CN103896157B - 侧面吊同步控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种侧面吊同步控制系统及方法，系统包括：设置在侧面吊的前和后吊机的多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器，多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器的接收器均通过CANBUS总线进行连接，形成CANBUS总线控制网络；多个倾角传感器通过CANBUS总线向PID控制器提供实时检测到的前后吊机的变幅角度信号，无线遥控器的接收器通过无线方式接收无线遥控器的发射器所发射的遥控信号，PID控制器根据遥控信号和变幅角度信号向前后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整比例电磁阀开度的电流，使前后吊机同步运动。本发明能够使侧面吊在起吊和装卸集装箱时运动平稳，防止集装箱较大角度的倾斜造成危险，进而提高了工作效率、安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种侧面吊同步控制系统及方法。
背景技术
目前，国内集装箱侧面吊正处于起步阶段，在学习和借鉴国外的优势产品的基础上逐步提高我国生产产品的性能。目前，我国生产的集装箱侧面吊主要采用液压系统来实现侧面吊前后起重装置的同步运动控制。具体来说，国内侧面吊的液压系统运用负载自适应控制方式，以比例电磁阀来实现无级调速。这种液压系统负载自适应控制方式需要将侧面吊的执行元件上变化的负载压力反馈给液压回路中的比例电磁阀，使得液压系统动力源供应的压力和流量自动与执行元件上的负载压力的变化相适应。
但现有的液压系统负载自适应控制系统仍存在抗干扰能力较差的问题，同步运动的控制精度难以达到作业要求，因此在工作效率、安全性和可靠性方面均需改善。
发明内容
本发明的目的是提出一种侧面吊同步控制系统及方法，能够保证侧面吊的同步运动，确保集装箱起吊和装卸的平稳作业。
为实现上述目的，本发明提供了一种侧面吊同步控制系统，包括：设置在侧面吊的前吊机和后吊机的多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器，所述多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器的接收器均通过控制器局域网总线（CANBUS）进行连接，形成控制器局域网总线控制网络；所述多个倾角传感器通过所述控制器局域网总线向所述PID控制器提供实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，所述无线遥控器的接收器通过无线方式接收所述无线遥控器的发射器所发射的遥控信号，所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流，使所述前吊机和后吊机同步运动。
进一步的，所述多个倾角传感器分别设置在所述前吊机的上臂和下臂，以及所述后吊机的上臂与下臂上，分别对所述前吊机的上臂和下臂的变幅角度，以及所述后吊机的上臂和下臂的变幅角度进行检测。
进一步的，所述PID控制器设置在所述侧面吊的车尾电控箱内。
进一步的，所述无线遥控器的发射器包括多个选择开关、多个比例手柄、支腿动作控制区和遥控信号发射装置，所述遥控信号发射装置将对所述多个选择开关、多个比例手柄以及支腿动作控制区的操作转换为遥控信号发送给所述无线遥控器的接收器。
进一步的，所述多个选择开关包括：用于选择主动输入动作的吊机的前吊机/后吊机选择开关、用于切换前吊机和后吊机同步/异步控制的异步/同步模式选择开关和用于选择吊机动作快慢的快速/慢速选择开关。
进一步的，所述多个比例手柄包括：所述前吊机的上臂的比例手柄、所述前吊机的下臂的比例手柄、所述后吊机的上臂的比例手柄和所述后吊机的下臂的比例手柄。
进一步的，所述支腿动作控制区包括：吊机的左支腿伸、左支腿缩、辅助支腿伸、辅助支腿缩、右支腿伸和右支腿缩的选择按钮。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述侧面吊同步控制系统的侧面吊同步控制方法，包括：
PID控制器接收设置在侧面吊的前吊机和后吊机的多个倾角传感器通过所述控制器局域网总线所提供的实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，以及从无线遥控器的接收器获得所述无线遥控器的接收器通过无线方式接收的所述无线遥控器的发射器发射的遥控信号；
所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流，使所述前吊机和后吊机同步运动。
进一步的，所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流的操作具体包括：
所述PID控制器根据所述前吊机和后吊机的变幅动作顺序确定主动吊机和随动吊机；
所述PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值，并根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值；
所述PID控制器将所述补偿电流值叠加到随动吊机对应的比例控制阀。
进一步的，在所述PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值之后，还包括：
判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否小于第一预设角度，是则确定主动吊机和随动吊机为同步运动，不对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿，否则进一步判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否超出第二预设角度，是则停止主动吊机的变幅动作，直至主动吊机和随动吊机的变幅角度差值小于所述第一预设角度，否则根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值，并根据所述补偿电流值对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿。
进一步的，所述第一预设角度为0.5度，第二预设角度为1.5度。
进一步的，所述PID控制器获得的遥控信号包括：前吊机/后吊机选择开关信号、支腿动作选择信号、异步/同步模式选择开关信号、快速/慢速选择开关信号以及前吊机和后吊机的上臂和下臂各自的比例手柄输入信号。
进一步的，如果PID控制器接收到同步模式选择开关信号、前吊机选择开关信号或后吊机开关信号，以及被选吊机的上臂或下臂的比例手柄输入信号，则向所述前吊机和后吊机中的被选吊机以及非被选吊机所对应的比例电磁阀同时输出与所述比例手柄输入信号对应的电流，并根据所述前吊机和后吊机之间的变幅角度差值对随动吊机进行电流补偿。
基于上述技术方案，本发明通过在侧面吊的前后吊机上设置的倾角传感器，与PID控制器、显示器以及无线遥控器的接收器组成了CANBUS总线网络，这种总线网络信息处理能力强，抗干扰能力强，传感器信息的数据连接和更加可靠，倾角传感器能够通过CANBUS总线向PID控制器提供实时检测到的前后吊机的变幅角度信号，以便PID控制器根据遥控信号和变幅角度信号向前后吊机对应的比例电磁阀输出用于调整比例电磁阀开度的电流，使得前后吊机同步运动，从而使侧面吊在起吊和装卸集装箱时运动平稳，防止集装箱较大角度的倾斜造成危险，进而提高了工作效率、安全性和可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明侧面吊同步控制系统实施例的部件安装示意图。
图2为本发明侧面吊同步控制系统实施例的控制网络示意图。
图3为本发明侧面吊同步控制系统实施例中无线遥控器的发射器
的操作界面示意图。
图4为本发明侧面吊同步控制方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明侧面吊同步控制系统实施例的部件安装示意图。图2为本发明侧面吊同步控制系统实施例的控制网络示意图。在本实施例中，侧面吊同步控制系统包括：设置在侧面吊5的前吊机和后吊机的多个倾角传感器3,4,8,9、PID控制器10、显示器12和无线遥控器，多个倾角传感器3,4,8,9、PID控制器10、显示器12和无线遥控器的接收器11均通过CANBUS总线进行连接，形成CANBUS总线控制网络。
多个倾角传感器3,4,8,9通过CANBUS总线向PID控制器10提供实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，无线遥控器的接收器11通过无线方式接收无线遥控器的发射器所发射的遥控信号。PID控制器10根据遥控信号和变幅角度信号向前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整比例电磁阀开度的电流，使前吊机和后吊机同步运动。
从图1和图2中可以看到，倾角传感器3、4分别设置在前吊机的上臂1和下臂2上，分别对前吊机的上臂1和下臂2的变幅角度进行检测，而倾角传感器8、9分别设置在后吊机的上臂6与下臂7上，分别对后吊机的上臂6和下臂7的变幅角度进行检测。PID控制器10可以设置在侧面吊5的车尾电控箱内。
本实施例所组成的CANBUS总线控制系统可以为侧面吊提供可靠的数据连接和传输功能，并且抗干扰能力较强，能够确保倾角传感器和无线遥控器的接收器能够稳定的向PID控制器提供信号，而PID控制器能够根据遥控信号和变幅角度信号来控制前后吊机各自对应的比例电磁阀，使两者协调同步运动，从而保证作业时集装箱的平稳，防止大角度倾斜所造成的危险，进而极大地提高了侧面吊的工作性能，使侧面吊的应用环境和范围更将广泛。
本发明侧面吊同步控制系统采用了基于无线通讯的无线遥控器，其中，无线遥控器的接收器可以设置在车尾电控箱附近，而无线遥控器的发射器则可由工作人员随身携带。无线遥控器的发射器可以由工作人员利用其上的开关、手柄等进行操作，并转换成相应的遥控信号。其中，发射器可以包括多个选择开关、多个比例手柄、支腿动作控制区和遥控信号发射装置，遥控信号发射装置可以将对多个选择开关、多个比例手柄以及支腿动作控制区的操作转换为遥控信号发送给无线遥控器的接收器。
如图3所示，为本发明侧面吊同步控制系统实施例中无线遥控器的发射器的操作界面示意图。从图中可以看到，发射器13可以划分出多个操作区，其中左下部分包括多个选择开关，分别为前吊机/后吊机选择开关25、异步/同步模式选择开关26和快速/慢速选择开关27。其中前吊机/后吊机选择开关25是用来通知PID控制器当前要输入支腿动作的吊机是前吊机还是后吊机，而异步/同步模式选择开关26是用来通知PID控制器当前采用同步控制，还是异步控制，如果是同步控制，那么对前后吊机中的任一个吊机的控制也会影响到另一个吊机，使其同步运动，而如果是异步控制，则针对其中一个吊机的操控则不会影响到另一个吊机，快速/慢速选择开关27是用来通知PID控制器控制吊机动作速度在较快速度范围内还是较慢速度范围内，这里的较快速度范围和较慢速度范围可以是预先设定好的数值范围。
在发射器13的靠上位置有多个比例手柄，分别为前吊机的上臂的比例手柄21、前吊机的下臂的比例手柄22、后吊机的上臂的比例手柄23和后吊机的下臂的比例手柄24。这四个比例手柄可以分别作为前后吊的上下臂的动作输入手柄，便于工作人员进行操控。
在发射器13中还可以增加信息接收功能和显示界面28，用于从侧面吊控制系统中获取吊重、故障代码等信息，并显示给工作人员。发射器13上还可以包括支腿动作控制区30，该区域中可以有左支腿伸、左支腿缩、辅助支腿伸、辅助支腿缩、右支腿伸、右支腿缩等动作按钮。通过操作这些按钮可以通知PID控制器提供当前要输入的吊机动作，以便PID控制器驱动电磁阀实现支腿动作。
基于前述的侧面吊同步控制系统，当要进行起吊和装卸集装箱的作业时，工作人员可以先操作发射器选择相应的按钮，并选择同步控制，然后操作相应的比例手柄，这些操作指令转化成遥控信号发送给PID控制器，PID控制器就可以根据这些遥控信号，以及倾角传感器所传递的变幅角度信号同时对前后吊机所对应的电磁阀进行电流控制，确保前后吊机的同步性。如图4所示，为本发明侧面吊同步控制方法实施例的流程示意图，同步控制流程包括：
步骤101、PID控制器接收设置在侧面吊的前吊机和后吊机的多个倾角传感器通过CANBUS总线所提供的实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，然后执行步骤103；
步骤102、PID控制器从无线遥控器的接收器获得无线遥控器的接收器通过无线方式接收的无线遥控器的发射器发射的遥控信号；
步骤103、PID控制器根据遥控信号和变幅角度信号向前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整比例电磁阀开度的电流，使前吊机和后吊机同步运动。
在本实施例中，当工作人员选择同步模式时，根据比例手柄的输入PID控制器可以向前后吊机对应的比例电磁阀同时输出相同大小的电流，使比例电磁阀具有相同的开度，但实际上由于液压系统布置的不对称和集装箱重量分布的不对称，即便前后吊机对应的比例电磁阀的开度相同，也可能满足不了规定的同步运动精度，因此需要对随动的吊机对应的比例电磁阀进行电流补偿。
基于这一思路，步骤103可以具体包括：PID控制器根据前吊机和后吊机的变幅动作顺序确定主动吊机和随动吊机；PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值，并根据变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值；PID控制器将补偿电流值叠加到随动吊机对应的比例控制阀。这样随动吊机对应的比例电磁阀就获得了补偿后的电流，因此变幅动作的速度改变，从而确保与主动吊机同步运动。
不同的变幅角度差值，相应的控制方式不同，当PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值之后，可以判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否小于第一预设角度（例如0.5度等），是则确定主动吊机和随动吊机为同步运动，不对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿，否则进一步判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否超出第二预设角度（例如1.5度），是则停止主动吊机的变幅动作，直至主动吊机和随动吊机的变幅角度差值小于所述第一预设角度，否则根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值，并根据所述补偿电流值对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿。
前面提到，无线遥控器可以向PID控制器提供遥控信号，那么这些遥控信号可以包括：前吊机/后吊机选择开关信号、支腿动作选择信号、异步/同步模式选择开关信号、快速/慢速选择开关信号以及前吊机和后吊机的上臂和下臂各自的比例手柄输入信号。如果PID控制器接收到同步模式选择开关信号、前吊机选择开关信号或后吊机开关信号、支腿动作选择信号以及被选吊机的上臂或下臂的比例手柄输入信号，则可以向前吊机和后吊机中的被选吊机以及非被选吊机所对应的比例电磁阀同时输出与所述比例手柄输入信号对应的电流，并根据所述前吊机和后吊机之间的变幅角度差值对随动吊机进行电流补偿。
通过上述对侧面吊同步控制流程的说明可以看到，通过应用本发明侧面吊同步控制系统，可以确保侧面吊在起吊和装卸货物过程中的前后吊机的超调量、调节时间和稳定后的角度差均符合要求，从而保证了侧面吊的平稳作业，满足了工作效率、安全性和可靠性等多方面的要求。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (12)
1.一种侧面吊同步控制系统，其特征在于，包括：设置在侧面吊的前吊机和后吊机的多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器，所述多个倾角传感器、PID控制器、显示器和无线遥控器的接收器均通过控制器局域网总线进行连接，形成控制器局域网总线控制网络；所述多个倾角传感器通过所述控制器局域网总线向所述PID控制器提供实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，所述无线遥控器的接收器通过无线方式接收所述无线遥控器的发射器所发射的遥控信号，所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流，使所述前吊机和后吊机同步运动；
其中，所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流的操作具体包括：
所述PID控制器根据所述前吊机和后吊机的变幅动作顺序确定主动吊机和随动吊机；
所述PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值，并根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值；
所述PID控制器将所述补偿电流值叠加到随动吊机对应的比例控制阀。
2.根据权利要求1所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述多个倾角传感器分别设置在所述前吊机的上臂和下臂，以及所述后吊机的上臂与下臂上，分别对所述前吊机的上臂和下臂的变幅角度，以及所述后吊机的上臂和下臂的变幅角度进行检测。
3.根据权利要求2所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述PID控制器设置在所述侧面吊的车尾电控箱内。
4.根据权利要求2所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述无线遥控器的发射器包括多个选择开关、多个比例手柄、支腿动作控制区和遥控信号发射装置，所述遥控信号发射装置将对所述多个选择开关、多个比例手柄以及支腿动作控制区的操作转换为遥控信号发送给所述无线遥控器的接收器。
5.根据权利要求4所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述多个选择开关包括：用于选择主动输入动作的吊机的前吊机/后吊机选择开关、用于切换前吊机和后吊机同步/异步控制的异步/同步模式选择开关和用于选择吊机动作快慢的快速/慢速选择开关。
6.根据权利要求4所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述多个比例手柄包括：所述前吊机的上臂的比例手柄、所述前吊机的下臂的比例手柄、所述后吊机的上臂的比例手柄和所述后吊机的下臂的比例手柄。
7.根据权利要求4所述的侧面吊同步控制系统，其特征在于，所述支腿动作控制区包括：吊机的左支腿伸、左支腿缩、辅助支腿伸、辅助支腿缩、右支腿伸和右支腿缩的选择按钮。
8.一种基于权利要求1～7任一所述的侧面吊同步控制系统的侧面吊同步控制方法，包括：
PID控制器接收设置在侧面吊的前吊机和后吊机的多个倾角传感器通过所述控制器局域网总线所提供的实时检测到的前吊机和后吊机的变幅角度信号，以及从无线遥控器的接收器获得所述无线遥控器的接收器通过无线方式接收的所述无线遥控器的发射器发射的遥控信号；
所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流，使所述前吊机和后吊机同步运动；
其中，所述PID控制器根据所述遥控信号和所述变幅角度信号向所述前吊机和后吊机分别对应的比例电磁阀输出用于调整所述比例电磁阀开度的电流的操作具体包括：
所述PID控制器根据所述前吊机和后吊机的变幅动作顺序确定主动吊机和随动吊机；
所述PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值，并根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值；
所述PID控制器将所述补偿电流值叠加到随动吊机对应的比例控制阀。
9.根据权利要求8所述的侧面吊同步控制方法，其特征在于，在所述PID控制器根据主动吊机和随动吊机各自的变幅角度信号计算变幅角度差值之后，还包括：
判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否小于第一预设角度，是则确定主动吊机和随动吊机为同步运动，不对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿，否则进一步判断主动吊机和随动吊机的变幅角度差值是否超出第二预设角度，是则停止主动吊机的变幅动作，直至主动吊机和随动吊机的变幅角度差值小于所述第一预设角度，否则根据所述变幅角度差值进行PID运算，确定补偿电流值，并根据所述补偿电流值对随动吊机对应的比例控制阀进行电流补偿。
10.根据权利要求9所述的侧面吊同步控制方法，其特征在于，所述第一预设角度为0.5度，第二预设角度为1.5度。
11.根据权利要求8所述的侧面吊同步控制方法，其特征在于，所述PID控制器获得的遥控信号包括：前吊机/后吊机选择开关信号、支腿动作选择信号、异步/同步模式选择开关信号、快速/慢速选择开关信号以及前吊机和后吊机的上臂和下臂各自的比例手柄输入信号。
12.根据权利要求11所述的侧面吊同步控制方法，其特征在于，如果PID控制器接收到同步模式选择开关信号、前吊机选择开关信号或后吊机开关信号，以及被选吊机的上臂或下臂的比例手柄输入信号，则向所述前吊机和后吊机中的被选吊机以及非被选吊机所对应的比例电磁阀同时输出与所述比例手柄输入信号对应的电流，并根据所述前吊机和后吊机之间的变幅角度差值对随动吊机进行电流补偿。
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