CN108557486A - 一种基于pc构件堆垛机的定位控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统及其方法，所述控制系统由工业计算机、PLC、旋转编码器、接近传感器、变频器、三相交流异步电动机、开关量设备组成。本发明在保证PC构件堆垛机行走定位精度的前提下，通过巧妙布置铁柱与接近传感器的位置，减少了接近传感器的使用量；在升降运动定位中，巧妙利用旋转编码器，不仅减少了传感器的使用量，而且提高了PC构件堆垛机的升降定位性能；PLC通过PROFINET网络通信的方式对变频器进行通讯操作，提高了控制系统的稳定性与可靠性；上位计算机对控制系统进行整体监控，实现了控制系统的可视化，提高了控制系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆垛机的定位控制系统及其方法，尤其涉及一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统及其方法。
背景技术
随着我国2016年1月1日正式实施的《工业化建筑评价标准》中规定(参评项目的预制率不应低于20％，装配率不小于50％。)以来，我国建筑生产模式由“建造”向“拼装”方式转变。PC构件堆垛机作为预制混凝土构件生产线的重要模块，对其的电气自动化改造就显得尤为重要。本领域技术人员都深知，PC构件堆垛机的核心控制即为定位控制，而目前的PC构件堆垛机行走运动与升降运动定位的控制，多采用在定位位置点布置接近传感器的方式予以实现，但该方式不仅所需要的接近传感器数量多，成本高，而且增加了控制系统的出错率与故障率。
同时，目前现有的PC构件堆垛机自动化控制系统，大多所采用的开关量或模拟量直接连接的控制方式，不仅抗干扰能力差、稳定性差，而且还无法实现或不能较好的实现与现场设备的大量实时数据交换。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上背景技术中存在的技术问题和缺陷，提供一种基于PC构件堆垛机定位控制系统及其方法。
本发明在保证PC构件堆垛机的行走定位精度的前提下，通过巧妙布置铁柱与接近传感器的位置，大大减少了传感器的数量。同时通过巧妙利用旋转编码器测量PC构件堆垛机吊篮的实时高度，不仅减少了传感器的使用量，而且提高控制系统稳定性与可靠性。
本发明通过工业以太网通讯的方式对PC构件堆垛机现场设备进行控制，不仅提高控制系统的稳定性，而且提高控制系统的集成度，更便于上位机对现场设备实时数据的采集与监控。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统，包括工业计算机1、PLC2、开关量设备3、旋转编码器4、接近传感器组5、若干变频器和若干三相交流异步电机；
其中所述工业计算机1安装有上位机软件WINCC；所述PLC 2用于支持PROFINET通讯、高速脉冲输入和数字量输入输出；所述若干变频器皆为用于支持PROFINET通讯控制的普通变频器，包括行走运动变频器6、升降运动变频器7、开门运动变频器8、推拉运动变频器9和钩旋转运动变频器10；所述若干三相交流异步电动机包括行走运动驱动电机11、升降运动驱动电机12、开门运动驱动电机13、推拉运动驱动电机14包括钩旋转运动驱动电机15；所述三相交流异步电动机皆需满足驱动转矩要求；所述开关量设备3包括：按钮、开关、指示灯、报警器；所述接近传感器组5为若干电感式接近传感器；
所述开关量设备3连接于PLC2的开关量输入输出端，所述旋转编码器4的输出端连接于PLC2的高速脉冲输入端，所述接近传感器组5连接于PLC2的开关量输入端；所述行走运动变频器6、升降运动变频器7、开门运动变频器8、推拉运动变频器9和钩旋转运动变频器10分别通过PROFINET通讯卡连接到PRORINET网络作为从站；所述PLC 2通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接到PROFINET网络作为主站，实现PLC 2对各个变频器的通讯控制；所述行走运动驱动电机11连接于行走运动变频器6，所述升降运动驱动电机12连接于升降运动变频器7，所述开门运动驱动电机13连接于开门运动变频器8，所述推拉运动驱动电机14连接于推拉运动变频器9，所述钩旋转运动驱动电机15连接于钩旋转运动变频器10；所述PLC 2通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接于工业计算机1；
所述旋转编码器4水平固定安装于PC构件堆垛机底座，旋转编码器轴上安装有线圈轮120，所述线圈轮120与编码器轴同步转动，线圈轮120上设有的线圈轮绕线121竖直连接于PC构件堆垛机吊篮122底面上。
进一步的，所述接近传感器组5包括线性等间距安装于PC构件堆垛机底盘上的PC构件堆垛机底盘伸出杆111上的接近传感器一5-1、接近传感器二5-2、接近传感器三5-3、接近传感器四5-4、接近传感器五5-5、接近传感器六5-6，用于检测安装于地面的铁柱，进行PC构件堆垛机对养护窑体的选择定位。
进一步的，所述PC构件堆垛机底盘伸出杆111垂直于PC构件堆垛机行走运动方向安置。
进一步的，所述养护窑体为相向对称安置的两排养护窑体，每排至少有三个养护窑体，即养护窑体A112、养护窑体B113和养护窑体C114，每个养护窑体前地面上都按倒品字形布置安装有三个铁柱，其中并排的上两个铁柱自左至右分别为左减速铁柱和右减速铁柱，下一个铁柱为目标点铁柱。
进一步的，所述养护窑体A112的左减速铁柱101、右减速铁柱103与所述接近传感器一5-1沿水平横方向共线，养护窑体A112的目标点铁柱102与接近传感器二5-2沿水平横方向共线；所述养护窑体B113的左减速铁柱104、右减速铁柱106与所述接近传感器三5-3沿水平横方向共线，养护窑体B113的目标点铁柱105与接近传感器四5-4沿水平横方向共线；所述养护窑体C114的左减速铁柱107、右减速铁柱109与所述接近传感器五5-5沿水平横方向共线，养护窑体C114的目标点铁柱108与接近传感器六5-6沿水平横方向共线。
为达到上述目的，本发明采用以下另一技术方案予以实现。
一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统的定位方法，包括PC构件堆垛机的水平运动位置定位和目标层定位，具体分别是：
一、PC构件堆垛机在进行运动定位目标养护窑体时，当接近传感器检测到目标位置的左减速铁柱或右减速铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC2的数字量输入端，PLC2通过PROFINET通信控制行走运动变频器6，使行走运动驱动电机11降速到寻找目标点速度；当接近传感器检测到目标位置的目标点铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC2的数字量输入端，PLC2通过PROFINET通信控制行走运动变频器6，使行走运动驱动电机11立即停转，实现养护窑体的定位；
二、PC构件堆垛机在进行目标层定位时，旋转编码器4的高速脉冲信号通过信号线传送到PLC2高速脉冲输入端，实现旋转编码器4对吊篮提升高度的实时反馈，形成全闭环控制系统，PLC2通过实时接收来自旋转编码器4反馈的高速脉冲，并计算出吊篮实时高度；当吊篮实时高度与目标层位置高度接近时，PLC2通过PROFINET通讯控制升降运动变频器7，使升降运动驱动电机12降速到寻找目标点位置速度；当实时高度等于目标层位置高度时，PLC2通过PROFINET通讯控制升降变频器7，使升降运动驱动电机12立即停转，实现目标层定位。
进一步的，所述PC构件堆垛机和养护窑体的开门运动、推拉运动和钩旋转运动分别由接近传感器组5中相对应的接近传感器为三种运动限位，PLC2读取三种运动所使用的接近传感器的信号，当传感器有反馈信号时,PLC2通过PROFINET通讯控制对应变频器，使得对应运动驱动电机停转。
进一步的，所述PLC2为自带以太网口或配置的以太网通讯模块，通过以太网线连接与安装有上位机软件的工业计算机1进行通讯，实现工业计算机1对PC构件堆垛机系统的整体监控。
与现有技术比，本发明具有的优点和有益效果主要有：
本发明在保证PC构件堆垛机行走定位精度的前提下，通过巧妙布置铁柱与接近传感器的位置，减少了接近传感器的使用量；在升降运动定位中，巧妙利用旋转编码器，不仅减少了传感器的使用量，而且提高了PC构件堆垛机的升降定位性能；PLC通过PROFINET网络通信的方式对变频器进行通讯操作，提高了控制系统的稳定性与可靠性；上位计算机对控制系统进行整体监控，实现了控制系统的可视化，提高了控制系统的安全性。
附图说明
图1为本发明的控制系统框图；
图2为本发明的PC构件堆垛机行走定位示意图；
图3为本发明的PC构件堆垛机升降定位示意图，其中图(a)为养护窑体定位层示意图、图(b)为码垛机示意图；
图中的附图标记说明：1为工业计算机，2为PLC，3为开关量设备，4为旋转编码器，5接近传感器组，5-1为接近传感器一，5-2为接近传感器二，5-3为接近传感器三，5-4为接近传感器四，5-5为接近传感器五，5-6为接近传感器六，6为行走运动变频器，7为升降运动变频器，8为开门运动变频器，9为推拉运动变频器，10为钩旋转运动变频器，11为行走运动驱动电机，12为升降运动驱动电机，13为开门运动驱动电机，14为推拉运动驱动电机，15为钩旋转运动驱动电机，101为养护窑体A的左减速铁柱，102为养护窑体A的目标点铁柱，103为养护窑体A的右减速铁柱，104为养护窑体B的左减速铁柱，105为养护窑体B的目标点铁柱，106为养护窑体B的右减速铁柱，107为养护窑体C的左减速铁柱，108为养护窑体C的目标点铁柱，109为养护窑体C的右减速铁柱，110为PC构件堆垛机，111为PC构件堆垛机底盘伸出杆，112为养护窑体A，113为养护窑体B，114为养护窑体C，120为线圈轮，121为线圈轮绕线，122为PC构件堆垛机吊篮。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1所示，为本发明的一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统，包括工业计算机1、PLC2、开关量设备3、旋转编码器4、接近传感器组5、若干变频器和若干三相交流异步电机。所述工业计算机1安装有上位机软件WINCC；所述PLC 2用于支持PROFINET通讯、高速脉冲输入和数字量输入输出；所述若干变频器皆为用于支持PROFINET通讯控制的普通变频器，包括行走运动变频器6、升降运动变频器7、开门运动变频器8、推拉运动变频器9和钩旋转运动变频器10；所述若干三相交流异步电动机包括行走运动驱动电机11、升降运动驱动电机12、开门运动驱动电机13、推拉运动驱动电机14包括钩旋转运动驱动电机15；所述三相交流异步电动机皆需满足驱动转矩要求。所述开关量设备3包括：按钮、开关、指示灯、报警器。所述接近传感器组皆为电感式接近传感器。
如图1所示，所述开关量设备3连接于PLC 2的开关量输入输出端，所述旋转编码器4的输出端连接于PLC 2的高速脉冲输入端，所述接近传感器组5连接于PLC 2的开关量输入端。所述行走运动变频器6、升降运动变频器7、开门运动变频器8、推拉运动变频器9和钩旋转运动变频器10分别通过PROFINET通讯卡连接到PRORINET网络作为从站。所述PLC 2通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接到PROFINET网络作为主站，实现PLC 2对各个变频器的通讯控制。所述行走运动驱动电机11连接于行走运动变频器6，所述升降运动驱动电机12连接于升降运动变频器7，所述开门运动驱动电机13连接于开门运动变频器8，所述推拉运动驱动电机14连接于推拉运动变频器9，所述钩旋转运动驱动电机15连接于钩旋转运动变频器10。所述PLC 2通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接于工业计算机1。
如图1和图2所示，所述接近传感器组5包括线性等间距安装于PC构件堆垛机底盘伸出杆111上的接近传感器一5-1、接近传感器二5-2、接近传感器三5-3、接近传感器四5-4、接近传感器五5-5、接近传感器六5-6，用于检测安装于地面的铁柱，进行养护窑体的选择定位。如图2所示，所述PC构件堆垛机底盘伸出杆111垂直于PC构件堆垛机行走运动方向安置。如图2所示，所述养护窑体包括相向对称安置的两排养护窑体，每排至少有三个养护窑体，即养护窑体A112、养护窑体B113和养护窑体C114，每个养护窑体前地面上都按倒品字形布置安装有三个铁柱，其中并排的上两个铁柱自左至右分别为左减速铁柱和右减速铁柱，下一个铁柱为目标点铁柱。其中，所述养护窑体A112的左减速铁柱101、右减速铁柱103与所述接近传感器一5-1沿水平横方向共线，养护窑体A112的目标点铁柱102与接近传感器二5-2沿水平横方向共线；所述养护窑体B113的左减速铁柱104、右减速铁柱106与所述接近传感器三5-3沿水平横方向共线，养护窑体B113的目标点铁柱105与接近传感器四5-4沿水平横方向共线；所述养护窑体C114的左减速铁柱107、右减速铁柱109与所述接近传感器五5-5沿水平横方向共线，养护窑体C114的目标点铁柱108与接近传感器六5-6沿水平横方向共线。
如图3所示,所述旋转编码器4水平固定安装于PC构件堆垛机底座，旋转编码器轴上安装有线圈轮120。所述线圈轮120与编码器轴同步转动，线圈轮绕线121竖直连接于PC构件堆垛机吊篮122底面。所述线圈轮为带有绕线的槽轮，且自带有回转扭矩，此扭矩可使得线圈轮120与PC构件堆垛机吊篮122之间的线圈轮绕线121保持绷紧状态。
本发明的基于PC构件堆垛机的定位控制系统的定位方法，包括PC构件堆垛机的水平运动位置定位和目标层定位，具体分别是：
1、PC构件堆垛机在进行运动定位目标养护窑体时，当接近传感器检测到目标位置的左减速铁柱或右减速铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC2的数字量输入端，PLC2通过PROFINET通信控制行走运动变频器6，使行走运动驱动电机11降速到寻找目标点速度；当接近传感器检测到目标位置的目标点铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC2的数字量输入端，PLC2通过PROFINET通信控制行走运动变频器6，使行走运动驱动电机11立即停转，实现养护窑体的定位；
2、PC构件堆垛机在进行目标层定位时，旋转编码器4的高速脉冲信号通过信号线传送到PLC2高速脉冲输入端，实现旋转编码器4对吊篮提升高度的实时反馈，形成全闭环控制系统，PLC2通过实时接收来自旋转编码器4反馈的高速脉冲，并计算出吊篮实时高度；当吊篮实时高度与目标层位置高度接近时，PLC2通过PROFINET通讯控制升降运动变频器7，使升降运动驱动电机12降速到寻找目标点位置速度；当实时高度等于目标层位置高度时，PLC2通过PROFINET通讯控制升降变频器7，使升降运动驱动电机12立即停转，实现目标层定位。
其中开门运动、推拉运动、钩旋转运动都无需高精度定位控制，则只需接近传感器组5中部分接近传感器作为三种运动的限位传感器即可。PLC2读取三种运动所使用的接近传感器的信号，当传感器有反馈信号时,PLC2通过PROFINET通讯控制对应变频器，使得对应运动驱动电机停转。
PLC2自带的以太网口或配置的以太网通讯模块，通过以太网线连接与安装有上位机软件的工业计算机1进行通讯，实现工业计算机1对PC构件堆垛机系统的整体监控。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于PC构件堆垛机的定位控制系统，其特征在于，包括工业计算机(1)、PLC(2)、开关量设备(3)、旋转编码器(4)、接近传感器组(5)、若干变频器和若干三相交流异步电机；
其中，所述工业计算机(1)安装有上位机软件WINCC；所述PLC(2)用于支持PROFINET通讯、高速脉冲输入和数字量输入输出；所述若干变频器皆为用于支持PROFINET通讯控制的普通变频器，包括行走运动变频器(6)、升降运动变频器(7)、开门运动变频器(8)、推拉运动变频器(9)和钩旋转运动变频器(10)；所述若干三相交流异步电动机包括行走运动驱动电机(11)、升降运动驱动电机(12)、开门运动驱动电机(13)、推拉运动驱动电机(14)和钩旋转运动驱动电机(15)；所述三相交流异步电动机皆需满足驱动转矩要求；所述开关量设备(3)包括：按钮、开关、指示灯、报警器；所述接近传感器组(5)为若干电感式接近传感器；
所述开关量设备(3)连接于PLC(2)的开关量输入输出端；所述旋转编码器(4)的输出端连接于PLC(2)的高速脉冲输入端；所述接近传感器组(5)连接于PLC(2)的开关量输入端；所述行走运动变频器(6)、升降运动变频器(7)、开门运动变频器(8)、推拉运动变频器(9)和钩旋转运动变频器(10)分别通过PROFINET通讯卡连接到PRORINET网络作为从站；所述PLC(2)通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接到PROFINET网络作为主站，实现PLC(2)对各个变频器的通讯控制；所述行走运动驱动电机(11)连接于行走运动变频器(6)，所述升降运动驱动电机(12)连接于升降运动变频器(7)，所述开门运动驱动电机(13)连接于开门运动变频器(8)，所述推拉运动驱动电机(14)连接于推拉运动变频器(9)，所述钩旋转运动驱动电机(15)连接于钩旋转运动变频器(10)；所述PLC(2)通过自带以太网接口或配置的通讯模块连接于工业计算机(1)；
所述旋转编码器(4)水平固定安装于PC构件堆垛机底座，旋转编码器轴上安装有线圈轮(120)，所述线圈轮(120)与编码器轴同步转动，线圈轮(120)上设有线圈轮绕线(121)竖直连接于PC构件堆垛机吊篮(122)底面上。
2.根据权利要求1所述的基于PC构件堆垛机的定位控制系统，其特征在于，所述接近传感器组(5)包括线性等间距安装于PC构件堆垛机底盘上的PC构件堆垛机底盘伸出杆(111)上的接近传感器一(5-1)、接近传感器二(5-2)、接近传感器三(5-3)、接近传感器四(5-4)、接近传感器五(5-5)、接近传感器六(5-6)，用于检测安装于地面的铁柱，进行PC构件堆垛机对养护窑体的选择定位。
3.根据权利要求2所述的基于PC构件堆垛机的定位控制系统，其特征在于，所述PC构件堆垛机底盘伸出杆(111)垂直于PC构件堆垛机行走运动方向安置。
4.根据权利要求2所述的基于PC构件堆垛机的定位控制系统，其特征在于，所述养护窑体为相向对称安置的两排养护窑体，每排至少有三个养护窑体，即养护窑体A(112)、养护窑体B(113)和养护窑体C(114)，每个养护窑体前地面上都按倒品字形布置安装有三个铁柱，其中并排的上两个铁柱自左至右分别为左减速铁柱和右减速铁柱，下一个铁柱为目标点铁柱。
5.根据权利要求4所述的基于PC构件堆垛机的定位控制系统，其特征在于，所述养护窑体A(112)的左减速铁柱(101)、右减速铁柱(103)与所述接近传感器一(5-1)沿水平横方向共线，养护窑体A(112)目标点铁柱(102)与接近传感器二(5-2)沿水平横方向共线；所述养护窑体B(113)的左减速铁柱(104)、右减速铁柱(106)与所述接近传感器三(5-3)沿水平横方向共线，养护窑体B(113)的目标点铁柱(105)与接近传感器四(5-4)沿水平横方向共线；所述养护窑体C(114)的左减速铁柱(107)、右减速铁柱(109)与所述接近传感器五(5-5)沿水平横方向共线，养护窑体C(114)的目标点铁柱(108)与接近传感器六(5-6)沿水平横方向共线。
6.一种如权利要求1-5任一所述的基于PC构件堆垛机的定位控制系统的定位方法，其特征在于，包括PC构件堆垛机的水平运动位置定位和目标层定位，具体分别是：
一、PC构件堆垛机在进行运动定位目标养护窑体时，当接近传感器检测到目标位置的左减速铁柱或右减速铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC(2)的数字量输入端，PLC(2)通过PROFINET通信控制行走运动变频器(6)，使行走运动驱动电机(11)降速到寻找目标点速度；当接近传感器检测到目标位置的目标点铁柱时，接近传感器将信号传送到PLC(2)的数字量输入端，PLC(2)通过PROFINET通信控制行走运动变频器(6)，使行走运动驱动电机(11)立即停转，实现养护窑体的定位；
二、PC构件堆垛机在进行目标层定位时，旋转编码器(4)的高速脉冲信号通过信号线传送到PLC(2)高速脉冲输入端，实现旋转编码器(4)对吊篮提升高度的实时反馈，形成全闭环控制系统，PLC(2)通过实时接收来自旋转编码器(4)反馈的高速脉冲，并计算出吊篮实时高度；当吊篮实时高度与目标层位置高度接近时，PLC(2)通过PROFINET通讯控制升降运动变频器(7)，使升降运动驱动电机(12)降速到寻找目标点位置速度；当实时高度等于目标层位置高度时，PLC(2)通过PROFINET通讯控制升降变频器(7)，使升降运动驱动电机(12)立即停转，实现目标层定位。
7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述PC构件堆垛机和养护窑体的开门运动、推拉运动和钩旋转运动分别由接近传感器组(5)中相对应的接近传感器为三种运动限位，PLC(2)读取三种运动所使用的接近传感器的信号，当传感器有反馈信号时,PLC(2)通过PROFINET通讯控制对应变频器，使得对应运动驱动电机停转。
8.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述PLC(2)为自带以太网口或配置的以太网通讯模块，通过以太网线连接与安装有上位机软件的工业计算机(1)进行通讯，实现上位计算机(1)对PC构件堆垛机系统的整体监控。
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