一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重防擺防撞的控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，尤其涉及一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重防擺防撞的控制系統(tǒng) 及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 回轉(zhuǎn)式起重機是一種常用的工程機械，一般由俯仰、回轉(zhuǎn)、提升和行走四大運行機 構(gòu)以及立柱、吊臂和司機室等構(gòu)成，它主要依靠驅(qū)動相關(guān)機構(gòu)的電機帶動回轉(zhuǎn)、俯仰、提升 及行走機構(gòu)四大機構(gòu)的指定運動，并借助鋼絲繩的收縮來實現(xiàn)貨物的吊運轉(zhuǎn)載。其工作過 程由于回轉(zhuǎn)、俯仰、提升機構(gòu)的驅(qū)動作用，致使懸掛在鋼絲繩下端的吊重在到達(dá)目標(biāo)位置后 不會立刻靜止不動而是出現(xiàn)擺動現(xiàn)象。這樣的擺動現(xiàn)象，不僅影響吊運轉(zhuǎn)載工作的正常進(jìn) 行，而且也對周圍設(shè)備、貨物、載荷本身以及現(xiàn)場作業(yè)人員構(gòu)成安全方面的威脅。同時，由于 吊運轉(zhuǎn)載作業(yè)的安全運動空間限制，要求吊重以直線或特定空間軌跡來運行，這樣的運動 往往需要多個運動機構(gòu)協(xié)調(diào)運動來實現(xiàn)，這無疑增加了吊運轉(zhuǎn)載作業(yè)的難度。
[0003] 為了抑制回轉(zhuǎn)式起重的這種擺動現(xiàn)象，同時實現(xiàn)吊運軌跡的優(yōu)化控制，相關(guān)的起 重機行業(yè)及研究院對這一問題也展開了一定的研究，研究成果也是各不相同。就目前研究 情況來看，防擺控制主要集中在門式、橋式起重設(shè)備，特別是橋式起重機運行小車下吊重的 防擺控制，而在防止回轉(zhuǎn)式起重機吊重作業(yè)過程的擺動控制和軌跡優(yōu)化控制方面的研究還 較淺薄，大都是起重機電氣控制系統(tǒng)可以自動地對小車運行速度進(jìn)行實時的調(diào)整控制，使 載荷不產(chǎn)生搖擺。
[0004] 申請?zhí)枮?01120724182. 7,名稱為"一種起重機回轉(zhuǎn)防搖裝置及起重機"的實用新 型專利，提出了在吊臂上安裝驅(qū)動裝置和張緊裝置，并通過與之相連接的鋼絲繩的牽引來 抑制起重機回轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的搖擺情況。但上述機械式防擺裝置的實時檢測與控制能力不 足；另外，驅(qū)動裝置的作業(yè)高度需要手動調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)作業(yè)過程自動化控制，也同樣不能 實現(xiàn)軌跡優(yōu)化控制的功能。
[0005] 申請?zhí)枮?01210752281. 5,名稱為"一種起重機和起重機鋼絲繩防搖控制方法"的 發(fā)明專利，提出采用抑制X方向與Y方向的鋼絲繩限擺控制方法，實現(xiàn)了自動微調(diào)回轉(zhuǎn)與俯 仰速度。但該防擺控制方法存在鋼絲繩位置的測量盲區(qū)，防擺可靠性較差，工作效率也較 低，更沒有軌跡優(yōu)化控制的功能。
[0006] 申請?zhí)枮?00810225150. 5,名稱為"旋轉(zhuǎn)式起重機軌跡優(yōu)化控制系統(tǒng)及其控制方 法"的發(fā)明專利，提出了一種將吊重的自然空間坐標(biāo)運動軌跡信息轉(zhuǎn)換成預(yù)先設(shè)計的吊重 的坐標(biāo)信息，借助優(yōu)化控制模塊的控制指令實現(xiàn)特定吊運軌跡的運行；但該專利雖然提出 了一種軌跡優(yōu)化控制方法，但僅僅是通過簡單的約束條件進(jìn)行的吊運軌跡的控制，同時，也 缺乏作業(yè)過程中吊重的防擺控制功能，只是通過限制起重機速度，來達(dá)到吊重到達(dá)目標(biāo)位 置后的輕微擺動的，缺乏高效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重防擺防撞的控 制系統(tǒng)及控制方法，采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種回轉(zhuǎn)式起重機吊重的防擺防撞控制系統(tǒng)，包括：協(xié)調(diào)控制模塊、吊運控制模 塊、吊重防擺控制模塊、軌跡優(yōu)化控制模塊、PR0FIBUS現(xiàn)場總線、驅(qū)動機構(gòu)；
[0009] 所述協(xié)調(diào)控制模塊、所述吊運控制模塊、所述吊重防擺控制模塊以及所述軌跡優(yōu) 化控制模塊均與所述PR0FIBUS現(xiàn)場總線相連；所述協(xié)調(diào)控制模塊通過PR0FIBUS現(xiàn)場總線 分別對所述吊運控制模塊、所述吊重防擺控制模塊和所述軌跡優(yōu)化控制模塊進(jìn)行綜合協(xié)調(diào) 控制與安全保護(hù)；
[0010] 所述驅(qū)動機構(gòu)的一端連接PR0FIBUS現(xiàn)場總線、所述驅(qū)動機構(gòu)的另一端連接回轉(zhuǎn) 式起重機實體；所述協(xié)調(diào)控制模塊、所述吊運控制模塊、所述吊重防擺控制模塊以及所述軌 跡優(yōu)化控制模塊之間綜合協(xié)調(diào)后將驅(qū)動信息通過PR0FIBUS現(xiàn)場總線送給所述驅(qū)動機構(gòu)， 所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)式起重機實體進(jìn)行作業(yè)。
[0011] 進(jìn)一步，所述一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重的防擺防撞控制系統(tǒng)還包括：第一檢測機構(gòu)； 所述第一檢測機構(gòu)的一端連接所述驅(qū)動機構(gòu)的另一端、所述第一檢測機構(gòu)的另一端連接 PR0FIBUS現(xiàn)場總線；所述第一檢測機構(gòu)將檢測的信息通過PR0FIBUS現(xiàn)場總線傳遞給所述 協(xié)調(diào)控制模塊；所述驅(qū)動機構(gòu)包括：回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動機構(gòu)、俯仰運動驅(qū)動機構(gòu)和起升運動驅(qū) 動機構(gòu)。
[0012] 進(jìn)一步，所述一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重的防擺防撞控制系統(tǒng)還包括：第二檢測機 構(gòu)；所述第二檢測機構(gòu)的一端連接回轉(zhuǎn)式起重機實體、所述第二檢測機構(gòu)的另一端連接 PR0FIBUS現(xiàn)場總線；所述第二檢測機構(gòu)將檢測的信息通過PR0FIBUS現(xiàn)場總線傳遞到所述 吊重防擺控制模塊。
[0013] 進(jìn)一步，所述一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重的防擺防撞控制系統(tǒng)還包括：第三檢測機 構(gòu)；所述第三檢測機構(gòu)的一端連接回轉(zhuǎn)式起重機實體、所述第三檢測機構(gòu)的另一端連接 PR0FIBUS現(xiàn)場總線；所述第三檢測機構(gòu)將檢測的信息通過PR0FIBUS現(xiàn)場總線傳遞到所述 軌跡優(yōu)化控制模塊。
[0014] 進(jìn)一步，所述協(xié)調(diào)控制模塊包括上位PC機I和綜合協(xié)調(diào)控制器；所述上位PC機I 與所述綜合協(xié)調(diào)控制器相連，所述綜合協(xié)調(diào)控制器與所述PR0FIBUS現(xiàn)場總線相連接；
[0015] 所述吊運控制模塊包括控制面板、起重機主令控制器、和機構(gòu)運動控制器；所述控 制面板和所述起重機主令控制器均與所述機構(gòu)運動控制器相連接，所述機構(gòu)運動控制器與 所述PR0FIBUS現(xiàn)場總線相連接；
[0016] 所述吊重防擺控制模塊包括上位PC機II和吊重防擺控制器；所述上位PC機II與 所述吊重防擺控制器相連，所述吊重防擺控制器與所述PR0FIBUS現(xiàn)場總線相連接；
[0017] 所述軌跡優(yōu)化控制模塊包括上位PC機III和軌跡優(yōu)化控制器；所述上位PC機III與 所述軌跡優(yōu)化控制器相連，所述軌跡優(yōu)化控制器與所述PR0FIBUS現(xiàn)場總線相連接。
[0018] 進(jìn)一步，所述第一檢測機構(gòu)包括：回轉(zhuǎn)機構(gòu)光電編碼器、俯仰機構(gòu)光電編碼器和起 升機構(gòu)光電編碼器；所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)光電編碼器檢測所述回轉(zhuǎn)運動驅(qū)動機構(gòu)的輸出，所述俯 仰機構(gòu)光電編碼器檢測所述俯仰運動驅(qū)動機構(gòu)的輸出，所述起升機構(gòu)光電編碼器檢測所述 起升運動驅(qū)動機構(gòu)的輸出。
[0019] 進(jìn)一步，所述第二檢測機構(gòu)為吊重擺角測量裝置，包括：吊臂平面內(nèi)擺角測量裝置 和吊臂平面外擺角測量裝置；所述吊臂平面內(nèi)擺角測量裝置安裝在吊臂頂端；吊臂平面外 擺角測量裝置安裝在回轉(zhuǎn)中心軸上的吊臂末端下方。
[0020] 進(jìn)一步，所述第三檢測機構(gòu)為吊重位置測量裝置，包括：吊臂回轉(zhuǎn)角度測量裝置和 吊臂俯仰角度測量裝置；所述吊臂回轉(zhuǎn)角度測量裝置安裝在吊臂左側(cè)；所述吊臂俯仰角度 測量裝置安裝在吊臂右側(cè)。
[0021] 基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種回轉(zhuǎn)式起重機吊重的防擺防撞控制方法，包 括如下步驟：
[0022] 步驟1，接通回轉(zhuǎn)式起重機控制系統(tǒng)電源，同時給