CN107777381A - 一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法，包括数字激光测距仪、矢量控制变频器、可编程控制器和人机接口；数字激光测距仪实时测量卸料车与目标位的实际距离反馈值，矢量控制变频器用于驱动移动卸料车传动电机，人机接口设置于控制室且用于下达卸车指令目标值，根据目标值及实际距离反馈值通过可编程控制器定位模型进行运算，然后将运算结果通讯传送到矢量控制变频器，矢量控制变频器驱动电机实现精确定位。本发明能够实现移动卸料车的位号显示及精确定位控制功能，以及自动定位和手动操作模式的自由切换；并且故障少、干扰小、无累计误差、磨损误差，定位精度可达±1mm。

Description

一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于冶金卸料定位技术，具体涉及一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法。
背景技术
目前料仓进料的过程控制中，卸料车定位精度是一个比较重要的过程量，平稳而精确的卸料车停止定位位置，对于料仓进料尤为重要。卸料车停止到位后，自动释放卸料装置，进入料仓入口，下行到位后，打开卸料阀向料仓卸料。由于进入每一个料仓的位置都是一定的，如果卸料车停止定位控制不稳定，就可能导致卸料装置不能进入料仓入口，或与料仓壁碰撞而损坏设备，造成生产中断。
目前卸料车定位方法一般采用行程开关、电缆感应、光电开关、旋转编码器等技术。以上几种控制方法，都存在一定的缺陷，如行程开关故障率高、光电开关精度低、感应电缆干扰大，易受损、旋转编码器会出现累计误差、磨损误差、成本高。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中卸料车定位精度不能满足大规模生产要求的问题，提供一种移动卸料车精确定位的控制系统及其控制方法，本发明采用可编程控制器和矢量变频器技术，使整个系统的可靠性和精度大大提高，实现自动控制能够实现全自动操作，避免人为差错，提高效率。
技术方案：本发明一种移动卸料车精确定位的控制系统，包括数字激光测距仪、矢量控制变频器、可编程控制器和人机接口；所述数字激光测距仪安装于卸料车并实时测量卸料车与目标位的实际距离反馈值(反光板安装在轨道端部)，所述矢量控制变频器安装在电气传动柜内用于驱动移动卸料车传动电机，人机接口设置于控制室且用于下达卸车指令目标值，根据目标值及实际距离反馈值通过可编程控制器定位模型进行运算，然后将运算结果通讯传送到矢量控制变频器，矢量控制变频器驱动电机实现精确定位。
进一步的，所述数字激光测距仪和矢量控制变频器均通过Profibus-DP与可编程控制器通讯，可编程控制器将目标值及实际距离反馈值实时显示于人机交互接口，操作人员在人机交互接口界面进行上料以及起停操作。
进一步的，所述可编程控制器中包括卸料车的位号设置模块、位号显示模块、自动定位模块和行走起停逻辑控制模块，其中卸料车位号设置模块将人机接口输入的位号转换成实际位置目标值；位号显示模块把卸料车位置的实际值转换成实际位号显示；自动定位模块采用智能定位自动控制模块依据位置偏差计算矢量控制变频器的实时给定值实现卸料车的自动定位。
其中，可编程控制器为整个控制系统的控制主体，人机接口为整个系统的操作主体。操作人员在控制室人机接口界面上操作上料起停按钮，即可实现卸料车精确定位。数字激光测距仪与可编程控制器之间为Profibus-DP数字通讯，即检测环节与控制系统之间直接交换数据，取消A/D(模数)转换环节，检测元件精度极高、响应时间极短，保证了卸料车实时位置测量的准确性。变频器采用可用于Profibus-DP通讯的矢量控制变频器，即执行环节与控制系统之间直接交换数据，取消D/A(数模)转换环节，执行元件精度极高、响应时间极短。保证了卸料车实时位置的定位的准确性。
本发明还公开了一种移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，
当事故检修时采用现场手动操作；
当正常生产时采用自动操作，在控制室人机接口界面上操作移动卸料车，设备的启动和停止采用可编程序控制器实现算法控制，根据中间储料仓的料位决定控制系统的启动和停止，具体包括以下步骤：
(1)数字激光测距仪负责检查卸料车的实时位置信号，实时位置信号通过Profibus-DP传送至可编程控制器；
(2)当需要卸料时，操作人员按下控制室人机接口启动按钮键进行远程操作，在画面中可显示卸料车的目标位号、实时位号和数字激光测距仪的实际测量值，在画面中可输入位号发出命令，
(3)可编程控制器通过Profibus-DP将人机接口发出的命令传输至矢量控制变频器，然后矢量控制变频器根据指令驱动卸料车的电机作出相应动作。
进一步的，所述人机接口设置有自动配料行走和手动配料行车的切换按钮。
进一步的，所述步骤(2)中，自动行走时，将人机接口输入的储料仓位号设为指定的目标位，由可编程控制器按相应的控制模型和特定的逻辑顺序进行行走定位，自动行走定位采用智能控制方法，具体如下：首先通过数字激光测距仪检查卸料车的实时位置，并将数字激光测距仪检测的位置实时信号通过Profibus-DP通讯传送至可编程控制器，可编程控制器根据卸料车实时运行位置与目标位置的偏差大小计算出卸料车的运行频率和运行方向，卸料车的运行控制的目的使其精确定位在目标位置上，当卸料车在两个储料仓之间时通过自动定位智能控制模块，根据逼近目标位的偏差实时修改矢量控制变频器频率的设定值。
出卸料车的运行频率和运行方向的计算方法为：
Vt 2-V0 2＝2aS
其中，V0为卸料车的初速度，Vt为卸料车的末速度，a为卸料车的加速度，S为卸料车的实时位置与目标储料仓之间的偏差距离。
上述自动定位智能控制模块采用距离加速度算法，实现自动定位、进行速度方向判别和速度给定值程序自动计算；当卸料车进入减速位后，调用智能定位模块，进行位置智能控制，驱动矢量控制变频器，满足精确定位的要求。
有益效果：本发明能够实现移动卸料车的位号显示及精确定位控制功能，以及自动定位和手动操作模式的自由切换；并且故障少、干扰小、无累计误差、磨损误差，定位精度可达±1mm。具体包括以下优点：
(1)将机械、电气、自动控制作为一个整体考虑，使各部分密切配合，协调动作，共同完成进料任务。应用与生产中能使操作变得十分简单，减少工人的劳动负荷，有效地提高产品质量，降低生产成本。
(2)采用可编程控制器技术，人性化编程，扩展灵活；能够和相关控制系统通过以太网加以连接，实现整个系统的计算机管理，并可通过网络实现多过配料系统的集中控制。
(3)采用新颖的矢量控制变频器，配合定位控制软件包(智能定位控制包)实现卸料车定位、卸料、逻辑设计、生产数据管理等功能。
(4)用户在其友好的人机接口界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。即为操作工提供了图文并茂、形象直观的操作环境，可方便地与各种软件和用户程序组合到一起建立友好的人机界面，满足实际需要。。
附图说明
图1为本发明中矢量控制变频器的频率给定算法示意图；
图2为本发明中自动定位智能控制示意图；
图3为本发明的整体控制流程示意图；
图4为本发明中可编程控制器的控制程序示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明一种移动卸料车精确定位的控制系统，包括数字激光测距仪、矢量控制变频器、可编程控制器和人机接口；数字激光测距仪实时测量卸料车与目标位的实际距离反馈值，所述矢量控制变频器安装在电气传动柜内用于驱动移动卸料车传动电机，人机接口设置于控制室且用于下达卸车指令目标值，根据目标值及实际距离反馈值通过可编程控制器定位模型进行运算，然后将运算结果通讯传送到矢量控制变频器，矢量控制变频器驱动电机实现精确定位。其中，数字激光测距仪和矢量控制变频器均通过Profibus-DP与可编程控制器通讯，可编程控制器将目标值及实际距离反馈值实时显示于人机交互接口，操作人员在人机交互接口界面进行上料以及起停操作。可编程控制器中包括卸料车的位号设置模块、位号显示模块、自动定位模块和行走起停逻辑控制模块，其中卸料车位号设置模块将人机接口输入的位号转换成实际位置目标值；位号显示模块把卸料车位置的实际值转换成实际位号显示；自动定位模块采用自动定位智能控制模块依据位置偏差计算矢量控制变频器的实时给定值实现卸料车的自动定位。
上述移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，当事故检修时采用现场手动操作；当正常生产时采用自动操作，在控制室人机接口界面上操作移动卸料车，设备的启动和停止采用可编程序控制器实现算法控制，根据中间储料仓的料位决定控制系统的启动和停止，具体包括以下步骤：
(1)数字激光测距仪负责检查卸料车的实时位置信号，实时位置信号通过Profibus-DP传送至可编程控制器；
(2)当需要卸料时，操作人员按下控制室人机接口启动按钮键进行远程操作，在画面中可显示卸料车的目标位号、实时位号和数字激光测距仪的实际测量值，在画面中可输入位号发出命令，
(3)可编程控制器通过Profibus-DP将人机接口发出的命令传输至矢量控制变频器，然后矢量控制变频器根据指令驱动卸料车的电机作出相应动作。
上述人机接口设置有自动配料行走和手动配料行车的切换按钮。
步骤(2)中，自动行走时，将人机接口输入的储料仓位号设为指定的目标位，由可编程控制器按相应的控制模型(如图1和图2所示)和特定的逻辑顺序(如图3所示)进行行走定位，自动行走定位采用智能控制方法，具体如下：首先通过数字激光测距仪检查卸料车的实时位置，并将数字激光测距仪检测的位置实时信号通过Profibus-DP通讯传送至可编程控制器，可编程控制器根据卸料车实时运行位置与目标位置的距离偏差大小计算出卸料车的运行频率和运行方向，卸料车的运行控制的目的使其精确定位在目标位置上，当卸料车在两个料仓距之间时通过自动定位智能控制模块，根据工艺要求逼近目标位的偏差实时修改矢量控制变频器频率的设定值。
控制模型中的卸料车的运行频率和运行方向的计算方法为：
Vt 2-V0 2＝2aS
其中，V0为卸料车的初速度，Vt为卸料车的末速度，a为卸料车的加速度，S为卸料车的实时位置与目标储料仓之间的偏差距离。
例如当S大于两个料仓之间的距离时，采用恒速行走即控制卸料车的频率在恒频设定运行区域；当S小于两个储料仓之间的距离时，采用智能控制，即根据卸料车实时位置与目标料仓之间的偏差距离来控制变频器频率反馈值以及变频变频器给定频率值，使其无限接近目标储料仓(例如距离偏差为±1mm)并最终停在目标储料仓位置处。
其中，自动定位智能控制模块采用距离加速度算法，实现自动定位、进行速度方向判别和速度给定值程序自动计算；当卸料车进入减速位后，调用智能定位模块，进行位置智能控制，驱动矢量控制变频器，满足精确定位的要求。
综上所述，本发明通过采用智能控制程序驱动矢量控制变频器，实现卸料车精确定位，降低了制造成本，且这种定位系统及方法可广泛应用于需要高精度定位的系统中，具有普遍实用性。使用移动卸料车精确定位的控制方法，操作人员能远距离控制仪表，实现自动化控制，降低了工人劳动强度，提高进料精度和速度，降低了设备故障率，大幅度提高了生产力。

Claims (8)

1.一种移动卸料车精确定位的控制系统，其特征在于：包括数字激光测距仪、矢量控制变频器、可编程控制器和人机接口；所述数字激光测距仪安装于卸料车并实时测量卸料车与目标位的实际距离反馈值，所述矢量控制变频器安装在电气传动柜内用于驱动移动卸料车传动电机，人机接口设置于控制室且用于下达卸车指令目标值，根据目标值及实际距离反馈值通过可编程控制器定位模型进行运算，然后将运算结果通讯传送到矢量控制变频器，矢量控制变频器驱动电机实现精确定位。
2.根据权利要求1所述的移动卸料车精确定位的控制系统，其特征在于：所述数字激光测距仪和矢量控制变频器均通过Profibus-DP与可编程控制器通讯，可编程控制器将目标值及实际距离反馈值实时显示于人机交互接口，操作人员在人机交互接口界面进行上料以及起停操作。
3.根据权利要求1所述的移动卸料车精确定位的控制系统，其特征在于：所述可编程控制器中包括卸料车的位号设置模块、位号显示模块、自动定位模块和行走起停逻辑控制模块，其中卸料车位号设置模块将人机接口输入的位号转换成实际位置目标值；位号显示模块把卸料车位置的实际值转换成实际位号显示；自动定位模块采用自动定位智能控制模块依据位置偏差计算矢量控制变频器的实时给定值实现卸料车的自动定位。
4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，其特征在于：
当事故检修时采用现场手动操作；
当正常生产时采用自动操作，在控制室人机接口界面上操作移动卸料车，设备的启动和停止采用可编程序控制器实现算法控制，根据中间储料仓的料位决定控制系统的启动和停止，具体包括以下步骤：
(1)数字激光测距仪负责检查卸料车的实时位置信号，实时位置信号通过Profibus-DP传送至可编程控制器；
(2)当需要卸料时，操作人员按下控制室人机接口启动按钮键进行远程操作，在画面中可显示卸料车的目标位号、实时位号和数字激光测距仪的实际测量值，在画面中可输入位号发出命令，
(3)可编程控制器通过Profibus-DP将人机接口发出的命令传输至矢量控制变频器，然后矢量控制变频器根据指令驱动卸料车的电机作出相应动作。
5.根据权利要求4所述的移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，其特征在于：所述人机接口设置有自动配料行走和手动配料行车的切换按钮。
6.根据权利要求4所述的移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，自动行走时，将人机接口输入的储料仓位号设为指定的目标位，由可编程控制器按相应的控制模型和逻辑顺序进行行走定位，自动行走定位采用智能控制方法，具体如下：
首先通过数字激光测距仪检查卸料车的实时位置，并将数字激光测距仪检测的位置实时信号通过Profibus-DP通讯传送至可编程控制器，可编程控制器根据卸料车实时运行位置与目标位置的距离偏差计算出卸料车的运行频率和运行方向，卸料车的运行控制的目的使其精确定位在目标位置上，当卸料车在两个储料仓之间时通过自动定位智能控制模块根据逼近目标位的偏差实时修改矢量控制变频器频率的设定值。
7.根据权利要求6所述的移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，其特征在于：所述自动定位智能控制模块采用距离加速度算法，实现自动定位、进行速度方向判别和速度给定值程序自动计算；当卸料车进入减速位后，调用智能定位模块，进行位置智能控制，驱动矢量控制变频器。
8.根据权利要求6所述的移动卸料车精确定位的控制系统的控制方法，其特征在于：所述出卸料车的运行频率和运行方向的计算方法为：
Vt 2-V0 2＝2aS
其中，V0为卸料车的初速度，Vt为卸料车的末速度，a为卸料车的加速度，S为卸料车的实时位置与目标储料仓之间的偏差距离。
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