CN105967065A - 一种起重机平移位置定位自动测量设备 - Google Patents

Abstract

一种起重机平移位置定位自动测量设备，包括CPU、传感器、触摸屏；所述的CPU是工业级嵌入式CPU，与传感器、触摸屏组成一个独立的检测系统，具有ProfiBUS通讯功能；传感器通过ProfiBUS与CPU相连；触摸屏也通过ProfiBUS与CPU相连；传感器由读写头和磁性编码尺组成；传感器分为固定敷设部分和读写部分，固定敷设部分为磁性尺条，安装在起重机平移机构轨道附件，以平移机构运行方向平行，读写部分为读写头，安装于起重机本体上。磁性尺条采用磁性材料制作，以铝合金作为外壳，通过对微型磁铁进行编码布置，实现二进制编码数据。本专利实现了起重机平移位置的稳定而准确的测量，降低起重机实现自动化工作时PLC的工作负荷，提高了起重机平移机构定位的可靠性和稳定性。

Description

一种起重机平移位置定位自动测量设备

技术领域

本专利属于自动化控制技术领域，涉及一种起重机平移位置定位自动测量设备。

背景技术

目前在国内各大钢厂都在进行自动化的更新改造工作，为钢厂服务的起重机行业也加入了自动化更新改造的行列。在宝钢范围内也在进行着自动化的改造，主要在冷轧厂、热轧厂、厚板厂、运输部等物理运输、搬运作业频繁的作业区域进行自动化改造。目前参与自动化改造的主要技术还是由国外提供，如韩国浦项、日本新日铁、德国西门子等国外知名企业。国内虽然也在进行积极的自动化技术研发和难点攻关，但在首批改造项目中还是难于国外企业竞争。但是由国外承担改造项目，成本太高，对于未来众多的改造项目来说是无法接受的，只能在首批改造项目中积极吸取国外技术经验，在未来自动化的改造项目中还是得由国内制造商承接。

自动化改造中必不可少的一环就是位移检测，而且要求精确可靠，才能保证起重机的精确定位。位移测量主要包括起升高度(z坐标)、小车位置(y坐标)、大车位置(x坐标)，而起升位移测量通常在起升机构的钢丝绳卷筒传动轴上安装绝对值编码器实现，由于起升钢丝绳卷筒不存在打滑、窜动等情况，所以起升的位移测量最容易实现且稳定可靠。而小车和大车的位移测量由于存在车轮打滑和位置窜动的因素，通常难以稳定测量，及时通过被动轮加装绝对值编码器也无法保证可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本专利提供一种有效地解决方案，实现一种起重机平移位置定位自动测量设备，用于起重机自动化的改造，完成起重机平移机构位移的准确稳定的测量。本专利实现的设备与起重机主控CPU相互独立，仅作为一个从站设备为主站CPU提供采集的数据，不参与CPU的运算和控制连锁，方便主控CPU灵活使用本设备。

本专利实现的平移位置定位自动测量设备可以自动起重机的运行位移情况，可以根据触摸屏预先设定的参数进行比例换算，将采集到的数据换算为方便主控CPU识别和使用的数据，同时还可以自动检验采集数据的可靠性，提供报警功能，提供一个心跳信号方便主CPU时刻校验与本设备的通讯可靠性，从而保证数据的稳定性和可靠性，并有效降低起重机的PLC的计算工作量。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

该起重机平移位置定位自动测量设备包括CPU、传感器、触摸屏；传感器通过ProfiBUS与CPU相连；触摸屏也通过ProfiBUS与CPU相连。

系统组成还包括断路器、变压器、电源模块、中间继电器等等，均为常规配置，未在本专利中体现。

传感器由读写头和磁性编码尺组成，读写头负责采集起重机的位移数据，为一个32位二进制编码数据，该数据通过ProfiBUS通讯网络传递到CPU中，CPU按照触摸屏预先设置的数据进行换算，得到起重机的实际位移数据，通过ProfiBUS通讯传递到起重机主站CPU中，由主站CPU完成自动定位控制。触摸屏负责初期的参数设置，包括起始位置设定、换算比例设定等等。

由于国家倡导节能减排、减员增效，所以全国钢铁企业也纷纷上面无人化项目。起重机行业如果要实现无人化，首要条件是实现起重机的三维定位。而目前在起重机的三维定位方面采用的传感器也是多种多样，但都不尽如人意，尤其表现在平移机构。目前的平移定位传感器通常都采用编码器、激光测距来实现定位，不少进口项目都在采用激光测距来实现定位。编码器来实现定位主要存在误差大，数据漂移的情况，由于大车惯性大，在启制动过程中存在车轮打滑的情况，而室外起重机在阴雨、冰雪天时更是严重，这时编码器测量误差加大幅度增加，所以编码器测距定位通常都要配合定位限位来使用，无法独立完成测距定位功能，对于无人化起重机，需要在任意位置精确定位时将无法胜任。而激光测距可以避免编码器的测距弊端，起重机打滑不会对测距产生影响，精度也能得到保证，但是其最大的弊端是无法实现远距离测距，在测量距离大于100m时，激光测距成本将大幅度增加，在大于300m时激光测距就无法胜任了。在高粉尘环境、有遮挡的环境下，激光测距将无法使用，而在雨、雪、雾天气下，激光测距将基本失效，所以室外起重机基本就无法选择一款合适的测距定位传感器。而本专利将完全解决该问题。无论在室内、室外，无论在高粉尘、远距离测距的情况下都能轻松胜任。本专利采用基于磁场原理的磁性传感器，由读写头和磁性编码尺组成。读写头固定于起重机本体上与编码尺平行布置，由于采用磁条编码，固定敷设，可以组合成任意长度，即使敷设超过千米也能轻易保证测量精度。由于采用磁条编码，所以粉尘、雨、雾、雪都不会对其产生影响，唯一缺点就是编码标尺周围距离80mm范围内不能存在铁磁材料，否则会影响测量精度，不过这一点也很容易做到，毕竟起重机运行范围内有很大的自由空间。

在目前的起重机定位设备中，都是由起重机集成商自主采购定位传感器，集成到起重机的CPU中，由起重机集成商编制程序实现传感器的时候数据采集，换算来实现起重机定位。本专利将突破这一模式。系统本身集成传感器、CPU，触摸屏，ProfiBUS接口，通过触摸屏的简单设置即可实现起重机位移的检测和数据换算，通过ProfiBUS接口将位移数据传递到起重机主站CPU，由主站CPU根据工艺实现定位控制。将大幅度降低主站CPU的工作量。

本专利的有益效果是实现了起重机平移位置的稳定而准确的测量，解决了起重机平移位置测量难度大的难题，有效降低起重机实现自动化工作时PLC的工作负荷，大幅度提高了起重机平移机构定位的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本专利的系统图。

图2是本专利的传感器布置图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本专利的具体实施例。

实施例：

目前起重机的平移机构的位移检测是一个难点，主要还是集中于用激光测距、绝对值编码器等检测设备来实现，激光测距优点是可靠性高，平移机构的窜动、打滑等情况不会对其造成误差，缺点是必须要有直线照射空间，不能有物体对检测空间进行遮挡，同时必须要有反射板，并且环境必须保持干净，高粉尘场合不能使用，反射板必须定期清理，否则测量误差急剧增加，雨、雪、雾天气下无法工作。绝对值编码器安装简易，成本低，但平移机构的窜动和打滑现象会对其测量造成影响，通常需要由限位进行辅助定位，才能实现稳定的定位，对于无人化行车需要任意位置随时定位的工况条件，无法胜任。

本专利采用嵌入式系统实现起重机平移机构的位移检测设备。该设备主要包括CPU模块、传感器、触摸屏。

图1是本专利的系统图，传感器采集位移数据，然后根据触摸屏预先设定的数据将该数据换算为起重机的位移数据，然后通过ProfiBUS通讯将数据传递给起重机主站CPU。本实施例的CPU选择工业级嵌入式CPU，具有功耗低、价格低、性能稳定、环境适应性强的特点，配置Profibus-DP通讯模块，可以与众多拥有Profibus通讯接口的设备进行通讯连接。集成触摸屏，可以实现人机界面，实现初始位置设置、换算比例设置，报警数据设置等参数的输入。位移采集传感器采用施克公司的磁感应绝对值直线编码尺，型号为KH53。传感器由读写头和磁性编码尺组成；传感器分为固定敷设部分和读写部分，固定敷设部分为磁性尺条，安装在起重机平移机构轨道附件，以平移机构运行方向平行，读写部分为读写头，安装于起重机本体上，随平移机构移动，并与固定尺条平行安装，同时与尺条保持一定距离，无接触读写数据。磁性尺条采用磁性材料制作，以铝合金作为外壳，通过对微型磁铁进行编码布置，实现二进制编码数据。数据读取采用配套读写头实现，读写头可以将磁性编码器的磁极数据采集到，然后通过内置控制单元进行解码分析，还原为二进制数据，然后通过Profibus通讯总线将数据发送到CPU。由于磁性信号抗干扰能力强，对电磁干扰可以完全免疫，在高粉尘环境有着优异的表现，并且能够在-40度至80度的环境温度中稳定工作，在雨、雪、雾天气下可以良好工作，所以非常适用于钢铁企业的工作环境。CPU通过读写头将编码尺的数据采集回来，然后根据触摸屏预先设置的换算数据进行转换，最后将编码尺的二进制编码数据转换为起重机的位移数据，然后通过Profibus通讯形式将数据传递到起重机主站CPU。

由于编码尺的尺条为固定敷设，与平移机构不产生干涉，安装空间要求很小，所以平移机构的任何动作都不会对编码尺的数据产生影响，所以平移机构的窜动、打滑都不会对编码尺的数据造成影响，因此可以实现稳定可靠的数据采集。编码尺采用32位数据编码，分辨率可以做到0.1mm，重复精度可以达到0.3mm，而起重机的精确定位通常允许±20mm的误差，所以编码尺完全可以达到起重机的精确定位的要求。

图2是本专利传感器的布置图。图中L1、L2至Ln为固定敷设部分的尺条，平行于平移机构，安装于平移机构的轨道附近，要求保证尺条的直径80mm的圆周范围内没有铁磁性材料存在，否则会对测量稳定性造成影响。通常起重机的运行空间都比较开阔，所以这点要求还是很容易满足。D1是读写头，安装于平移机构，与尺条平行敷设，保证读写头与尺条的平均间距在55mm左右，同时保证起重机在运行过程中，读写头和尺条的间距变化不超过55mm±20mm，即可保证数据稳定可靠的读取。

Claims (1)

1.一种起重机平移位置定位自动测量设备，其特征在于：该起重机平移位置定位自动测量设备包括CPU、传感器、触摸屏；所述的CPU是工业级嵌入式CPU，与传感器、触摸屏组成一个独立的检测系统，具有ProfiBUS通讯功能；传感器通过ProfiBUS与CPU相连；触摸屏也通过ProfiBUS与CPU相连；传感器由读写头和磁性编码尺组成；传感器分为固定敷设部分和读写部分，固定敷设部分为磁性尺条，安装在起重机平移机构轨道附件，以平移机构运行方向平行，读写部分为读写头，安装于起重机本体上，随平移机构移动，并与固定尺条平行安装，同时与尺条保持一定距离，无接触读写数据。磁性尺条采用磁性材料制作，以铝合金作为外壳，通过对微型磁铁进行编码布置，实现二进制编码数据。