張燦
(河鋼集團(tuán)鋼鐵技術(shù)研究總院,河北 石家莊 050000)
天車是生產(chǎn)作業(yè)中很重要的搬運設(shè)備,在工業(yè)生產(chǎn)活動中應(yīng)用得非常廣泛。本著以人為本的原則,現(xiàn)實中對安全生產(chǎn)的要求越來越高。為了達(dá)到安全精準(zhǔn)高效的目標(biāo),無人天車應(yīng)運而生。擺脫了傳統(tǒng)天車定點定位的單一人為的操作模式,無人天車通過PLC接收現(xiàn)場傳感器信號后直接作出響應(yīng),可以做到將吊物準(zhǔn)確無誤地吊運并擺放至指定位置。傳統(tǒng)天車的弊端很多,如人工成本高、安全系數(shù)低、工作效率低等,天車無人化操作能很好的解決這些問題。無人天車的關(guān)鍵技術(shù)難題在于其能否精確定位。本系統(tǒng)很好的解決了這一難題。
無人天車采用PLC和變頻器為核心組件,現(xiàn)場安裝時以精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的編碼尺和編碼器用于三維定位。通過無線通訊系統(tǒng)將PLC與移動面板有機(jī)結(jié)合。通過人機(jī)界面將所要完成的動作一次性輸入PLC,PLC進(jìn)行多級運算后得出最佳運行方案,將執(zhí)行命令發(fā)送給下級模塊和變頻器?,F(xiàn)場動作完全自主完成,多項操作任務(wù)可同時進(jìn)行,有效提高工作效率。系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖1。該系統(tǒng)一改傳統(tǒng)天車單一接觸器控制模式,使用新型PLC多元控制。天車運行更平穩(wěn),吊物擺幅小,安全系數(shù)高。
圖1 無人天車定位系統(tǒng)構(gòu)成圖
圖2 三維定位系統(tǒng)布置圖
我們把車間物料和設(shè)備在三維立體空間內(nèi)定位,每個物料或設(shè)備都有1個確定的三維立體坐標(biāo)。設(shè)定大車位置為X坐標(biāo),小車位置為Y坐標(biāo),吊鉤位置為Z坐標(biāo)。該系統(tǒng)主要包括位置檢測裝置和天車控制系統(tǒng)。
位置檢測裝置:大車、小車位置的檢測采用線性絕對值編碼尺系統(tǒng),該系統(tǒng)主要有:讀碼器、編碼尺、編碼尺接口模塊及安裝附件。讀碼器采取短距離的紅外對射方式讀取編碼尺上的位置信息,并計算出位置值,位置信息和診斷數(shù)據(jù)經(jīng)編碼尺接口模塊,通過PROFINT網(wǎng)絡(luò)傳輸至PLC控制器CPU中。線性絕對位置編碼尺系統(tǒng)無機(jī)械接觸、無磨損,實時檢測,基本不受震動、沖擊、灰塵、溫度波動的影響,可靠性高、維護(hù)方便,能用于惡劣環(huán)境工況。如圖2所示,沿大、小車軌道鋪設(shè)安裝X軸編碼尺和Y軸編碼尺,安裝時注意保持編碼尺平直。吊鉤位置采用絕對值編碼器測量,以SSI數(shù)據(jù)方式傳入PLC的位置模塊。絕對值編碼器安裝在電機(jī)軸上,連接可靠,安裝牢固。編碼器安裝在電機(jī)的同心軸上,以保證編碼器與電機(jī)的運行速度一致。
天車控制系統(tǒng):包括車載天車控制器、無線控制裝置和地面監(jiān)控裝置。其中車載天車控制器包括PLC、起升電機(jī)驅(qū)動裝置(變頻器)、大車電機(jī)驅(qū)動裝置(變頻器)、小車電機(jī)驅(qū)動裝置(變頻器)和編碼尺接口模塊,無線控制裝置包括移動控制終端和車載無線收發(fā)模塊。用PLC對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析處理,處理后的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至地面監(jiān)控裝置和移動控制終端。移動控制終端作為手持終端,實時顯示天車的位置信息,并兼具遙控器及工控機(jī)兩者功能。用變頻器驅(qū)動大車小車及吊鉤運行。無線通訊系統(tǒng)的構(gòu)成見圖3。
圖3 無線通訊系統(tǒng)圖
以中試基地?zé)掍摽鐬槔?,我們將東西大車行走的方向作為X軸,以南北小車走向作為Y軸,以豎直方向作為Z軸建立三維立體坐標(biāo)系。定義廠房西南角水平線為坐標(biāo)零點,大車向東運動即X值增大,小車向北運動Y值增大。吊鉤升起Z值增大。反向運動各值相應(yīng)減小。利用編碼尺對大小車實際位置實時數(shù)據(jù)采集,用PROFINET傳輸數(shù)據(jù)給PLC的CPU。吊鉤位置信息由編碼器檢測,以SSI數(shù)據(jù)方式傳輸給PLC位置模塊TM模塊。PLC對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲。通過現(xiàn)場實際測量,確定車間設(shè)備和物料的坐標(biāo)。為了天車定位更準(zhǔn)確,我們?nèi)藶閷S區(qū)的區(qū)域進(jìn)行了劃分,定義了每塊區(qū)域的坐標(biāo)值。在天車吊運貨物時,將吊物所在的起點坐標(biāo)與終點坐標(biāo)值輸入人機(jī)界面中。PLC根據(jù)吊鉤實際位置及目標(biāo)位置值,計算大車小車以及吊鉤移動距離,自動規(guī)劃天車行走路徑,并給變頻器發(fā)出行走命令,吊裝命令發(fā)出,大車小車吊鉤三位一體配合動作完成起吊、運行、安放工作。整個吊運過程全部自動完成。利用西門子工業(yè)無線W788系統(tǒng),實現(xiàn)地面監(jiān)控裝置與車載天車控制器的通信,把PLC中位置數(shù)據(jù)實時顯示在地面監(jiān)控裝置上。
無人天車自動精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的研究,解決了無人天車在工業(yè)生產(chǎn)活動中的關(guān)鍵性技術(shù)難題。自動精確定位技術(shù)的實現(xiàn),為天車從無人化向智能化邁進(jìn)了重要的一步。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能無人天車必將是未來工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備。
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