摘要：本論文主要對橋式起重機(jī)上的多種定位技術(shù)進(jìn)行分析和研究，結(jié)合橋式起重機(jī)的特性和要求，開發(fā)了適合橋式起重機(jī)各個機(jī)構(gòu)的定位部件及自動定位控制系統(tǒng)，有助于提高橋式起重機(jī)自動定位控制系統(tǒng)的定位性能和定位精度，減少橋式起重機(jī)在定位過程中故障的發(fā)生，從而使橋式起重機(jī)運(yùn)行更為可靠安全，有利于實(shí)現(xiàn)智能化橋式起重機(jī)的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：定位技術(shù)，橋式起重機(jī)，控制系統(tǒng)

一、引言

橋式起重機(jī)作為特種設(shè)備產(chǎn)品，有其自身的特點(diǎn)和特殊要求，是一種以間隙、重復(fù)工作方式通過起重吊鉤或其他取物裝置升降或平移重物的特種起重機(jī)械產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、交通運(yùn)輸和工礦企業(yè)等部門。近年來，我國提出“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略和“一帶一路”等利好倡議政策，著眼建設(shè)智能制造強(qiáng)國，提升我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，重塑中國智能制造產(chǎn)業(yè)新核心競爭優(yōu)勢，提出智能化工廠的建設(shè)，其市場對智能型橋式起重機(jī)的需求越來越多，也對橋式起重機(jī)的性能和技術(shù)提出了更高的要求。但傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)智能化程度低、定位精度差、故障維修率高，亟需優(yōu)化和改善橋式起重機(jī)定位控制系統(tǒng)。而橋式起重機(jī)要想實(shí)現(xiàn)自動控制作業(yè)，起重機(jī)的定位是最為重要的關(guān)鍵技術(shù)。

二、定位技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化和智能化的廣泛推廣，橋式起重機(jī)中的定位技術(shù)也在不斷發(fā)展和更新。下面介紹幾種在橋式起重機(jī)上應(yīng)用較多的定位方式。

2.1基于機(jī)械式限位開關(guān)的定位

橋式起重機(jī)上起升機(jī)構(gòu)和大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械式限位開關(guān)作定位，是起重機(jī)最為傳統(tǒng)的一種定位形式，主要作用是對橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的安全位置區(qū)域的限制定位。當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定位置時，橋式起重機(jī)上的限位裝置觸動機(jī)械式限位開關(guān)動作，停止相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)朝此方向運(yùn)行。但是，在這種定位形式下，橋式起重機(jī)相應(yīng)機(jī)構(gòu)停止前會產(chǎn)生減速滑行，其定位精度較差。

2.2基于光電檢測定位

光電檢測裝置在橋式起重機(jī)的應(yīng)用主要用于起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)或多臺橋式起重機(jī)之間的防撞檢測定位，主要采用紅外光電檢測和激光測距儀。當(dāng)采用紅外光電檢測時，因橋式起重機(jī)運(yùn)行中存在晃動，通常采用的光電開關(guān)類型為紅外光電發(fā)射元件和反射板的形式，其檢測的距離可選擇設(shè)定，但檢測定位的精度不高，且對使用的工作環(huán)境要求較高。而激光測距儀要比紅外光電檢測精度高，但是激光測距儀對某些顏色存在失真的現(xiàn)象，如激光檢測點(diǎn)發(fā)射到黑色物體表面時，激光檢測儀就檢測不到距離數(shù)據(jù)，同時，激光檢測儀對使用的工作環(huán)境要求較高，成本投入也較大。

2.3基于絕對值編碼器定位

絕對值編碼器是目前最為常用的位置檢測元器件，其具有檢測精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便和安全可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的定位中應(yīng)用最為廣泛。絕對型編碼器是利用二進(jìn)制碼方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并通過物理碼盤來記錄位置，而碼盤位置是唯一確定，在斷電或故障情況下位置值不會丟失，無需進(jìn)行頻繁的校準(zhǔn)，位置記錄實(shí)時準(zhǔn)確。

2.4基于條形碼掃描定位

條形碼掃描定位采用的是條形掃碼器對一定位置鋼尺上的相應(yīng)條形碼進(jìn)行掃描，讀取條形掃碼器的實(shí)時位置信號。由于其條形碼的獨(dú)特性，對安裝要求較高，且對工作環(huán)境要求也較高，一般應(yīng)用在工作環(huán)境較為干凈的橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)上。

三、定位技術(shù)在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

3.1橋式起重機(jī)自動定位控制系統(tǒng)概述

橋式起重機(jī)自動定位控制系統(tǒng)主要由起升定位部件、小車定位部件、大車定位部件、低壓配電部分、PLC控制系統(tǒng)、各個機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng)、操縱控制裝置及HMI、專用抓取裝置、3D激光掃描系統(tǒng)以及電線電纜等組成。 

橋式起重機(jī)自動定位控制系統(tǒng)的基本工作原理是當(dāng)操縱控制臺發(fā)送操縱指令給PLC控制模塊，激光3D掃描系統(tǒng)開啟對所要抓取的物體區(qū)域?qū)崟r位置數(shù)據(jù)采集，同時PLC控制系統(tǒng)結(jié)合起升定位部件、小車定位部件、大車定位部件等的檢測位置距離以及激光3D掃描系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，通過PLC內(nèi)部程序的計算及處理，規(guī)劃出最優(yōu)抓取物體的移動路徑后，分別發(fā)送相應(yīng)的移動指令給起升變頻器、大車變頻器和小車變頻器進(jìn)行相應(yīng)的移動到要抓取物體的位置，通過專業(yè)抓取裝置進(jìn)行物體的抓取。

3.2起升定位部件

橋式起重機(jī)自動定位系統(tǒng)中的起升定位系統(tǒng)采用起升定位絕對值編碼器和高精度起升高度檢測儀相結(jié)合，對起升高度檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，并通過安裝在起升卷筒旁的光電開關(guān)進(jìn)行起升高度的校正，從而對起重機(jī)的高度進(jìn)行自動定位。其中，高度絕對值編碼器采用的是德國倍加福P+F公司的多圈絕對值編碼器PVM58N-011AGR0BN產(chǎn)品，而高度測距儀采用德國易福門IFM的01D405產(chǎn)品。

3.3小車定位部件

小車定位部件采用德國倍加福P+F公司的直線位置編碼系統(tǒng)WCS產(chǎn)品。直線位置編碼系統(tǒng)WCS由感應(yīng)標(biāo)尺和閱讀頭組成，感應(yīng)標(biāo)尺安裝在主梁上，與小車運(yùn)行軌道平行，而閱讀頭安裝在小車架上，閱讀頭與感應(yīng)標(biāo)尺為非接觸式，距離在50mm范圍內(nèi)，當(dāng)小車運(yùn)行時閱讀頭沿感應(yīng)標(biāo)尺移動，可實(shí)時讀出感應(yīng)標(biāo)尺數(shù)值反饋給控制系統(tǒng)。

3.4大車定位部件

大車定位采用國產(chǎn)的格雷母線作為定位測量主部件，德國哥廷公司RFID磁釘做校正模式進(jìn)行校驗(yàn)。格雷母線是采用多組電纜芯線按不同步長的規(guī)律編排制成的一條母線，通過電磁感應(yīng)形成電磁編碼，經(jīng)解析后獲得感應(yīng)裝置的絕對地址信息，以非接觸工作方式，無滑脫和磨損等故障，能夠連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，位置檢測精度達(dá)5毫米，可以實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)大車自動定位。同時，大車位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。

磁釘是一種無源器件，特殊的RFID的線圈通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電壓和電流，為地標(biāo)內(nèi)的微小芯片提供足夠的電力。而磁釘內(nèi)含數(shù)據(jù)儲存單元，使用專用的讀碼器天線能發(fā)出電磁波對其范圍內(nèi)的磁釘供電激活，激活的磁釘能發(fā)出包含儲存信息的電磁波。該橋式起重機(jī)自動定位控制系統(tǒng)的磁釘工作頻率為128KHz,安裝在校驗(yàn)位置處。

3.5激光3D掃描系統(tǒng)

激光3D掃描系統(tǒng)主要用于對起重機(jī)下方生產(chǎn)車間所要抓取的物件進(jìn)行高頻率掃描，獲取所要抓取的物件的外形輪廓，確定所要抓取的物件精確位置，進(jìn)行精確定位。

四、結(jié)束語

通過實(shí)踐對定位技術(shù)的應(yīng)用，該橋式起重機(jī)自動控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，性能可靠，提高了橋式起重機(jī)的定位性能和定位精度，減少了橋式起重機(jī)在定位過程中故障的發(fā)生，提升了橋式起重機(jī)的工作效率，使得橋式起重機(jī)運(yùn)行更為可靠安全，有利于實(shí)現(xiàn)智能橋式起重機(jī)的推廣，能很好地滿足使用要求和各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，從而達(dá)到預(yù)期的使用效果。

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