CN208150798U - 一种无人天车精确定位与控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人天车精确定位与控制系统，其包括天车控制器、位置检测装置和移动面板，所述位置检测装置包括X轴编码器、Y轴编码器和Z轴编码器，它们分别安装在无人天车的大车驱动电机、小车驱动电机和吊钩驱动电机的输出轴上，并分别通过大车位置输入模块、小车位置输入模块和吊钩位置输入模块与天车控制器连接，所述移动面板通过无线通讯系统与天车控制器交换信息。本实用新型利用位置检测装置对天车进行三维定位，通过无线通讯系统实现天车控制器与移动面板的有机结合。天车控制器可根据移动面板发送的控制指令自动控制天车运行，不仅大大提高了天车的工作效率，降低了人工成本，而且消除了人工操作带来的事故隐患。

Description

一种无人天车精确定位与控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种能够快速、精确地检测天车位置并自动控制天车运行的装置，属于起重设备技术领域。

背景技术

天车在工业生产活动中应用广泛。传统天车一般都没有自动定位功能，因此只能由天车司机通过目测来判断天车位置和吊钩高度，手动控制天车行走，不仅工作效率低，人工成本高，而且容易引发安全事故。天车无人化操作能很好地解决这些问题，但由于存在精确定位的技术难题，限制了无人天车的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种无人天车精确定位与控制系统，以提高天车工作效率，降低人工成本，消除事故隐患。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种无人天车精确定位与控制系统，构成中包括天车控制器、位置检测装置和移动面板，所述位置检测装置包括X轴编码器、Y轴编码器和Z轴编码器，它们分别安装在无人天车的大车驱动电机、小车驱动电机和吊钩驱动电机的输出轴上，并分别通过大车位置输入模块、小车位置输入模块和吊钩位置输入模块与天车控制器连接，所述移动面板通过无线通讯系统与天车控制器交换信息。

上述无人天车精确定位与控制系统，所述位置检测装置还包括X轴编码尺和Y轴编码尺，所述X轴编码尺沿天车一侧的大车轨道固定在厂房内，与X轴编码尺相对应的X轴读码器固定在天车的大车上；所述Y轴编码尺沿天车的小车轨道安装在天车的大车上，与Y轴编码尺相对应的Y轴读码器固定在天车的小车上，X轴读码器和Y轴读码器的信号输出端分别接大车位置输入模块和小车位置输入模块的输入端。

上述无人天车精确定位与控制系统，所述天车控制器包括PLC、大车电机驱动模块、小车电机驱动模块、吊钩电机驱动模块和无线收发模块，所述无线收发模块通过PROFINET总线与PLC相连并通过无线通讯系统与移动面板交换信息，所述大车电机驱动模块、小车电机驱动模块、吊钩电机驱动模块通过PROFINET总线与PLC连接，它们的输出端分别接大车驱动电机、小车驱动电机和吊钩驱动电机。

上述无人天车精确定位与控制系统，所述无线通讯系统包括高空通信模块和地面通信模块，二者之间通过通信电缆连接，所述高空通信模块通过无线信号与天车控制器的无线收发模块交换信息，所述地面通信模块通过无线信号与移动面板交换信息。

上述无人天车精确定位与控制系统，所述X轴编码器和Y轴编码器为增量型编码器，所述Z轴编码器为绝对值编码器。

上述无人天车精确定位与控制系统，所述大车电机驱动模块、小车电机驱动模块、吊钩电机驱动模块均为变频器。

本实用新型利用位置检测装置对天车进行三维定位，通过无线通讯系统实现天车控制器与移动面板的有机结合。天车控制器可根据移动面板发送的控制指令自动控制天车运行，不仅大大提高了天车的工作效率，降低了人工成本，而且消除了人工操作带来的事故隐患。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是天车三维定位系统布置图；

图2是无人天车精确定位与控制系统结构图；

图3是厂区物料定位图；

图4为移动面板人机界面显示图。

图中标记如下：1.厂房；2.大车轨道；3.小车轨道；4.X轴编码尺；5.Y轴编码尺；6.大车；7.小车；8.吊钩；PLC.可编程序控制器；MP.移动面板；CMH.高空通信模块；CML.地面通信模块；WTM.无线收发模块；RX.X轴读码器；RY.Y轴读码器；EX.X轴编码器；EY.Y轴编码器；EZ.Z轴编码器；PX.大车位置输入模块；PY.小车位置输入模块；PZ.吊钩位置输入模块；DX.大车电机驱动模块；DY.小车电机驱动模块；DZ.吊钩电机驱动模块；MX.大车驱动电机；MY.小车驱动电机；MZ.吊钩驱动电机。

具体实施方式

参看图1和图2，本实用新型主要由天车控制器、位置检测装置、无线通讯系统和移动面板组成。其中位置检测装置包括位置输入模块、编码器、编码尺和读码器，天车控制器包括PLC、大车电机驱动模块、小车电机驱动模块、吊钩电机驱动模块和无线收发模块。

编码尺和读码器：沿天车的大车轨道2铺设安装X轴编码尺4，安装应保证平直。用X轴编码尺4定位大车位置，即天车X轴坐标。用Y轴编码尺5定位天车小车位置，即天车Y轴坐标，Y轴编码尺5沿小车轨道3敷设。X轴读码器RX和Y轴读码器RY采取短距离红外对射方式分别读取X轴编码尺4和Y轴编码尺5上的位置信息，并计算出位置值。编码尺与读码器之间无机械接触，无磨损，基本不受震动、冲击、灰尘、温度波动的影响，可实现实时检测，其可靠性高，维护方便，能适应恶劣环境工况。

编码器：分为增量型编码器和绝对值编码器。X轴编码器EX和Y轴编码器EY为增量型编码器，分别安装在大车驱动电机MX和小车驱动电机MY上，用于定位大车和小车位置。Z轴编码器EZ为绝对值编码器，安装在吊钩驱动电机MZ的输出轴上，用以定位吊钩位置，即天车Z轴坐标。编码器应安装牢固，以保证编码器与电机运行速度一致。

位置输入模块：包括大车位置输入模块PX、小车位置输入模块PY和吊钩位置输入模块PZ，它们直接连接对应的读码器与编码器，为其提供供电电源并接收其采集的4~20mA电流信号，将这些信号进行简单处理后传递给PLC。

无线通讯系统：包含高空通信模块CMH和地面通信模块CML，二者通过标准通信电缆连接。高空通信模块CMH分布于高空区域，地面通信模块CML分布于地面区域。上下两组模块无线网络空间内的设备通讯使用工频5GHz专用信道，网络全覆盖。专用信道信号更稳定，传输速度更快。

移动面板MP安装HMI人机界面，它将遥控器与工控机功能集于一身，实现天车状态全监控。

PLC：用于接收位置输入模块采集到的数据并对这些数据进行分析处理，将计算结果实时显示到移动面板的人机界面中。PLC是一种专用于工业控制的计算机， 其硬件结构基本上与微型计算机相同， 它比起继电器、单片机和 PID 控制器等，在速度控制等方面有明显优势。而且在人机界面系统设计中，PLC 控制相对比较完美。

图1为天车三维定位系统布置图。从图中可以看出，天车定位系统的构成及坐标轴的定义。大车运行方向定义为X轴，小车运动方向定义为Y轴，吊钩升降方向为Z轴。本图方向定义符合上北下南左西右东的原则，即大车东西向运动，小车南北向运动。定义厂房西南角水平线为坐标零点，大车向东运动时X值增大，小车向北运动时Y值增大。吊钩升起时Z值增大。反向运动各值响应减小。

图2为无人天车精确定位与控制系统结构图。大车和小车的定位是通过编码尺和增量编码器实现的。编码尺的读码器测得的数据传入PLC，增量编码器测得的数据也传入PLC。两者在PLC中进行比较，偏差小于设定值则认为状态正常，数据实时显示到人机界面中。吊钩的定位是靠安装在电机输出轴上的绝对值编码器实现的。绝对值编码器由机械位置确定编码，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

高空通信模块CMH和地面通信模块CML通过一条同心电缆连接。无线收发模块WTM、PLC及现场控制单元（包括大车电机驱动模块DX、小车电机驱动模块DY和吊钩电机驱动模块DZ）通过PROFINET总线连接。整个通讯过程为，移动面板发出的动作指令传给地面通信模块CML，地面通信模块CML通过同心电缆将信号传给高空通信模块CMH。高空通信模块CMH发出的无线信号传入无线收发模块WTM。无线收发模块WTM再通过PROFINET总线将信号传给PLC和现场控制单元。无线信号的传输是通过工频5Ghz实现的。5Ghz是新的无线协议，频率、速度，抗干扰都比2.4Ghz强很多。5GHZ干扰少，传输快，所以适合高速传输，也是以后的发展趋势。

图3为厂区物料定位图。为了使天车定位更准确，我们人为对厂区的区域进行了划分，定义了每块区域的坐标值。在天车吊运货物时，将吊物所在的起点坐标与终点坐标值输入人机界面中。吊装命令发出，天车即按照给定起点坐标值运行到该吊物正上方等待吊装。人为将吊物挂上吊钩后，给出吊运指令，天车执行吊运作业。大车小车吊钩三位一体配合动作，完成起吊、运行、安放工作。整个吊运过程全部通过移动面板操作，命令给出后可自动完成吊运作业，这为以后无人天车自动吊装作业打下了坚实基础。

图4为移动面板人机界面显示图。该图为天车运行的主要操作界面。通过点击方向按钮可以实现大车小车钩头的实时运动。画面中的状态栏显示当时天车状态，如有故障则相应故障灯显示红色，可以快速提供排查方向。复位按钮可以将已处理的故障复位掉，恢复正常状态。画面上方的速度显示为当时天车的实时速度，位置显示为实时位置。速度和位置显示是根据天车动作实时变化的。如天车突然出现故障或者现场出现危险，按下急停按钮，天车主回路断电，天车立即停止动作，大大提高了天车作业的安全性。

本实用新型具有以下特点：

本实用新型一改传统天车的单一接触器控制模式，使用新型PLC多元控制。天车运行更平稳，吊物摆幅小，安全系数高。

本实用新型通过现场传感器精准测量数据，干扰因素少，较传统人为观察吊装作业，定位更准确。

本实用新型使用无线通讯，覆盖范围广，工频信号更稳定，传输效率高。

本实用新型使用无线移动面板对天车进行控制，机动性高，可扩展能力强，使用方便，显示直观，操控简单。

Claims (6)

1.一种无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，构成中包括天车控制器、位置检测装置和移动面板（MP），所述位置检测装置包括X轴编码器（EX）、Y轴编码器（EY）和Z轴编码器（EZ），它们分别安装在无人天车的大车驱动电机（MX）、小车驱动电机（MY）和吊钩驱动电机（MZ）的输出轴上，并分别通过大车位置输入模块（PX）、小车位置输入模块（PY）和吊钩位置输入模块（PZ）与天车控制器连接，所述移动面板（MP）通过无线通讯系统与天车控制器交换信息。

2.根据权利要求1所述的无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，所述位置检测装置还包括X轴编码尺（4）和Y轴编码尺（5），所述X轴编码尺（4）沿天车一侧的大车轨道（2）固定在厂房（1）内，与X轴编码尺（4）相对应的X轴读码器（RX）固定在天车的大车（6）上；所述Y轴编码尺（5）沿天车的小车轨道（3）安装在天车的大车（6）上，与Y轴编码尺（5）相对应的Y轴读码器（RY）固定在天车的小车（7）上，X轴读码器（RX）和Y轴读码器（RY）的信号输出端分别接大车位置输入模块（PX）和小车位置输入模块（PY）的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，所述天车控制器包括PLC、大车电机驱动模块（DX）、小车电机驱动模块（DY）、吊钩电机驱动模块（DZ）和无线收发模块（WTM），所述无线收发模块（WTM）通过PROFINET总线与PLC相连并通过无线通讯系统与移动面板（MP）交换信息，所述大车电机驱动模块（DX）、小车电机驱动模块（DY）、吊钩电机驱动模块（DZ）通过PROFINET总线与PLC连接，它们的输出端分别接大车驱动电机（MX）、小车驱动电机（MY）和吊钩驱动电机（MZ）。

4.根据权利要求3所述的无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，所述无线通讯系统包括高空通信模块（CMH）和地面通信模块（CML），二者之间通过通信电缆连接，所述高空通信模块（CMH）通过无线信号与天车控制器的无线收发模块（WTM）交换信息，所述地面通信模块（CML）通过无线信号与移动面板（MP）交换信息。

5.根据权利要求4所述的无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，所述X轴编码器（EX）和Y轴编码器（EY）为增量型编码器，所述Z轴编码器（EZ）为绝对值编码器。

6.根据权利要求5所述的无人天车精确定位与控制系统，其特征在于，所述大车电机驱动模块（DX）、小车电机驱动模块（DY）、吊钩电机驱动模块（DZ）均为变频器。