CN105366552B - 一种自由轮定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自由轮定位系统。包括行车组件；行车组件包括大车；大车两端固定设置有两个相同的端梁；大车上还设置有小车，小车设置在两个端梁之间；小车上固定设置有用于拖挂货物的挂钩组件；还包括起重机控制系统。本发明提供了一种高精度、系统稳定、高灵敏性、抗干扰能力强、降低对操作员的依赖性的自由轮定位系统。

Description

一种自由轮定位系统

技术领域

本发明属于起重机控制技术领域，涉及起重机大小车的位置精确测量技术，尤其涉及一种自由轮定位系统。

背景技术

在工业现场，起重机被广泛的应用于调度的生产作业当中，然而在起重机运输过程中，由于大小车的加减速和负载的提升动作以及摩擦引起的扰动等会引起负载的来回摆动，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。

在自动仓储和卸货等工况下，虽然依靠起重机操作员的实际操作经验可以实现货物的安全运输和定位卸货，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的限制，因此迫切需要出现起重机的智能化控制系统。

发明内容

为解决起重机在生产作业中定位精度差、效率低的问题，本发明提出了一种自由轮定位系统。本系统可实现行车任意位置的坐标点采集，通过位置点的学习，系统无需其他操作，只需启动系统，则可自动完成物体搬运。自由轮定位系统根据采集到的参数，使重物运行过程中处于平稳状态，定位精度较高。采用远程后台监控软件，可在监控室对系统的运行状况进行观察。本地监控HMI，操作员可方便对某点位置坐标进行存储，并且可实现系统的自动定位、监测系统运行状况功能，操作简单、灵活。

本发明的技术方案为：一种自由轮定位系统，包括行车组件；上述行车组件包括大车；上述大车两端固定设置有两个相同的端梁；上述大车上还设置有小车，上述小车设置在两个端梁之间；上述小车上固定设置有用于拖挂货物的挂钩组件；

其特殊之处在于：

还包括起重机控制系统；

上述起重机控制系统包括控制单元、用于控制大车、小车、挂钩组件运行的变频器组、信号采集单元、本地监控单元、远程监控单元和控制台；

上述两个端梁和小车的行进轨道上分别设置有带有绝对值编码器的自由轮；

上述挂钩组件包括至少一个挂钩；上述挂钩上设置有用于测量挂钩工作时绳长的增量型编码器；

上述变频器组包括至少2+N台变频器，并分别用于控制大车、小车、挂钩；N＝挂钩数量；

上述控制单元通过信号采集单元采集大车、小车以及挂钩的位置信息，并将信息存入控制单元；

上述信号采集单元通过设置在大车、小车上的自由轮和绝对值编码器以及设置在挂钩上的增量型编码器得到大车、小车、挂钩的位置信息，并得到行车工作范围内每一个点的三维坐标；

上述控制台通过控制单元控制行车的大车、小车以及挂钩做出相应的动作；

上述本地监控单元和控制台通过Modbus通讯与控制单元连接，并实现系统运行状态监测和控制命令的下发。

上述远程监控通过网络通信与控制单元连接，使用户可以在离行车较远的控制室对系统的实时状态进行监测和控制；

上述自由轮表面为金属压花；

上述自由轮的安装方式采用磁铁式或螺栓式。

本发明优点：本发明可实现自动定位功能，可实现起重机在工作区域内的任意一点的位置学习，并可实现自动到达目的地点并自动停机，无需人为手动停机，并且可实现任意线路到达目标位置，只需设置好运行路线，系统运行，便可按照设置的线路到达指定位置并停车。

本发明的优点还包括：

1、高精度；自动定位系统的关键是位置检测，因此采用绝对值编码器，可提高系统的定位精度，本系统的定位精度小于3cm。

2、系统稳定；系统在较长的工作时间里，并无异常出现，系统可以正常稳定运行。

3、高灵敏性；系统响应速度高，当给行车下达指令时，行车会迅速做出相应的动作。

4、抗干扰能力强；本系统采用自由轮和绝对值编码器采集位置信息，复杂的工作环境对其影响较小，从而提高了整个系统的抗干扰能力。

5、降低对操作员的依赖性；传统的行车需要操作员人工进行货物的运输和定位卸货，而本系统实现了这一行为，只需简单的一键启动就可完成物体的自动搬运和定位卸货功能，降低了对操作人员的依赖性。

附图说明

图1是行车结构示意图；

图2是系统结构示意图；

图3是定位控制系统空间示意图；

其中，1-端梁、2-大车、3-小车、4-挂钩组件、5-自由轮。

具体实施方式

参见图1-3，一种自由轮定位系统，包括行车组件；行车组件包括大车2；大车2两端固定设置有两个相同的端梁1；大车2上还设置有小车3，小车设置在两个端梁1之间；小车3上固定设置有用于拖挂货物的挂钩组件4；包括起重机控制系统；起重机控制系统包括控制单元、用于控制大车2小车、挂钩组件4运行的变频器组、信号采集单元、本地监控单元、远程监控单元和控制台；两个端梁1和小车3的行进轨道上分别设置有带有绝对值编码器的自由轮5；挂钩组件4包括至少一个挂钩；挂钩上设置有用于测量挂钩工作时绳长的增量型编码器；变频器组包括至少2+N台变频器，并分别用于控制大车、小车、挂钩；N＝挂钩数量；控制单元通过信号采集单元采集大车2、小车3以及挂钩的位置信息，并将信息存入控制单元；信号采集单元通过设置在大车2、小车3上的自由轮5和绝对值编码器以及设置在挂钩上的增量型编码器得到大车2、小车3、挂钩的位置信息，并得到行车工作范围内每一个点的三维坐标；控制台通过控制单元控制行车的大车2、小车3以及挂钩做出相应的动作；本地监控单元和控制台通过Modbus通讯与控制单元连接，并实现系统运行状态监测和控制命令的下发。远程监控通过网络通信与控制单元连接，使用户可以在离行车较远的控制室对系统的实时状态进行监测和控制；自由轮5表面为金属压花；自由轮5的安装方式采用磁铁式或螺栓式。

为解决起重机的定位精度差、效率低等缺点，提出自由轮和绝对值编码器的测位置方案，其中绝对编码器具有精度高、工作稳定、反应灵敏、抗干扰能力强等优点。采用此方案对大车和小车的运行位置进行实时测量，实现起重机在搬运过程中的精确定位，快速平稳运行，并提高生产的安全性。采用自由论和绝对值编码器组合安装可精确采集大车、小车的位置。绝对值编码器安装于自由轮上，带绝对值编码器的自由轮安装于大车和小车一端，具体安装位置如图1所示。大车和小车在运行时，其带动自由轮转动行走，自由轮上的编码器记录自由轮转的圈数，再根据自由轮的外径计算出行走的位移，由此可以得到大小车的位置值。

自动定位的总体控制方案如图2所示：

本定位控制系统采用以触摸屏和后台监控作为上位机，控制核心为本公司自行研发的起重机智能控制器。结构各部分功能如下：

1、起重机智能控制器；起重机智能控制器主要功能：控制台信号采集，编码器信号采集，控制执行机构的运行(大车、小车、主钩、辅钩)，与HMI进行数据交互，和后台监控软件进行无线通讯。

2、本地监控：启动、停止系统，监控系统的运行状态，系统故障及故障查询功能。

3、远程后台监控；后台监控采用无线通讯，操作员可在操作室进行行车运行状态的监测(状态、故障、运行记录、记录查询等)，并且可远程操作系统。

系统实现的具体步骤如下：

1、按照接线图完成接线，安装编码器；

1)大车编码器；带编码器的自由轮安装于行车的端梁侧(图1)；

2)小车编码器(可根据实际情况而定)(图1))；既可以安装于大车两侧也可安装于小车底部；

2、主提升/辅提升绳长

本系统控制器可实现自动定位功能，则需要测量出主/辅钩的提升绳长，只有精确的测量才能实现系统在运行的过程中平稳，保证操作员的人身安全。

主提升/辅提升的绳长值由增量型编码器得到，控制器根据编码器的信号计算得到绳长值。

3、目标点位置学习

在完成步骤2之后，进行手动操作，将重物搬移到目标位置，采用HMI保存此点的坐标值(X,Y,Z)，此时起重机控制器中也保存了此坐标值；此系统可学习多个位置点。

4、自动运行

根据步骤3，在HMI上选择相应的起始位置和目标位置，以及行车的轨迹设置，循环次数等，点击HMI的“启动按钮”，此时，行车根据设置的起始位号和目标位号之间进行行走，系统的往返次数和设置的循环次数一致。

5、远程监控

若需此功能，需在HMI上点击“远程连接”按钮，启动远程监控功能。功能：可监测行车的运行状况，控制系统的启动，停止；此功能是在自动运行的状态进行，手动方式不支持。

Claims (3)

1.一种自由轮定位系统，包括行车组件；所述行车组件包括大车；所述大车两端固定设置有两个相同的端梁；所述大车上还设置有小车，所述小车设置在两个端梁之间；所述小车上固定设置有用于拖挂货物的挂钩组件；

其特征在于：

还包括起重机控制系统；

所述起重机控制系统包括控制单元、用于控制大车、小车、挂钩组件运行的变频器组、信号采集单元、本地监控单元、远程监控单元和控制台；

所述两个端梁和小车的行进轨道上分别设置有带有绝对值编码器的自由轮；

所述挂钩组件包括至少一个挂钩；所述挂钩上设置有用于测量挂钩工作时绳长的增量型编码器；

所述变频器组包括至少2+N台变频器，并分别用于控制大车、小车和挂钩；N＝挂钩数量；

所述控制单元通过信号采集单元采集大车、小车以及挂钩的位置信息，并将信息存入控制单元；

所述信号采集单元通过设置在大车、小车上的自由轮和绝对值编码器以及设置在挂钩上的增量型编码器得到大车、小车、挂钩的位置信息，并得到行车工作范围内每一个点的三维坐标；

所述控制台通过控制单元控制行车的大车、小车以及挂钩做出相应的动作；

所述本地监控单元和控制台通过Modbus通讯与控制单元连接，并实现系统运行状态监测和控制命令的下发；

所述远程监控通过网络通信与控制单元连接，使用户可以在离行车较远的控制室对系统的实时状态进行监测和控制。

2.根据权利要求1所述的一种自由轮定位系统，其特征在于：所述自由轮表面为金属压花。

3.根据权利要求1或2所述的一种自由轮定位系统，其特征在于：所述自由轮的安装方式采用磁铁式或螺栓式。