专利名称：一种用于起重机的电子防摇控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于起重机的电子防摇控制系统。
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。在钢铁行业尤其如此。中国的钢铁企业中向来是员工众多，通常一个岗位都是几个人，人力成本压力很大。因此国内主要钢铁企业都开始进行起重机的自动化改造，在新建项目中也在极力推广自动化起重机，但是桥式起重机的自动化应用中最大的一个障碍就是起升载荷的摇摆问题无法解决。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。80年代前，一般都是手动操作，虽然依靠起重机操作员的操作 经验可以实现负载的消摆和定位，但是由于熟练起重机操作员的训练周期长和工作强度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制，因此迫切要求出现桥式起重机的自动访摇控制系统，以解决对操作员经验的过分依赖性，从而大幅度的提高工作效率。但是电子防摇和自动作业控制系统核心技术一直是掌握在外方手中，而且不作为软件单独出售，只随硬件配套销售，造成全自动起重机电控部分价格昂贵。因此对电子防摇进行研究，开发具有自主知识产权的起重机自动作业控制系统就显得十分必要了。目前国内外在桥式起重机的电子防摇的应用上还罕有案例可循，主要还是岸边起重机的电子防摇技术的应用。
发明内容为解决上述问题，本实用新型提供一种有效地解决方案，实现一种用于起重机的电子防摇控制系统，将实现有效防止起重机起升载荷在运行过程中摇摆的问题，从而的节省大量人力成本，并且也会是人身伤亡的重大安全事故率大幅度降低。而且也将为起重机的全自动控制实现提供有效，从而大幅度提闻生广效率。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该用于起重机的电子防摇控制系统包括起升变频器、小车变频器、起重机PLC、小车编码器和电子防摇控制器；起升变频器、小车变频器与起重机PLC相连；小车编码器、起升编码器与电子防摇控制器相连；电子防摇控制器与起重机PLC相连。电子防摇控制器包括RS 485电路、SPC3电路、小车编码器接口电路、起升编码器接口电路、NOR Flash芯片、AND Flash芯片、DDR RAM芯片、键盘电路、显示设备电路，各电路均与CPU相连。综合国内外的电子防摇系统的应用情况，目前主要分为两大类I.运行整个过程通过防摇技术使载荷不产生摇摆。2.运行过程中通过防摇技术利用载荷的摇摆产生最优摇摆曲线进行抛料和取料。不过第二种方式主要是应用于卸船机领域，对普通桥式起重机而言，电子防摇的目的是使载荷不产生摇摆，所以要采用第一种模式，本次实用新型将重点开发第一种形式的防摇技术。该技术将实现在运行过程中载荷不产生大幅度的摇摆，在运行到目标位置时，起升机构处于可以立即进行取料或放料的工作状态。由力学模型可知，起升机构吊运载荷在起重机运行过程中可以视为一个简谐单摆，所以在理论状态下，在小车开始减速时，如果载荷的偏摆角以及角速度均接近零时，然后小车按照载荷单摆周期T开始减速，在不考虑外界的干扰(主要是风的影响、吊物倾斜等)下，小车到达目标位置停止时，吊物也应该停止在目标位置，不会发生摆动。事实上，由于客观的一些外界干扰存在，在小车到达目标位置停止时，吊物还是会在一定范围内发生摆动，不过在此基础上对吊物进行防遥微调既可达到定位精度的要求。本实用新型的有益效果是实现了有效防止起重机载荷的摇摆问题，将电子防摇技
术国产化，填补国内技术相应领域的技术空白，同时减少了起重机操控人员，降低了人员成本和人身伤亡的事故率，提高了生产效率。
图I是本实用新型的系统结构示意图。图2是本实用新型控制器电路图。图3是本实用新型控制系统图。图4是本实用新型位置输入波形图图5是本实用新型位置输出波形图图6是本实用新型位置控制规则表图7是本实用新型小车运行曲线图图8是本实用新型载荷偏摆状态不意图
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施例。实施例I.系统构成整机电控系统结构图如图I所示，为了简化起重机改造工作量，使本实用新型那个简单方便地应用到现有起重机上，所以整个系统将与起重机的原有PLC进行通讯，从而由原PLC实现对起重机的动作控制，并且从原PLC采集主要的控制数据，这样在原有基础上增加本实用新型控制器和小车编码器、起升编码器即可实现电子防摇功能。本实用新型的工作流程是由本实用新型控制器通过通讯方式采集原PLC的运行指令信号、小车速度信号，直接增加的小车位置编码器和起升位置编码器采集小车位置和起升高度的信号，然后依据单摆模型进行实时速度调节，进而控制小车的运行速度和运行方向，从而实现载荷的防摇功能。2.控制器构成本实用新型控制器为核心部件，负责所有数据的采集和速度控制功能，其结构图见图2。由于本实用新型要求快速的对速度进行响应和计算，所以要采用高速的CPU做为中央处理器，本实例采用ARM9芯片完成。由于ARM9芯片只是中央处理器，要能够工作还需要外围芯片配合，所以围绕CPU将需要Nor Flash芯片、And Flash芯片、DDR RAM芯片来保证CPU正常运行。另外需要与PLC进行通讯,本实例采用西门子的PLC,由于西门子PLC主要采用Profibus通讯,但是本实例的控制器ARM9作为CPU是不能够直接通过Profibus与PLC进行通讯的，所以增加了西门子的通讯接口芯片SPC3和RS485接口电路完成控制器CPU与PLC之间的通讯。另外为了便于现场监视数据和参数设置，所以还增加了键盘电路进而显示设备电路。3.工作原理起升机构吊运载荷在起重机运行过程中可以视为一个简谐单摆，由力学模型可知，在理论状态下，在开始减速时，如果载荷的偏摆角以及角速度均接近零时，然后小车按照载荷单摆周期T开始减速，在不考虑外界的干扰(主要是风的影响、吊物倾斜等)下，小车到达目标位置停止时，吊物也应该停止在目标位置，不会发生摆动。事实上，由于客观的一 些外界干扰存在，在小车到达目标位置停止时，吊物还是会在一定范围内发生摆动，不过在此基础上对吊物进行防遥微调既可达到定位精度的要求。为了实现这一功能需要搭建自控系统，其控制系统图如图3所示，由于起重机系统的数学模型自身具有非线性特性和不确定性，因此将不依赖数学模型且能适应不确定性的模糊控制系统应用到该控制器中。模糊控制可以模仿起重机司机的实际操作经验，建立模糊控制规则库，消除负载摆动。在模糊控制系统中，设计了 2个模糊控制器，模糊位置控制器的输入为小车的速度与速度参考曲线之差，输出为控制作用ul，模糊防摆控制器的输入有两个摆角Θ，摆角速度d Θ /dt ;输出为控制作用u2。其位置输入波形图见图4，位置输出波形图见图5，位置变量控制规则表见图6。在此控制系统的作用下，小车将根据小车运行速度计算和起升的高度计算出载荷与小车的夹角，从而计算出每一个瞬时小车应该运行的速度，如图7所示为小车的速度与时间曲线图。图7中各个参数的含义如下t2小车第一段加速时间t3小车第一段加速后匀速运行时间，通过数学模型计算出t4第二段加速时间t5匀速运行时间，根据电机所带的编码器检测出停止的位置t6小车第一段减速停止时间，通过数学模型计算出t7模糊控制所用的时间，通过数学模型计算出在上述基础理论条件下，根据起重机的工作工况，能够计算出各相关机构运行控制参数，为实际控制程序提供基础，可以极限尺寸下进行计算，实现在小车运行时载荷不发生摇摆。小车运行时，载荷偏摆状态见图8，可见在放摇摆控制系统参与控制之后，小车在启动和停止时载荷是基本处于静止状态。4.软件编制依据上述控制系统模型和通讯协议编制本实用新型的控制器的软件，建立模糊控制数据表，编写实现系统的模糊控制模型的程序模块，实现控制器的操作功能，完成整个系统的构建。
权利要求1.一种用于起重机的电子防摇控制系统，其特征在于该用于起重机的电子防摇控制系统包括起升变频器、小车变频器、起重机PLC、小车编码器和电子防摇控制器；起升变频器、小车变频器与起重机PLC相连；小车编码器、起升编码器与电子防摇控制器相连；电子防摇控制器与起重机PLC相连；电子防摇控制器包括RS 485电路、SPC3电路、小车编码器接口电路、起升编码器接口电路、NOR Flash芯片、AND Flash芯片、DDR RAM芯片、键盘电路、显示设备电路，各电路均与CPU相连。
专利摘要本实用新型公开了一种用于起重机的电子防摇控制系统。其特征是该用于起重机的电子防摇控制系统包括起升变频器、小车变频器、起重机PLC、小车编码器和电子防摇控制器；起升变频器、小车变频器与起重机PLC相连；小车编码器、起升编码器与电子防摇控制器相连；电子防摇控制器与起重机PLC相连。电子防摇控制器包括RS485电路、SPC3电路、小车编码器接口电路、起升编码器接口电路、NORFlash芯片、ANDFlash芯片、DDRRAM芯片、键盘电路、显示设备电路均与CPU电路相连。
文档编号B66C13/48GK202625634SQ20122015112
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者周德峰 申请人:大连宝信起重技术有限公司