CN111594069A - 一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于负载口独立控制的翻转吊卡控制方法，包括初始化，参数设定，数据采集，手动/自动模式判断，手动模式执行步骤和自动模式执行步骤，通过操作箱上的操作按钮实现手动/自动切换，通过锁闩关闭传感器、管柱进入传感器、管柱锁紧传感器进行信号检测，并通过控制器对负载口独立控制阀组实时响应的控制方法，可以完成吊卡本体自动翻转、锁闩活门自动打开、管柱自动进入、活门锁闩自动关闭等动作的自动化控制，在自动翻转过程中采用了专家PID控制算法，对吊卡本体的自动翻转实施了闭环反馈控制；该方法不仅可以实现翻转式吊卡作业过程中的自动化控制，而且还减小液压系统损失，实现了系统节能。

Description

一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法

技术领域

本发明涉及机械自动控制技术领域，尤其涉及一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法。

背景技术

吊卡是用来吊起钻杆、油管和套管等管材的工具，它悬挂在提升系统大钩两侧的吊环里面，以便对井眼进行起出或下入钻具及油管、套管的作业。翻转式吊卡是近些年出现的利用液压传动与控制技术实现吊卡活门和锁闩的安全启闭、吊卡本体翻转等功能的陆地石油勘探设备。

传统的翻转式吊卡在作业的过程中，均采用手动操作完成，这样就导致了作业效率低、劳动强度大，然而，对翻转式吊卡作业工况进行分析，其有一定的固定作业流程：(1)吊卡本体按照要求翻转到指定角度；(2)锁闩先打开，活门后打开；(3)管柱自动进入吊卡；(4)活门先关闭，锁闩后关闭；(5)进入下一步作业流程。从翻转式吊卡的作业流程可以看出，这几个动作是一个连续动作，因此，可以配备控制器、传感器、报警器和指示灯等相关电控系统装置，并编写相应的逻辑控制程序，完成翻转式吊卡的自动作业。

传统的翻转式吊卡的液压系统通常采用三位四通阀控系统实现相应作业动作，但是，传统的阀控系统由于采用了一根阀芯同时控制着液压缸的进、出口油路，导致其能耗大、效率低。目前，节能已经成为众多机械装备的一个迫切研究课题，负载口独立控制系统是一种利用多根阀芯同时控制一个液压执行器的液压系统，通过必要的逻辑与比例控制，在实现节流调速控制的同时，可以兼顾节能特性。

发明内容

本发明提供一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法，解决了翻转式吊卡在作业的过程中，采用手动操作完成，导致作业效率低、劳动强度大的问题，实现翻转式吊卡在作业过程中活门、锁闩、翻转的自动控制，而且当出现意外情况时，能够兼顾手动控制，完成手动/自动一体化控制。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化，将系统进行初始化，检查系统工作是否正常，如果不正常，不向下执行，并进行报警，如果正常，向下执行；

步骤2：参数设定，设定吊卡翻转到位角度，设定手动翻转最大速度，设定活门锁闩打开最大速度，设定活门锁闩关闭最大速度，设定角度位移转化参数，设定幅值变换参数，设定专家PID控制参数；

步骤3：数据采集，控制器通过操作箱上的操作按钮读取操作信号，通过锁闩关闭传感器读取锁闩关闭信号，通过管柱进入传感器读取管柱进入信号，通过管柱锁紧传感器读取管柱锁紧信号，通过位移传感器读取翻转液压缸的活塞杆伸出位移；

步骤4：手动/自动模式判断，通过操作箱上的手动/自动切换按钮判断是否为自动模式，若为手动模式，则进入步骤5.1；若为自动模式，则进入步骤5.2；

步骤5.1：手动模式，手动模式开启后，进入步骤5.1.1；

步骤5.1.1：手动翻转，按下操作箱上的“上翻转”按钮，控制器接收到操作箱上的“上翻转”按钮的电压信号，根据公式(1)将“上翻转”按钮的电压信号转换为向第一负载口独立控制阀组的四个比例阀的输入电流值，第一两位两通常闭比例阀、第二两位两通常闭比例阀、第一两位两通常开比例阀和第二两位两通常开比例阀的电流值分别为0、I、0、I_max，进而驱动翻转液压缸的活塞杆缩回运动，翻转液压缸的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡向上翻转，控制器根据公式，将位移传感器检测到的翻转液压缸活塞杆位移值d转化为实时转角，当达到设定的角度后，控制器检测到相应位移值d，认为达到设定的角度，并向角度到位指示灯发出信号将其点亮，则进入步骤5.1.2；

式中，I为第一负载口独立控制阀组或第二负载口独立控制阀组的输入电流值，u为操作箱上的操作按钮电压信号，U为操作箱上的操作按钮最大电压值，v为手动翻转最大速度或活门锁闩打开或活门锁闩关闭最大速度，k为输出电流与最大速度之间的比例系数；

式中，θ为翻转式吊卡的翻转角度，α₁、α₂、l₁、l₂分别为吊臂与翻转式吊卡的关节角度与长度，D为翻转液压缸的缸壁长度，d翻转液压缸(8的活塞杆位移；

步骤5.1.2：锁闩、活门手动打开，当操作人员看到角度到位指示灯亮起后，则按下操作箱上的“活门、锁闩打开”按钮，控制器接收到操作箱上的“活门、锁闩打开”按钮的电压信号，根据公式将“活门、锁闩打开”按钮的电压信号转换为第二向负载口独立控制阀组的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀、第四两位两通常闭比例阀、第三两位两通常开比例阀和第四两位两通常开比例阀的电流值分别为0、I、0、I_max，进而通过液压锁和顺序阀组控制锁闩液压缸先动，活门液压缸后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.3；

步骤5.1.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡，当管柱触碰到管柱进入传感器后，控制器将采集到管柱进入信号，并向管柱进入指示灯发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.4；

步骤5.1.4：活门、锁闩手动关闭，当操作人员看到管柱进入指示灯亮起后，则按下操作箱上的“活门、锁闩关闭”按钮，控制器接收到操作箱上的“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号，根据公式(1)将“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号转换为向第二负载口独立控制阀组的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀、第四两位两通常闭比例阀、第三两位两通常开比例阀、第四两位两通常开比例阀的电流值分别为I、0、I_max、0，进而通过液压锁和顺序阀组控制活门液压缸先动，锁闩液压缸后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.5；

步骤5.1.5：锁闩关闭指示灯点亮，当锁闩关闭后，将触碰到锁闩关闭传感器，控制器将采集到锁闩关闭信号，并向锁闩关闭指示灯发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.6；

步骤5.1.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器，控制器如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯发出信号使其点亮，当操作人员看到管柱锁紧指示灯亮起后，则进入步骤6；控制器如没有检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯发出信号，当操作人员没有看到管柱锁紧指示灯亮起，则停止作业并进行检修；

步骤5.2：自动模式，自动模式开启后，进入步骤5.2.1；

步骤5.2.1：自动翻转模块，控制器根据公式，将位移传感器检测到的翻转液压缸活塞杆位移值d转化为实时转角，并根据设定的翻转角度确定翻转液压缸活塞杆目标位移值，目标位移值与通过位移传感器检测到的实际位移值作差，并进行专家PID运算，如若运算后的值为正，则证明实际翻转角度与设定翻转角度有一定差距，需要向上翻转，将运算后的值转换为电流信号I，输出给第二两位两通常闭比例阀，将运算后的值进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第一两位两通常开比例阀，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第一两位两通常开比例阀，第一两位两通常闭比例阀的电流值为0，第二两位两通常开比例阀的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸的活塞杆缩回运动，翻转液压缸的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡向上翻转，从而减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；如若运算后的值为负，则证明实际翻转角度超过了设定的翻转角度，需要向下翻转，将运算后的值转换为电流信号I输出给第一两位两通常闭比例阀，将运算后的值进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第二两位两通常开比例阀，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第二两位两通常开比例阀，第二两位两通常闭比例阀的电流值为0，第一两位两通常开比例阀的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸的活塞杆伸出运动，翻转液压缸的活塞杆伸出运动，迫使翻转式吊卡向下翻转，从而反向减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；当控制器通过位移传感器检测到实际位移值等于设定位移值后，则分别第一向两位两通常闭比例阀、第二两位两通常闭比例阀、第一两位两通常开比例阀和第二两位两通常开比例阀的输入的电流值为0、0、I_max、I_max，从而将驱动翻转液压缸的进出油路锁死，停止翻转，并进入步骤5.2.2；

步骤5.2.2：锁闩、活门自动打开，当翻转液压缸停止翻转后，控制器分别向第三两位两通常闭比例阀、第四两位两通常闭比例阀、第三两位两通常开比例阀和第四两位两通常开比例阀输入的电流值为0、I_max、0、I_max，进而通过液压锁和顺序阀组控制锁闩液压缸先动，活门液压缸后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.3；

步骤5.2.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡，如若控制器通过管柱进入传感器没有检测到管柱进入后，则继续等待管柱进入；如若控制器通过管柱进入传感器检测到管柱进入后，进入步骤5.2.4；

步骤5.2.4：锁闩、活门自动关闭模块，当控制器通过管柱进入传感器检测到管柱进入信号，且通过锁闩关闭传感器没有检测到锁闩关闭时，控制器分别向第三两位两通常闭比例阀、第四两位两通常闭比例阀(702、第三两位两通常开比例阀和第四两位两通常开比例阀输入的电流值为I_max、0、I_max、0，进而通过液压锁和顺序阀组控制活门液压缸先动，锁闩液压缸后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.5；

步骤5.2.5：锁闩关闭检测，控制器通过锁闩关闭传感器没有检测到锁闩关闭信号后，则继续等待；如若检测到锁闩关闭信号，证明锁闩完全关闭，并进入步骤5.2.6；

步骤5.2.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器，控制器如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯发出信号使其点亮，进入步骤6；控制器如若有没检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯发出信号，停止作业并进行检修；

步骤6：吊卡作业完成，进入下一步作业。

进一步地，所述专家PID共分为五个区域Ⅰ、II、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值，Δe(k)为当前误差变化率，M₁、M₂、ε分别误差设定值，区域划分原则如下：

区域Ⅰ：当∣e(k)∣>M₁时，专家PID的输出为u(k)＝u_max；

区域II：当e(k)Δe(k)>0，且M₁>∣e(k)∣≥M₂时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_{P max}[e(k)-e(k-1)]，其中K_pmax为调节参数，其值尽量大；

区域Ⅲ：当e(k)Δe(k)>0，且M₂>∣e(k)∣≥ε时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)，其中K_p、K_I为调节参数，其值适中；

区域Ⅳ：当e(k)Δe(k)<0，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)，控制器的输出保持不变；

区域Ⅴ：当∣e(k)∣<ε时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_Ie(k)，其中K_I为调节参数，其值较小。

有益技术效果：

发明公开的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法，不但可以实现翻转式吊卡在作业过程中吊卡本体自动翻转、锁闩活门自动打开、管柱自动进入、活门锁闩自动关闭等动作的自动化控制，而且可以针对负载口独立控制阀组的控制特性实施相应的控制方法，不仅完成了相应液压缸的动作控制，还减小了出口节流损失，实现了系统节能，同时，该方法自自动翻转过程中采用了专家PID控制算法，对自动翻转实施了闭环反馈控制，准确性更高，稳定性更好，另外，该方法具有手动与自动切换功能，在手动控制的过程中配备了相应的动作指示灯，增加了手动控制的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的控制系统结构组成图；

图2为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的负载口独立控制系统的液压原理图；

图3为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的控制流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的自动翻转模块控制方框图；

图5为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的活门、锁闩自动关闭模块控制方框图；

图6为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的角度位移转化结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的专家PID参数调节区域细分示意图。

其中：1-操控箱，2-锁闩关闭传感器，3-管柱进入传感器，4-管柱锁紧传感器，5-控制器，6-第一负载口独立控制阀组，7-第二负载口独立控制阀组，8-翻转液压缸，9-液压锁，10-顺序阀组，11-位移传感器，12-活门液压缸，13-锁闩液压缸，14-锁闩关闭指示灯，15-管柱进入指示灯，16-管柱锁紧指示灯，17-异常报警指示灯，18-角度到位指示灯，601-第一两位两通常闭比例阀，602-第二两位两通常闭比例阀，603-第一两位两通常开比例阀，604-第二两位两通常开比例阀，701-第三两位两通常闭比例阀，702-第四两位两通常闭比例阀，703-第三两位两通常开比例阀，704-第四两位两通常开比例阀，19-吊臂，20-翻转式吊卡。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

如图1所示的是本发明实施例一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法的硬件需求结构框图，参见图1，控制系统包括操作箱1、锁闩关闭传感器2、管柱进入传感器3、管柱锁紧传感器4、控制器5、第一负载口独立控制阀组6、第二负载口独立控制阀组7、翻转液压缸8、液压锁9、顺序阀组10、位移传感器11、活门液压缸12、锁闩液压缸13、锁闩关闭指示灯14、管柱进入指示灯15、管柱锁紧指示灯16、和异常报警指示灯17，操作箱1上装有操作按钮，如“起停”按钮、“翻转”按钮、“打开”按钮、“关闭”按钮、“浮动”按钮和“紧急制动”按钮等，操作箱1上的操作按钮通过电线与控制器5的输入端子相连，控制器5的输出端子通过电线分别与第一负载口独立控制阀组6和第二负载口独立控制阀组7的电磁铁输入端子相连，位移传感器11、锁闩关闭传感器2、管柱进入传感器3和管柱锁紧传感器4的输出端子分别与控制器5的输入端子相连，锁闩关闭指示灯14、管柱进入指示灯15、管柱锁紧指示灯16和异常报警指示灯17的输入端子分别与控制器5的输出端子相连，第一负载口独立控制阀组6通过液压管路与翻转液压缸8相连，翻转液压缸8的活塞杆上安装有用于测量翻转液压缸8的活塞杆实时位移的位移传感器11，第二负载口独立控制阀组7通过液压管路与液压锁9相连，液压锁9通过液压管路与顺序阀组10相连，顺序阀组10通过液压管路分别与活门液压缸12、锁闩液压缸13相连，顺序阀组10可以实现活门液压缸12和锁闩液压缸13的顺序动作，从而完成活门和锁闩的开启和关闭，锁闩关闭传感器2安装在翻转式吊卡20的锁闩关闭位置，当锁闩关闭后，可以检测锁闩的关闭信号，管柱进入传感器3安装在翻转式吊卡20的管柱进入位置，当管柱触碰到管柱进入传感器3后，可以检测到管柱触碰信号，管柱锁紧传感器4安装在翻转式吊卡20的上端，能够检测到管柱锁紧信号。

作为本发明的一个实施例，第一负载口独立控制阀组6和第二负载口独立控制阀组7的工作原理相同，以第一负载口独立控制阀组6为例说明负载口独立控制阀组的工作原理，参见图2，第一负载口独立控制阀组6包括第一两位两通常闭比例阀601、第二两位两通常闭比例阀602、第一两位两通常开比例阀603和第二两位两通常开比例阀604，第一两位两通常闭比例阀601的进油口P、第二两位两通常闭比例阀602的进油口P和总进油口P通过液压管路相连，第一两位两通常闭比例阀601的出油口A与第一两位两通常开比例阀603的出油口A通过液压管路相连，第二两位两通常闭比例阀602的出油口A与第二两位两通常开比例阀604的出油口A通过液压管路相连，第一两位两通常开比例阀603的进油口P、第二两位两通常开比例阀604的进油口P和总回油口T通过液压管路相连，第一两位两通常闭比例阀601和第二两位两通常闭比例阀602为常闭电磁比例阀，而第一两位两通常开比例阀603和第二两位两通常开比例阀604为常开电磁比例阀，如图中所示的液压管路接阀，可以实现第一负载口独立控制阀组6初始状态为Y型中位机能，进而实现第一负载口独立控制阀组6所控制的翻转液压缸8的中位浮动功能，当需要锁死时，第一两位两通常开比例阀603和第二两位两通常开比例阀604同时得电即可，翻转液压缸8的活塞杆伸出时，第一两位两通常闭比例阀601和第一两位两通常开比例阀603的两个电磁铁输入端子通过控制器5输入相应电流信号，可以实现翻转液压缸8的活塞杆伸出速度控制，翻转液压缸8的活塞杆缩回时，第二两位两通常闭比例阀602和第二两位两通常开比例阀604的两个电磁铁输入端子通过控制器5输入相应电流信号，可以实现翻转液压缸8的活塞杆缩回速度控制；第二负载口独立控制阀组7的工作原理与第一负载口独立控制阀组6相同，第二负载口独立控制阀组7可以实现活门液压缸12和锁闩液压缸13顺序伸出和缩回过程中的速度控制，由于采用了液压锁9，第二负载口独立控制阀组7不能实现活门液压缸12和锁闩液压缸13的中位浮动，两个液压缸在中位时得到了锁紧。

本发明公开一种基于负载口独立控制的翻转式控制方法，参见图1，具体包括以下步骤：

步骤1：初始化，将系统进行初始化，检查系统工作是否正常，如果不正常，不向下执行，并进行报警，如果正常，向下执行；

步骤2：参数设定，设定吊卡翻转到位角度，设定手动翻转最大速度，设定活门锁闩打开最大速度，设定活门锁闩关闭最大速度，设定角度位移转化参数，设定幅值变换参数，设定专家PID控制参数；

步骤3：数据采集，控制器5通过操作箱1上的操作按钮读取操作信号，通过锁闩关闭传感器2读取锁闩关闭信号，通过管柱进入传感器3读取管柱进入信号，通过管柱锁紧传感器4读取管柱锁紧信号，通过位移传感器11读取翻转液压缸8的活塞杆伸出位移；

步骤4：手动/自动模式判断，通过操作箱1上的手动/自动切换按钮判断是否为自动模式，若为手动模式，则进入步骤5.1；若为自动模式，则进入步骤5.2；

步骤5.1：手动模式，手动模式开启后，进入步骤5.1.1；

步骤5.1.1：手动翻转，按下操作箱1上的“上翻转”按钮，控制器5接收到操作箱1上的“上翻转”按钮的电压信号，根据公式(1)将“上翻转”按钮的电压信号转换为向第一负载口独立控制阀组6的四个比例阀的输入电流值，第一两位两通常闭比例阀601、第二两位两通常闭比例阀602、第一两位两通常开比例阀603和第二两位两通常开比例阀604的电流值分别为0、I、0、I_max，进而驱动翻转液压缸8的活塞杆缩回运动，翻转液压缸8的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡20向上翻转，控制器5根据公式(2)，将位移传感器11检测到的翻转液压缸8活塞杆位移值d转化为实时转角，当达到设定的角度后，控制器5检测到相应位移值d，认为达到设定的角度，并向角度到位指示灯18发出信号将其点亮，则进入步骤5.1.2；

式中，I为第一负载口独立控制阀组6或第二负载口独立控制阀组7的输入电流值，u为操作箱1上的操作按钮电压信号，U为操作箱1上的操作按钮最大电压值，v为手动翻转最大速度或活门锁闩打开或活门锁闩关闭最大速度，k为输出电流与最大速度之间的比例系数；

式中，θ为翻转式吊卡20的翻转角度，α₁、α₂、l₁、l₂分别为吊臂19与翻转式吊卡20的关节角度与长度，D为翻转液压缸8的缸壁长度，d翻转液压缸8的活塞杆位移；

步骤5.1.2：锁闩、活门手动打开，当操作人员看到角度到位指示灯18亮起后，则按下操作箱1上的“活门、锁闩打开”按钮，控制器5接收到操作箱1上的“活门、锁闩打开”按钮的电压信号，根据公式(1)将“活门、锁闩打开”按钮的电压信号转换为第二向负载口独立控制阀组7的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀701、第四两位两通常闭比例阀702、第三两位两通常开比例阀703和第四两位两通常开比例阀704的电流值分别为0、I、0、I_max，进而通过液压锁9和顺序阀组10控制锁闩液压缸13先动，活门液压缸12后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.3；

步骤5.1.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡20，当管柱触碰到管柱进入传感器3后，控制器5将采集到管柱进入信号，并向管柱进入指示灯15发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.4；

步骤5.1.4：活门、锁闩手动关闭，当操作人员看到管柱进入指示灯15亮起后，则按下操作箱上的“活门、锁闩关闭”按钮，控制器5接收到操作箱1上的“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号，根据公式(1)将“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号转换为向第二负载口独立控制阀组7的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀701、第四两位两通常闭比例阀702、第三两位两通常开比例阀703、第四两位两通常开比例阀704的电流值分别为I、0、I_max、0，进而通过液压锁9和顺序阀组10控制活门液压缸12先动，锁闩液压缸13后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.5；

步骤5.1.5：锁闩关闭指示灯14点亮，当锁闩关闭后，将触碰到锁闩关闭传感器2，控制器5将采集到锁闩关闭信号，并向锁闩关闭指示灯14发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.6；

步骤5.1.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡20，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器4，控制器5如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯16发出信号使其点亮，当操作人员看到管柱锁紧指示灯16亮起后，则进入步骤6；控制器5如没有检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯16发出信号，当操作人员没有看到管柱锁紧指示灯16亮起，则停止作业并进行检修；

步骤5.2：自动模式，自动模式开启后，进入步骤5.2.1；

步骤5.2.1：自动翻转模块，控制器5根据公式(2)，将位移传感器11检测到的翻转液压缸8活塞杆位移值d转化为实时转角，并根据设定的翻转角度确定翻转液压缸8活塞杆目标位移值，目标位移值与通过位移传感器11检测到的实际位移值作差，并进行专家PID运算，如若运算后的值为正，则证明实际翻转角度与设定翻转角度有一定差距，需要向上翻转，将运算后的值转换为电流信号I，输出给第二两位两通常闭比例阀602，将运算后的值进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第一两位两通常开比例阀603，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第一两位两通常开比例阀603，即602是进口阀，603是出口阀，在闭环控制的时候，只对602进行闭环控制，603出口全开，输入信号为最大值，从而实现节能；第一两位两通常闭比例阀601的电流值为0，第二两位两通常开比例阀604的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸8的活塞杆缩回运动，翻转液压缸8的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡20向上翻转，从而减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；如若运算后的值为负，则证明实际翻转角度超过了设定的翻转角度，需要向下翻转，将运算后的值转换为电流信号I输出给第一两位两通常闭比例阀601，将运算后的值进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第二两位两通常开比例阀604，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第二两位两通常开比例阀604，即601是进口阀，604是出口阀，在闭环控制的时候，只对601进行闭环控制，604出口全开，输入信号为最大值，从而实现节能；第二两位两通常闭比例阀602的电流值为0，第一两位两通常开比例阀603的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸8的活塞杆伸出运动，翻转液压缸8的活塞杆伸出运动，迫使翻转式吊卡20向下翻转，从而反向减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；当控制器5通过位移传感器11检测到实际位移值等于设定位移值后，则分别第一向两位两通常闭比例阀601、第二两位两通常闭比例阀602、第一两位两通常开比例阀603和第二两位两通常开比例阀604的输入的电流值为0、0、I_max、I_max，从而将驱动翻转液压缸8的进出油路锁死，停止翻转，并进入步骤5.2.2；

步骤5.2.2：锁闩、活门自动打开，当翻转液压缸8停止翻转后，控制器5分别向第三两位两通常闭比例阀701、第四两位两通常闭比例阀702、第三两位两通常开比例阀703和第四两位两通常开比例阀704输入的电流值为0、I_max、0、I_max，进而通过液压锁9和顺序阀组10控制锁闩液压缸13先动，活门液压缸12后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.3；

步骤5.2.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡20，如若控制器5通过管柱进入传感器3没有检测到管柱进入后，则继续等待管柱进入；如若控制器5通过管柱进入传感器3检测到管柱进入后，进入步骤5.2.4；

步骤5.2.4：锁闩、活门自动关闭模块，当控制器通过管柱进入传感器3检测到管柱进入信号，且通过锁闩关闭传感器2没有检测到锁闩关闭时，控制器5分别向第三两位两通常闭比例阀701、第四两位两通常闭比例阀702、第三两位两通常开比例阀703和第四两位两通常开比例阀704输入的电流值为I_max、0、I_max、0，进而通过液压锁9和顺序阀组10控制活门液压缸12先动，锁闩液压缸1后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.5；

步骤5.2.5：锁闩关闭检测，控制器5通过锁闩关闭传感器2没有检测到锁闩关闭信号后，则继续等待；如若检测到锁闩关闭信号，证明锁闩完全关闭，并进入步骤5.2.6；

步骤5.2.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡20，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器4，控制器5如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯16发出信号使其点亮，进入步骤6；控制器如若有没检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯16发出信号，停止作业并进行检修；

步骤6：吊卡作业完成，进入下一步作业。

作为本发明的一个实施例，专家PID共分为五个区域Ⅰ、II、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，参见图7，e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值，Δe(k)为当前误差变化率，M₁、M₂、ε分别误差设定值，区域划分原则如下：

区域Ⅰ：当∣e(k)∣>M₁时，专家PID的输出为u(k)＝u_max；

区域II：当e(k)Δe(k)>0，且M₁>∣e(k)∣≥M₂时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_{P max}[e(k)-e(k-1)]，其中K_pmax为调节参数，其值尽量大；

区域Ⅲ：当e(k)Δe(k)>0，且M₂>∣e(k)∣≥ε时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)，其中K_p、K_I为调节参数，其值适中；

区域Ⅳ：当e(k)Δe(k)<0，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)，控制器(5)的输出保持不变；

区域Ⅴ：当∣e(k)∣<ε时，专家PID的输出为

u(k)＝u(k-1)+K_Ie(k)，其中K_I为调节参数，其值较小，在控制方法中所用到的专家PID，其调节原则根据上述五个区域细分原则进行调节，需要根据实际情况进行调试确定相关参数。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始化，将系统进行初始化，检查系统工作是否正常，如果不正常，不向下执行，并进行报警，如果正常，向下执行；

步骤2：参数设定，设定吊卡翻转到位角度，设定手动翻转最大速度，设定活门锁闩打开最大速度，设定活门锁闩关闭最大速度，设定角度位移转化参数，设定幅值变换参数，设定专家PID控制参数；

步骤3：数据采集，控制器(5)通过操作箱(1)上的操作按钮读取操作信号，通过锁闩关闭传感器(2)读取锁闩关闭信号，通过管柱进入传感器(3)读取管柱进入信号，通过管柱锁紧传感器(4)读取管柱锁紧信号，通过位移传感器(11)读取翻转液压缸(8)的活塞杆伸出位移；

步骤4：手动/自动模式判断，通过操作箱(1)上的手动/自动切换按钮判断是否为自动模式，若为手动模式，则进入步骤5.1；若为自动模式，则进入步骤5.2；

步骤5.1：手动模式，手动模式开启后，进入步骤5.1.1；

步骤5.1.1：手动翻转，按下操作箱(1)上的“上翻转”按钮，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“上翻转”按钮的电压信号，根据公式(1)将“上翻转”按钮的电压信号转换为向第一负载口独立控制阀组(6)的四个比例阀的输入电流值，第一两位两通常闭比例阀(601)、第二两位两通常闭比例阀(602)、第一两位两通常开比例阀(603)和第二两位两通常开比例阀(604)的电流值分别为0、I、0、I_max，进而驱动翻转液压缸(8)的活塞杆缩回运动，翻转液压缸(8)的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡(20)向上翻转，控制器(5)根据公式(2)，将位移传感器(11)检测到的翻转液压缸(8)活塞杆位移值d转化为实时转角，当达到设定的角度后，控制器(5)检测到相应位移值d，认为达到设定的角度，并向角度到位指示灯(18)发出信号将其点亮，则进入步骤5.1.2；

式中，I为第一负载口独立控制阀组(6)或第二负载口独立控制阀组(7)的输入电流值，u为操作箱(1)上的操作按钮电压信号，U为操作箱(1)上的操作按钮最大电压值，v为手动翻转最大速度或活门锁闩打开或活门锁闩关闭最大速度，k为输出电流与最大速度之间的比例系数；

式中，θ为翻转式吊卡(20)的翻转角度，α₁、α₂、l₁、l₂分别为吊臂(19)与翻转式吊卡(20)的关节角度与长度，D为翻转液压缸(8)的缸壁长度，d翻转液压缸(8)的活塞杆位移；

步骤5.1.2：锁闩、活门手动打开，当操作人员看到角度到位指示灯(18)亮起后，则按下操作箱(1)上的“活门、锁闩打开”按钮，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“活门、锁闩打开”按钮的电压信号，根据公式(1)将“活门、锁闩打开”按钮的电压信号转换为第二向负载口独立控制阀组(7)的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀(701)、第四两位两通常闭比例阀(702)、第三两位两通常开比例阀(703)和第四两位两通常开比例阀(704)的电流值分别为0、I、0、I_max，进而通过液压锁(9)和顺序阀组(10)控制锁闩液压缸(13)先动，活门液压缸(12)后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.3；

步骤5.1.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡(20)，当管柱触碰到管柱进入传感器(3)后，控制器(5)将采集到管柱进入信号，并向管柱进入指示灯(15)发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.4；

步骤5.1.4：活门、锁闩手动关闭，当操作人员看到管柱进入指示灯(15)亮起后，则按下操作箱上的“活门、锁闩关闭”按钮，控制器(5)接收到操作箱(1)上的“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号，根据公式(1)将“活门、锁闩关闭”按钮的电压信号转换为向第二负载口独立控制阀组(7)的四个比例阀的输入电流值，第三两位两通常闭比例阀(701)、第四两位两通常闭比例阀(702)、第三两位两通常开比例阀(703)、第四两位两通常开比例阀(704)的电流值分别为I、0、I_max、0，进而通过液压锁(9)和顺序阀组(10)控制活门液压缸(12)先动，锁闩液压缸(13)后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.1.5；

步骤5.1.5：锁闩关闭指示灯(14)点亮，当锁闩关闭后，将触碰到锁闩关闭传感器(2)，控制器(5)将采集到锁闩关闭信号，并向锁闩关闭指示灯(14)发出信号使其点亮，并进入步骤5.1.6；

步骤5.1.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡(20)，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器(4)，控制器(5)如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯(16)发出信号使其点亮，当操作人员看到管柱锁紧指示灯(16)亮起后，则进入步骤6；控制器(5)如没有检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯(16)发出信号，当操作人员没有看到管柱锁紧指示灯(16)亮起，则停止作业并进行检修；

步骤5.2：自动模式，自动模式开启后，进入步骤5.2.1；

步骤5.2.1：自动翻转模块，控制器(5)根据公式(2)，将位移传感器(11)检测到的翻转液压缸(8)活塞杆位移值d转化为实时转角，并根据设定的翻转角度确定翻转液压缸(8)活塞杆目标位移值，目标位移值与通过位移传感器(11)检测到的实际位移值作差，并进行专家PID运算，如若运算后的值为正，则证明实际翻转角度与设定翻转角度有一定差距，需要向上翻转，将运算后的值转换为电流信号I，输出给第二两位两通常闭比例阀(602)，将运算后的值进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第一两位两通常开比例阀(603)，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第一两位两通敞开比例阀(603)，第一两位两通常闭比例阀(601)的电流值为0，第二两位两通常开比例阀(604)的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸(8)的活塞杆缩回运动，翻转液压缸(8)的活塞杆缩回运动，迫使翻转式吊卡(20)向上翻转，从而减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；如若运算后的值为负，则证明实际翻转角度超过了设定的翻转角度，需要向下翻转，将运算后的值转换为电流信号I输出给第一两位两通常闭比例阀(601)，将运算后的值进行进行幅值变换处理，若运算后的绝对值大于0时，则电流信号的幅值变为电流最大值I_max输出给第二两位两通常开比例阀(604)，若运算后的绝对值等于0时，则电流信号的幅值变为0，则电流信号的幅值变为0输出给第二两位两通敞开比例阀(604)，第二两位两通常闭比例阀(602)的电流值为0，第一两位两通常开比例阀(603)的电流值为I_max，进而驱动翻转液压缸(8)的活塞杆伸出运动，翻转液压缸(8)的活塞杆伸出运动，迫使翻转式吊卡(20)向下翻转，从而反向减小实际翻转角度与设定翻转角度的差距；当控制器(5)通过位移传感器(11)检测到实际位移值等于设定位移值后，则分别第一向两位两通常闭比例阀(601)、第二两位两通常闭比例阀(602)、第一两位两通常开比例阀(603)和第二两位两通常开比例阀(604)的输入的电流值为0、0、I_max、I_max，从而将驱动翻转液压缸(8)的进出油路锁死，停止翻转，并进入步骤5.2.2；

步骤5.2.2：锁闩、活门自动打开，当翻转液压缸(8)停止翻转后，控制器(5)分别向第三两位两通常闭比例阀(701)、第四两位两通常闭比例阀(702)、第三两位两通常开比例阀(703)和第四两位两通常开比例阀(704)输入的电流值为0、I_max、0、I_max，进而通过液压锁(9)和顺序阀组(10)控制锁闩液压缸(13)先动，活门液压缸(12)后动，从而实现锁闩先打开、活门后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.3；

步骤5.2.3：管柱自动进入，当锁闩、活门先后打开后，管柱开始自动进入翻转式吊卡(20)，如若控制器(5)通过管柱进入传感器(3)没有检测到管柱进入后，则继续等待管柱进入；如若控制器(5)通过管柱进入传感器(3)检测到管柱进入后，进入步骤5.2.4；

步骤5.2.4：锁闩、活门自动关闭模块，当控制器(5)通过管柱进入传感器(3)检测到管柱进入信号，且通过锁闩关闭传感器(2)没有检测到锁闩关闭时，控制器(5)分别向第三两位两通常闭比例阀(701)、第四两位两通常闭比例阀(702)、第三两位两通常开比例阀(703)和第四两位两通常开比例阀(704)输入的电流值为I_max、0、I_max、0，进而通过液压锁(9)和顺序阀组(10)控制活门液压缸(12)先动，锁闩液压缸(13)后动，从而实现活门先打开、锁闩后打开的顺序动作，并进入步骤5.2.5；

步骤5.2.5：锁闩关闭检测，控制器(5)通过锁闩关闭传感器(2)没有检测到锁闩关闭信号后，则继续等待；如若检测到锁闩关闭信号，证明锁闩完全关闭，并进入步骤5.2.6；

步骤5.2.6：管柱锁紧检测，活门、锁闩关闭后，管柱已经完全进入到翻转式吊卡(20)，待管柱锁紧后，管柱将触碰到管柱锁紧传感器(4)，控制器(5)如若检测到管柱锁紧信号，则向管柱锁紧指示灯(16)发出信号使其点亮，进入步骤6；控制器如若有没检测到管柱锁紧信号，则不向管柱锁紧指示灯(16)发出信号，停止作业并进行检修；

步骤6：吊卡作业完成，进入下一步作业。

2.根据权利要求1所述的一种基于负载口独立控制的翻转式吊卡控制方法，其特征在于，所述专家PID共分为五个区域Ⅰ、II、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值，Δe(k)为当前误差变化率，M₁、M₂、ε分别误差设定值，区域划分原则如下：

区域Ⅰ：当∣e(k)∣>M₁时，专家PID的输出为u(k)＝u_max；

区域II：当e(k)Δe(k)>0，且M₁>∣e(k)∣≥M₂时，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)+K_Pmax[e(k)-e(k-1)]，其中K_pmax为调节参数，其值尽量大；

区域Ⅲ：当e(k)Δe(k)>0，且M₂>∣e(k)∣≥ε时，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)+K_P[e(k)-e(k-1)]+K_Ie(k)，其中K_p、K_I为调节参数，其值适中；

区域Ⅳ：当e(k)Δe(k)<0，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)，控制器(5)的输出保持不变；

区域Ⅴ：当∣e(k)∣<ε时，专家PID的输出为u(k)＝u(k-1)+K_Ie(k)，其中K_I为调节参数，其值较小。

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