选用6es7 954-8lc03-0aa0，dp通讯模块选用6gk7542-5dx00-0xe0，绝对值编码器选用psm58n-f2aagr0bn-1213，大车行走变频器选用acs880-01-072a，小车行走变频器选用acs880-01-025a。
[0035]
摆长计算：天车用吊起钢卷时，编码器实测数据l为10.2m，夹具重心与钢卷上表面的距离l1为0.66m，钢卷厚度l2为0.48m，钢卷内半径l3为0.24m，夹钳重量为1.35t，钢卷重量为8.56t，根据公示，计算出实际摆长吊为10.036m。
[0036]
加速过程：第一次加速时，从0时刻开始加速，第1.602s时刻，小车速度从0加速至0.458m/s。
[0037]
匀速过程，从第1.602s至第3.195s时刻，保持0.458m/s的速度运行。
[0038]
第二次加速时，从第3.195s至第4.83s时刻，小车速度从0.458m/s加速至0.917m/s，此时，加速完毕。
[0039]
减速过程：第一次减速时，从0时刻开始减速，第1.61s时刻，小车速度从0.917m/s减速至0.454m/s。
[0040]
匀速过程，从第1.61s至第3.21s时刻，保持0.454m/s的速度运行。
[0041]
第二次减速时，从3.21s时刻第4.82s时刻，小车速度从0.454m/s减速至0，此时，减速完毕，停车。