CN2663386Y - 卸船机智能控制电子防摇设备 - Google Patents

Abstract

卸船机智能控制电子防摇设备，是应用于起重机运输机械运行中防止摇摆的设备。本实用新型通过传感器，采集外部抓斗摇摆角度信号，输入可编程控制器PLC的模拟量模块A/D进行数模转换转化为数字量，输入由PLC和变频器构成的模糊控制系统，按照模糊推理关系，得出其控制范围，经PLC数字量模块D/A转换为模拟量输出，改变小车变频器相关参数的设置，控制电机的运转，电机运转的反馈信号反馈进入A/D、PLC等程序，进行自动调整，以达到防摇要求。本实用新型采用人工智能模糊控制方法，硬件大多为原防摇系统时必须采用的设备。分析计算简单、造价低、可靠性高，很容易移置到其它装卸设备中需设置防摇的系统中应用，如龙门吊、集装箱起重机等设备上使用。

Description

卸船机智能控制电子防摇设备

技术领域  本发明属于电气自动化领域，是应用于起重机运输机械运行中防止摇摆，以提高行速度、生产效率及安全可靠性的设备。

背景技术  岸桥起重机的“防摇”控制方式，已经经历了人工手动方式、机械分离小车方式、多功能液压方式、带吊具角度监测传感器的电子方式等，它们大多因外围设备太多、造价太高、结构复杂、可靠性差、维护不方便、维修保养工作量大且价格昂贵(3～5万美金)，已经逐步淘汰。

随着国际航运迅猛发展，货物吞吐量剧增，各港口桥式抓斗卸船机，岸边集装箱起重机所用的小车，其速度达240m/min，起升额定载荷60吨，起升速度60m/min～80m/min，外伸距达55米。对其必须开发防摇技术，以使其能适应正常高速运行，并能降低成本、提高生产效率。

现已有一些防摇技术，如《集装箱起重机电气防摇》(专利号90102810)，防摇装置由布置在集装箱小车对角线上的四台普通交流绕线转子电机，电子转子整流电路和出于对角线上的两台电动机的整流电路连接而成的单边防摇电路组成，防摇作用强弱由并接的可变电阻，或可控硅有源逆变电路来控制。该专利的特点是：防摇作用是单边式的。该专利已放弃专利权。“集装箱起重机的模糊防摇控制”(见《交通科技》杂志2003年1期论文)，该文提出集装箱起重机防摇的模糊控制方法。其方法是采用四个输入变量，在制定控制规则时，分别考虑小车位置和吊垂摆角，使小车在运行过程中尽量减小吊垂摆角，并达到目标位置，对简化的集装箱起重机力学模型进行了仿真研究，取得较好效果，但实际系统更复杂，需应进一步研究。“利用SIMULINK对集装箱起重机防摇进行建模与仿真”(见《港口装卸》杂志2002.12论文)，该文建立了集装箱及吊具非线性力学模型，在MATLAB的SIMULINK环境下对此模型进行了动态仿真研究。为吊车防摇控制系统的设计提供了高效的仿真手段。

以上大部分为理论研究论文，并未进入实质性的实验或应用阶段，有的方案复杂，造价高，不便维护。

发明内容  本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种采用人工智能模糊控制方法，进行智能推理，尽可能减少辅助设施配置，使卸船机能高速运行，防止摇摆，抓斗就位正确可靠，能提高生产效率及可靠性，降低设备成本的卸船机智能控制电子防摇设备。

本发明目的的实现方式为，卸船机智能控制电子防摇设备，传感器采集外部抓斗摇摆角度信号，输入可编程控制器PLC(欧姆龙C200H)的模拟量模块A/D(AD002)进行数模转换，转化为数字信号，输入由PLC和变频器构成的模糊控制系统，按照模糊推理关系，得出其控制范围，经PLC的D/A数字量模块(OA223)将其转换为模拟量输出，改变小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数的设置，控制电机的运转，电机运转后的反馈信号反馈进入A/D、PLC和变频器、D/A、进行自动调整，使小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数达到防摇要求的值。

本发明防摇控制的基本原理是在单摆运动的分析基础上，得出人工智能的方法(即专家系统或模糊控制或神经元推理方法)。把岸桥起重机整个系统在运行过程中的运动可近似看成负荷和绳索的单摆运动。小车下悬挂的吊具(或抓斗)可以看成是单摆的摆锤，而升降作用的牵引钢丝绳可以看成摆绳。单摆在运动过程中，其摆动周期为：

$T=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{L}{G}}$

式中：T——摆动周期，L——摆绳长度，G——重力加速度

当单摆摆锤在外力作用下开始摆动时，摆锤绕摆绳顶端的固定点左右作往复摆动，形成偏摆角θ，随着摆动时间或次数的增加，偏摆角减少，担摆动周期不变(因时间周期T仅与摆绳L的长度和单摆摆动的重力加速度G有关，与摆角θ无关)，G为一常值，从而可得出：当绳长L确定为某一常数时，摆动周期就确定了。

但当摆绳顶部的固定点如作水平移动时，单摆原理发生变化。如图3所示，摆绳水平位移的加速度和方向改变，对θ产生重大影响，小车刚开始以某一加速度α起动时，抓斗由于惯性，形成了滞后角θ，θ的大小可由单摆原理计算出：

$\mathrm{tg\θ}=\frac{a}{g}\⇒\mathrm{\θ}={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{a}{g}$

上述单摆运动，平衡态时，其偏摆角为： $\mathrm{\θ}={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{a}{g},$ 抓斗防摇过程，其实质即为控制θ角在规定的取值范围之内。

由于装卸桥等起重运轨系统，从自动化角度分析，是“非线性，时变的”，故数学模型的控制方法不能很好的应用于实际，而本发明采用人工智能方法，可以将操作经验总结为语言知识库进行模糊控制，使小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数达到防摇要求。

本发明采用人工智能模糊控制方法，硬件大多为原防摇系统时必须采用的设备，如PLC、变频器、编码器等。分析计算简单、造价低、可靠性高，很容易移置到其它装卸设备中需设置防摇的系统中应用，如龙门吊、集装箱起重机等设备上使用。

附图说明

图1本发明结构流程图

图2本发明电器控制接线图

图3模型建立示意图

图4智能控制系统组成图

图5A偏摆角θ基本论域范围图

图5B偏摆角变化率φ基本论域范围图

图5C小车的速度a基本论域范围图

具体实施方式  本发明传感器采集外部抓斗摇摆角度信号，输入可编程控制器PLC(欧姆龙C200H)的模拟量模块A/D(AD002)进行数模转换，转化为数字信号，输入由PLC和变频器构成的模糊控制系统，按照模糊推理关系，得出其控制范围，经PLC的D/A数字量模块(OA223)将其转换为模拟量输出，改变小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数的设置，控制电机的运转，电机运转后的反馈信号反馈进入A/D、PLC和变频器、D/A、进行自动调整，使小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数达到防摇要求的值。

传感器：采用πω YT-AT-2A型传感器，它主要采集外部抓斗偏摆角的大小及其变化频率。

A/D(AD002)主要是将传感器采集的偏摆角大小及快慢离散化，将模拟量转化为数字量，以便输入PLC进行处理。

PLC：采用欧姆龙C200H或其它，将采集到的偏摆角大小及其变化频率模糊化，在PLC内部建立相应的知识库和模糊推理规则进行模糊推理，然后将其清晰化，得出其控制变量的范围。

Claims (1)

1、卸船机智能控制电子防摇设备，其特征在于传感器采集外部抓斗摇摆角度信号，输入可编程控制器PLC(欧姆龙C200H)的模拟量模块A/D(AD002)进行数模转换，转化为数字信号，输入由PLC和变频器构成的模糊控制系统，按照模糊推理关系，得出其控制范围，经PLC的D/A数字量模块(OA223)将其转换为模拟量输出，改变小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数的设置，控制电机的运转，电机运转后的反馈信号反馈进入A/D、PLC和变频器、D/A、进行自动调整，使小车变频器(CIMR-G7A110)相关参数达到防摇要求的值。

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