陳志明

（廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361006）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，船舶工業(yè)開啟了新的發(fā)展篇章，龍門吊設(shè)備逐漸向智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的手動糾偏耗費(fèi)了大量人力資源，操控偏差較大，危險(xiǎn)系數(shù)較高，在實(shí)踐應(yīng)用中具有較大局限性[1]。自動糾偏理念的提出，打破了傳統(tǒng)手動糾偏模式，操作自動化、精準(zhǔn)化，提高了安全系數(shù)，具有較大的研究意義，本文將對此展開研究。

1 龍門吊大車運(yùn)行距離偏差分析

龍門吊大車作業(yè)過程中，運(yùn)行距離可能存在偏差，其主要表現(xiàn)在以下6 個(gè)方面：

（1）柔腿側(cè)和剛腿側(cè)大車行走機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，由于各項(xiàng)參數(shù)不同步，導(dǎo)致控制出現(xiàn)偏差，主要包括轉(zhuǎn)速、制動、啟動3 項(xiàng)參數(shù)，因運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)不同步產(chǎn)生較大偏差。

（2）在操控過程中，因特殊情況緊急制動，或者整機(jī)加速，對大車行走機(jī)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)變控制要求較高，在短時(shí)間內(nèi)由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)為另外一種狀態(tài)，對于當(dāng)前研發(fā)的大車性能來說很難完成，需要一段時(shí)間，因而容易出現(xiàn)打滑情況。

（3）兩側(cè)大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行產(chǎn)生的阻力大小不同，容易產(chǎn)生較大位移偏差。

（4）因傳動操控系統(tǒng)尚不完善，所以系統(tǒng)自身存在一定偏差，很難控制轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)。

（5）大車運(yùn)行軌道環(huán)境對其作業(yè)狀態(tài)影響較大，包括直線度、平行度、高度等參數(shù)。

（6）大車整機(jī)作業(yè)過程中，重心位置發(fā)生偏離，同樣會產(chǎn)生位移偏差。

以上6 項(xiàng)問題的分析，均是大車作業(yè)過程中產(chǎn)生的位移問題。為了解決此問題，大部分單位采用人工手動糾偏方式，調(diào)整大車位移，這種作業(yè)方式存在較多問題，需要進(jìn)行改進(jìn)。位移傳感器的提出，為糾偏方式的改進(jìn)研究開辟了新的路徑。

2 位移傳感器糾偏作業(yè)原理

糾偏控制系統(tǒng)利用位移傳感器采集龍門吊大車運(yùn)行產(chǎn)生的位移信息，在智能操控終端獲取此部分?jǐn)?shù)據(jù)，將其作為S主位置，利用編碼器等操控設(shè)備，對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照大車?yán)硐牖\(yùn)行狀態(tài)調(diào)控位移大小，即自動糾偏，以此提高大車運(yùn)行操控精準(zhǔn)度。位移傳感器糾偏作業(yè)原理如下：

利用位移傳感器采集大車運(yùn)行產(chǎn)生的位置信息，將其記為S主位置，在PLC 控制下，按照給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)位移糾偏。通過設(shè)置變頻器控制力矩，在主電機(jī)帶動下，針對當(dāng)前大車運(yùn)行位置信息，調(diào)整速度大小，以此糾正位置偏差。利用編碼器，通過構(gòu)建nf函數(shù)，形成閉環(huán)控制模式的糾偏控制系統(tǒng)。

3 位移傳感器在龍門吊大車自動糾偏中的實(shí)踐應(yīng)用

本文利用位移傳感器采集龍門吊大車位置信息，依據(jù)位移傳感器糾偏作業(yè)原理，設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用方案，以改進(jìn)手動糾偏控制方案。

3.1 現(xiàn)場安裝

位移傳感器應(yīng)用關(guān)鍵在于安裝，安裝位置決定了信息采集功能是否實(shí)現(xiàn)。本文研究的龍門吊大車自動糾偏系統(tǒng)，需要采集大車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，考慮其位移偏差，將位移傳感器安裝到柔腿側(cè)和剛腿側(cè)，通過采集兩側(cè)位置信息，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果，下達(dá)操控命令，完成糾偏。

位移傳感器現(xiàn)場安裝中，將位移傳感器安裝在大車柔腿側(cè)。當(dāng)大車開始運(yùn)行時(shí)，此處位移信息將自動傳輸?shù)讲倏亟K端，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的控制方案，對大車運(yùn)行狀態(tài)做出判定，從而下達(dá)控制命令，糾正偏差。

3.2 基于位移傳感器的偏差信息采集

目前，用于采集位移信息的傳感器較多，包括渦流式、應(yīng)變式、霍爾式、差動變壓器、容柵、感應(yīng)同步器、磁柵、模擬式位移傳感器等，用于不同情況下的位移測量。本文研究的偏差位移較小，且對精度要求較高，綜合考慮多種傳感器性能，本文選取模擬式位移傳感器作為偏差信息采集設(shè)備，利用該設(shè)備采集龍門吊大車位置偏差信息。

在實(shí)踐應(yīng)用中，將該設(shè)備安裝到大車柔腿側(cè)和剛腿側(cè)，當(dāng)大車開始運(yùn)行時(shí)，磁場發(fā)生變化，傳感器內(nèi)部半導(dǎo)體薄片磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，在薄片的兩個(gè)方向堆積電子，形成新的電場，信號以電流形式產(chǎn)生。將產(chǎn)生的位移信號轉(zhuǎn)化為位置信息，與理想狀態(tài)下的運(yùn)行位移進(jìn)行對比分析，經(jīng)過計(jì)算得到偏差數(shù)值，此數(shù)值為糾偏操控主要依據(jù)。

為了提高數(shù)值精準(zhǔn)度，本次研究利用模擬式位移傳感器采集偏差信息時(shí)，先對模擬式位移傳感器性能進(jìn)行測試，在確定性能良好情況下，將其應(yīng)用到大車兩側(cè)，對其運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.3 糾偏控制

本研究方案選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為糾偏工具，按照上述提出的數(shù)據(jù)信息采集方案收集大車兩側(cè)位置變化信息，通過電位器元件，自動對機(jī)械運(yùn)行位移產(chǎn)生的距離等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，依據(jù)函數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)化為電流數(shù)值，經(jīng)過PLC 模擬分析與計(jì)算，獲取分析信號，在A/D 模塊的控制下，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行速度的有效控制。糾偏控制方案如下：

利用模擬式位移傳感器采集柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行位置信息，經(jīng)過A/D 模塊，得到數(shù)字信號，分別記為位置（從）和位置（主）信息。通過構(gòu)建模糊PID，分別對機(jī)械裝置的力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)置反饋形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，在電機(jī)控制下，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械裝置運(yùn)行速度的控制，從而達(dá)到大車機(jī)械設(shè)備各個(gè)部件同步運(yùn)行的目的，此時(shí)偏差得以糾正。在此方案中，主變頻器是糾偏命令下達(dá)核心模塊，主要對機(jī)械設(shè)備速度和力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，在PLC 控制下，對運(yùn)行速度進(jìn)行限制，并調(diào)節(jié)力矩大小，綜合考慮柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行位置信息，分別調(diào)節(jié)柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行速度，記為速度（從）和速度（主）。在實(shí)際操控中，根據(jù)大車機(jī)械運(yùn)行實(shí)際位移信息，分別對速度（從）和速度（主）進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而保證大車各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行處于同步狀態(tài)，從而達(dá)到減小位移偏差的目的。

依據(jù)我國起重機(jī)建造規(guī)范，龍門吊大車運(yùn)行期間，剛腿與柔腿之間的偏差大小不得高于0.5‰，當(dāng)超過此數(shù)值時(shí)，需要立即采取糾偏處理。因此，對于糾偏工作的開展，需要控制在0.5‰以下采取糾偏處理，以免大車運(yùn)行出現(xiàn)大的偏差造成安全事故。

將上述方案投入到實(shí)踐應(yīng)用中，對比位移傳感器自動糾偏裝置與手動糾偏裝置糾偏作業(yè)啟動數(shù)值大小，從而判定本文設(shè)計(jì)方案的可靠性。應(yīng)用對比結(jié)果如下：

實(shí)驗(yàn)1：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.7‰；

實(shí)驗(yàn)2：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.9‰；

實(shí)驗(yàn)3：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.9‰；

通過對比上述三組實(shí)驗(yàn)糾偏作業(yè)啟動數(shù)值測試結(jié)果可知，位移傳感器自動糾偏裝置在大車運(yùn)行偏差達(dá)到0.3‰時(shí)開始作業(yè)，及時(shí)糾正了位置偏差，而手動糾偏裝置在大車運(yùn)行偏差達(dá)到0.7‰以上開始作業(yè)，此動作超過了國家起重機(jī)建造規(guī)范，當(dāng)剛腿與柔腿之間的偏差超過限定值后開始采取糾偏處理，導(dǎo)致大車運(yùn)行操控安全系數(shù)偏低。因此，本文提出的位移傳感器自動糾偏裝置較手動糾偏裝置大車控制誤差更小，對大車運(yùn)行糾偏幫助較大。

4 總結(jié)

本文針對龍門吊大車運(yùn)行偏差問題展開研究，通過分析大車運(yùn)行距離偏差問題，將偏差歸結(jié)于剛腿與柔腿之間運(yùn)行不同步問題，選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為主要糾偏工具，設(shè)計(jì)信息采集與糾偏控制方案。實(shí)踐應(yīng)用對比結(jié)果表明，與手動糾偏相比，位置傳感器糾偏控制，能夠及時(shí)糾偏，符合國家起重機(jī)建造規(guī)范。