一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，包括大车轨道、在大车轨道上行驶的轨道吊大车以及分别安装于轨道吊大车上的定位单元和控制单元，所述的定位单元包括依次连接的主控制器、变频驱动器和编码器，所述的控制单元包括分别安装于轨道吊大车上，且相互连接的大车驱动器和驱动电机，所述的定位单元还包括与主控制器连接的磁钉组件，用于传输基准位置，所述的控制单元还包括分别与主控制器、大车驱动器和驱动电机连接的PID控制器，用于控制驱动电机的转速调节量ΔREF，与现有技术相比，本实用新型专利技术具有能够提供准确的轨道吊大车位置并能够灵活调节轨道吊大车运行姿态等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统
本技术涉及轨道吊大车领域的定位控制领域，尤其是涉及一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统。
技术介绍
随着自动化技术在港口的不断应用，自动化轨道吊成为各大自动化码头堆场内的主力装卸设备。在轨道吊自动化作业过程中，大车机构的定位精度将直接影响到系统自动堆取箱的精度和效率。而精确定位的基础，是要获取准确可靠的大车位置信息。传统轨道吊作业过程中，主要是靠司机的视觉主观判断来进行大车作业位的定位，对大车位置的精度要求不高，机上通常只会在一侧大车的从动轮上安装一个绝对位置编码器作为大车位置的检测装置。该检测装置存在以下缺陷，无法满足自动化作业对位置精度的需求：1)编码器安装在大车车轮上，通过检测车轮转动的圈数来计算大车的位移，但是在运行过程中，特别是雨雪天气或者紧急停车时，车轮会出现打滑的情况，会产生较大的误差；2)在大车运行的过程中编码器的累积误差不断增加，精度无法得到保证；3)轨道吊跨距可达20米以上，仅在一侧大车的从动轮上安装编码器仍会使大车位置未知，最终导致轨道吊的姿态无法预知，给自动化作业带来困难。轨道吊大车驱动机构一般由8个电机组成，用2个变频驱动器来驱动，常规轨道吊由于对大车定位的精度要求不高，每个驱动器所驱动的四个电机在机器上呈“Z”字排布，如图1所示。这种驱动方式最大的优点是控制比较简单，两个驱动器以同样的速度给定，靠电机的特性自行调节，保证大车沿轨道行驶；另外，当一个驱动器发生故障时，只要把该驱动器控制的电机的制动器打开，靠另一个驱动器带动四个电机降速运行。而缺点也很明显，由于轨道吊负载不断的变化，一段时间后大车运行姿态会发生一定程度的偏转，从而造成导向轮，甚至轨道的磨损，即产生“啃轨”的现象，“啃轨”现象一旦产生，靠现有的驱动方式无法实现大车姿态的调节，给后续维护保养带来比较大的困难。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提供准确的轨道吊大车位置并保证轨道吊大车运行姿态的基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，包括大车轨道、在大车轨道上行驶的轨道吊大车以及分别安装于轨道吊大车上的定位单元和控制单元，所述的定位单元包括依次连接的主控制器、变频驱动器和编码器，所述的控制单元包括分别安装于轨道吊大车上，且相互连接的大车驱动器和驱动电机，所述的定位单元还包括与主控制器连接的磁钉组件，用于传输基准位置，所述的控制单元还包括分别与主控制器、大车驱动器和驱动电机连接的PID控制器，用于控制驱动电机的转速调节量ΔREF；所述的主控制器根据磁钉组件和变频驱动器传输的信息，计算得到大车位置，实现轨道吊大车的定位，所述的PID控制器根据主控制器传输的大车位置信息或大车驱动器传输的力矩信息，计算得到驱动电机的转速调节量ΔREF，实现轨道吊大车的驱动控制。进一步地，所述的磁钉组件包括分别安装于轨道吊大车海陆两侧的天线和分别安装于大车轨道海陆两侧近旁的磁钉，所述的磁钉均匀设置，且两个相邻磁钉的间隔距离为8-10米；所述的主控制器中记录每个磁钉唯一对应的编号和位置，所述的天线与主控制器连接，在经过磁钉时，向主控制器发送脉冲以及该磁钉的编号，所述的主控制器根据编号查询磁钉对应的位置，作为基准位置。进一步地，所述的编码器安装于驱动电机的后端，用于将驱动电机转动时产生的脉冲传送至变频驱动器，所述的变频驱动器与主控制器连接，用于累计脉冲总数并发送至主控制器。更进一步地，所述的编码器为1024线增量编码器，所述的主控制器计算大车位置Sgantry的计算式为：Sgantry＝Strans+Sdrive+ScompScomp＝Vgantry*tdelay其中，Sgantry为大车位置，Strans为基准位置，Sdrive为大车位移，Scomp为位置补偿，Vgantry为大车运行速度，tdelay为信号传输延时时间，通过实际测量得到，P为变频驱动器累计的脉冲总数，n为驱动电机与大车车轮连接的减速器速比，D为大车车轮直径。进一步地，所述的驱动电机包括安装于轨道吊大车海侧的海侧电机和安装于轨道吊大车陆侧的陆侧电机，所述的大车驱动器包括与海侧电机连接的海侧大车驱动器和与陆侧电机连接的陆侧大车驱动器，所述的海侧电机和陆侧电机分别设置四个。更进一步地，所述的PID控制器包括位置PID控制器和力矩PID控制器，所述的位置PID控制器分别与主控制器、海侧电机和陆侧电机连接，用于根据主控制器传输的海侧大车位置PSS和陆侧大车位置PSS，计算得到驱动电机的转速调节量ΔREF，所述的力矩PID控制器分别与海侧大车驱动器、陆侧大车驱动器、海侧电机和陆侧电机连接，用于根据海侧大车驱动器和陆侧大车驱动器传输的海侧输出力矩FSS和陆侧输出力矩FLS，计算得到驱动电机的转速调节量ΔREF。一种如所述的基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统的定位方法，包括以下步骤：S11：主控制器分别获取海陆两侧天线发送脉冲信号和磁钉的编号，查询得到对应基准位置Strans，并获取当前大车运行速度Vgantry；S12：变频驱动器累计的脉冲总数清零；S13：编码器分别将海陆两侧的驱动电机转动时产生的脉冲传送至变频驱动器，变频驱动器重新开始计数，累计脉冲总数；S14：主控制器获取变频驱动器发送的脉冲总数，分别计算海侧大车位置PSS和陆侧大车位置PLS。一种如所述的基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统的驱动控制方法，包括以下步骤：S21：利用位置PID控制器对轨道吊大车的海陆侧位置进行调节；S22：判断轨道吊大车海陆侧位置的偏差值是否迅速收敛，且无扩大趋势，若是，则返回执行步骤S21，若否，则执行步骤S23；S23：切断位置PID控制器，利用力矩PID控制器对轨道吊大车的海陆侧位置进行调节。进一步地，所述的步骤S21具体包括：S211：获取陆侧大车位置PLS作为参考量，获取海侧大车位置PSS作为跟随量；S212：计算得到陆侧大车位置PLS和海侧大车位置PSS的偏差值，并输入位置PID控制器；S213：根据轨道吊大车海陆两侧的位置偏差值选择位置PID控制器的参数值，其具体过程为：设置一个或多个阈值，构成多个分段，并设置每个分段对应的PID参数，然后根据位置偏差值所属分段，选择对应的PID参数值；S214：位置PID控制器输出驱动电机的转速调节量ΔREF。进一步地，所述的步骤S23具体包括：S231：获取陆侧大车驱动器传输的陆侧输出力矩FLS作为参考量，获取海侧大车驱动器传输的海侧输出力矩FSS作为跟随量；S232：计算得到陆侧输出力矩FLS和海侧输出力矩FSS的偏差值，并输入力矩PID控制器；S233：力矩PID控制器输出驱动电机的转速调节量Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，包括大车轨道(1)、在大车轨道(1)上行驶的轨道吊大车(2)以及分别安装于轨道吊大车(2)上的定位单元和控制单元，所述的定位单元包括依次连接的主控制器(31)、变频驱动器(34)和编码器(32)，所述的控制单元包括分别安装于轨道吊大车(2)上，且相互连接的大车驱动器(41)和驱动电机(42)，其特征在于，所述的定位单元还包括与主控制器(31)连接的磁钉组件(33)，用于传输基准位置，所述的控制单元还包括分别与主控制器(31)、大车驱动器(41)和驱动电机(42)连接的PID控制器，用于控制驱动电机(42)的转速调节量ΔREF。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，包括大车轨道(1)、在大车轨道(1)上行驶的轨道吊大车(2)以及分别安装于轨道吊大车(2)上的定位单元和控制单元，所述的定位单元包括依次连接的主控制器(31)、变频驱动器(34)和编码器(32)，所述的控制单元包括分别安装于轨道吊大车(2)上，且相互连接的大车驱动器(41)和驱动电机(42)，其特征在于，所述的定位单元还包括与主控制器(31)连接的磁钉组件(33)，用于传输基准位置，所述的控制单元还包括分别与主控制器(31)、大车驱动器(41)和驱动电机(42)连接的PID控制器，用于控制驱动电机(42)的转速调节量ΔREF。


2.根据权利要求1所述的一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，其特征在于，所述的磁钉组件(33)包括分别安装于轨道吊大车(2)海陆两侧的天线(331)和分别安装于大车轨道(1)海陆两侧近旁的磁钉(332)。


3.根据权利要求2所述的一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，其特征在于，所述的磁钉(332)均匀设置于大车轨道(1)海陆两侧近旁的地面上。


4.根据权利要求3所述的一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，其特征在于，所述的磁钉(332)的间隔距离为8-10米。


5.根据权利要求2所述的一种基于磁钉的自动化轨道吊大车定位控制系统，其特征在于，所述的编码器(32)安装于驱动电机(42)的后端，用于将驱动电机(42)转动时产生的脉冲传送至变频驱动器(34)，所述的变频驱动器(34)与主控制器(31)连接，用于累计脉冲总数并发送至主控制器(31)。

【专利技术属性】
技术研发人员：张蕊，周左晗，李攀，马东玲，孙巍，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，上海市高级技工学校，
类型：新型
国别省市：上海;31