一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，包括CPU、傳感器、觸摸屏；所述的CPU是工業(yè)級(jí)嵌入式CPU，與傳感器、觸摸屏組成一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)系統(tǒng)，具有ProfiBUS通訊功能；傳感器通過ProfiBUS與CPU相連；觸摸屏也通過ProfiBUS與CPU相連；傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成；傳感器分為固定敷設(shè)部分和讀寫部分，固定敷設(shè)部分為磁性尺條，安裝在起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)軌道附件，以平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向平行，讀寫部分為讀寫頭，安裝于起重機(jī)本體上。磁性尺條采用磁性材料制作，以鋁合金作為外殼，通過對(duì)微型磁鐵進(jìn)行編碼布置，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。本專利實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)平移位置的穩(wěn)定而準(zhǔn)確的測(cè)量，降低起重機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作時(shí)PLC的工作負(fù)荷，提高了起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)定位的可靠性和穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本專利屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在國(guó)內(nèi)各大鋼廠都在進(jìn)行自動(dòng)化的更新改造工作，為鋼廠服務(wù)的起重機(jī)行業(yè)也加入了自動(dòng)化更新改造的行列。在寶鋼范圍內(nèi)也在進(jìn)行著自動(dòng)化的改造，主要在冷乳廠、熱乳廠、厚板廠、運(yùn)輸部等物理運(yùn)輸、搬運(yùn)作業(yè)頻繁的作業(yè)區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)化改造。目前參與自動(dòng)化改造的主要技術(shù)還是由國(guó)外提供，如韓國(guó)浦項(xiàng)、日本新日鐵、德國(guó)西門子等國(guó)外知名企業(yè)。國(guó)內(nèi)雖然也在進(jìn)行積極的自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)和難點(diǎn)攻關(guān)，但在首批改造項(xiàng)目中還是難于國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。但是由國(guó)外承擔(dān)改造項(xiàng)目，成本太高，對(duì)于未來眾多的改造項(xiàng)目來說是無法接受的，只能在首批改造項(xiàng)目中積極吸取國(guó)外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在未來自動(dòng)化的改造項(xiàng)目中還是得由國(guó)內(nèi)制造商承接。
[0003]自動(dòng)化改造中必不可少的一環(huán)就是位移檢測(cè)，而且要求精確可靠，才能保證起重機(jī)的精確定位。位移測(cè)量主要包括起升高度(z坐標(biāo))、小車位置(y坐標(biāo))、大車位置(X坐標(biāo))，而起升位移測(cè)量通常在起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩卷筒傳動(dòng)軸上安裝絕對(duì)值編碼器實(shí)現(xiàn)，由于起升鋼絲繩卷筒不存在打滑、竄動(dòng)等情況，所以起升的位移測(cè)量最容易實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定可靠。而小車和大車的位移測(cè)量由于存在車輪打滑和位置竄動(dòng)的因素，通常難以穩(wěn)定測(cè)量，及時(shí)通過被動(dòng)輪加裝絕對(duì)值編碼器也無法保證可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本專利提供一種有效地解決方案，實(shí)現(xiàn)一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，用于起重機(jī)自動(dòng)化的改造，完成起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)位移的準(zhǔn)確穩(wěn)定的測(cè)量。本專利實(shí)現(xiàn)的設(shè)備與起重機(jī)主控CPU相互獨(dú)立，僅作為一個(gè)從站設(shè)備為主站CPU提供采集的數(shù)據(jù)，不參與(PU的運(yùn)算和控制連鎖，方便主控CPU靈活使用本設(shè)備。
[0005]本專利實(shí)現(xiàn)的平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備可以自動(dòng)起重機(jī)的運(yùn)行位移情況，可以根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比例換算，將采集到的數(shù)據(jù)換算為方便主控CPU識(shí)別和使用的數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以自動(dòng)檢驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的可靠性，提供報(bào)警功能，提供一個(gè)心跳信號(hào)方便主CPU時(shí)刻校驗(yàn)與本設(shè)備的通訊可靠性，從而保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，并有效降低起重機(jī)的PLC的計(jì)算工作量。
[0006]本專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]該起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備包括CPU、傳感器、觸摸屏；傳感器通過Prof iBUS與CPU相連;觸摸屏也通過Prof iBUS與CPU相連。
[0008]系統(tǒng)組成還包括斷路器、變壓器、電源模塊、中間繼電器等等，均為常規(guī)配置，未在本專利中體現(xiàn)。
[0009]傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成，讀寫頭負(fù)責(zé)采集起重機(jī)的位移數(shù)據(jù)，為一個(gè)32位二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過ProfiBUS通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到CPU中，CPU按照觸摸屏預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得到起重機(jī)的實(shí)際位移數(shù)據(jù)，通過Prof iBUS通訊傳遞到起重機(jī)主站CPU中，由主站CPU完成自動(dòng)定位控制。觸摸屏負(fù)責(zé)初期的參數(shù)設(shè)置，包括起始位置設(shè)定、換算比例設(shè)定等等。
[0010]由于國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排、減員增效，所以全國(guó)鋼鐵企業(yè)也紛紛上面無人化項(xiàng)目。起重機(jī)行業(yè)如果要實(shí)現(xiàn)無人化，首要條件是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的三維定位。而目前在起重機(jī)的三維定位方面采用的傳感器也是多種多樣，但都不盡如人意，尤其表現(xiàn)在平移機(jī)構(gòu)。目前的平移定位傳感器通常都采用編碼器、激光測(cè)距來實(shí)現(xiàn)定位，不少進(jìn)口項(xiàng)目都在采用激光測(cè)距來實(shí)現(xiàn)定位。編碼器來實(shí)現(xiàn)定位主要存在誤差大，數(shù)據(jù)漂移的情況，由于大車慣性大，在啟制動(dòng)過程中存在車輪打滑的情況，而室外起重機(jī)在陰雨、冰雪天時(shí)更是嚴(yán)重，這時(shí)編碼器測(cè)量誤差加大幅度增加，所以編碼器測(cè)距定位通常都要配合定位限位來使用，無法獨(dú)立完成測(cè)距定位功能，對(duì)于無人化起重機(jī)，需要在任意位置精確定位時(shí)將無法勝任。而激光測(cè)距可以避免編碼器的測(cè)距弊端，起重機(jī)打滑不會(huì)對(duì)測(cè)距產(chǎn)生影響，精度也能得到保證，但是其最大的弊端是無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)距，在測(cè)量距離大于10m時(shí)，激光測(cè)距成本將大幅度增加，在大于300m時(shí)激光測(cè)距就無法勝任了。在高粉塵環(huán)境、有遮擋的環(huán)境下，激光測(cè)距將無法使用，而在雨、雪、霧天氣下，激光測(cè)距將基本失效，所以室外起重機(jī)基本就無法選擇一款合適的測(cè)距定位傳感器。而本專利將完全解決該問題。無論在室內(nèi)、室外，無論在高粉塵、遠(yuǎn)距離測(cè)距的情況下都能輕松勝任。本專利采用基于磁場(chǎng)原理的磁性傳感器，由讀寫頭和磁性編碼尺組成。讀寫頭固定于起重機(jī)本體上與編碼尺平行布置，由于采用磁條編碼，固定敷設(shè)，可以組合成任意長(zhǎng)度，即使敷設(shè)超過千米也能輕易保證測(cè)量精度。由于采用磁條編碼，所以粉塵、雨、霧、雪都不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，唯一缺點(diǎn)就是編碼標(biāo)尺周圍距離80mm范圍內(nèi)不能存在鐵磁材料，否則會(huì)影響測(cè)量精度，不過這一點(diǎn)也很容易做到，畢竟起重機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)有很大的自由空間。
[0011 ]在目前的起重機(jī)定位設(shè)備中，都是由起重機(jī)集成商自主采購定位傳感器，集成到起重機(jī)的CPU中，由起重機(jī)集成商編制程序?qū)崿F(xiàn)傳感器的時(shí)候數(shù)據(jù)采集，換算來實(shí)現(xiàn)起重機(jī)定位。本專利將突破這一模式。系統(tǒng)本身集成傳感器、CPU，觸摸屏，ProfiBUS接口，通過觸摸屏的簡(jiǎn)單設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)起重機(jī)位移的檢測(cè)和數(shù)據(jù)換算，通過ProfiBUS接口將位移數(shù)據(jù)傳遞到起重機(jī)主站CPU，由主站CPU根據(jù)工藝實(shí)現(xiàn)定位控制。將大幅度降低主站CPU的工作量。
[0012]本專利的有益效果是實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)平移位置的穩(wěn)定而準(zhǔn)確的測(cè)量，解決了起重機(jī)平移位置測(cè)量難度大的難題，有效降低起重機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作時(shí)PLC的工作負(fù)荷，大幅度提高了起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)定位的可靠性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本專利的系統(tǒng)圖。
[0014]圖2是本專利的傳感器布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本專利的具體實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例:
[0017]目前起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)的位移檢測(cè)是一個(gè)難點(diǎn)，主要還是集中于用激光測(cè)距、絕對(duì)值編碼器等檢測(cè)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，激光測(cè)距優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，平移機(jī)構(gòu)的竄動(dòng)、打滑等情況不會(huì)對(duì)其造成誤差，缺點(diǎn)是必須要有直線照射空間，不能有物體對(duì)檢測(cè)空間進(jìn)行遮擋，同時(shí)必須要有反射板，并且環(huán)境必須保持干凈，高粉塵場(chǎng)合不能使用，反射板必須定期清理，否則測(cè)量誤差急劇增加，雨、雪、霧天氣下無法工作。絕對(duì)值編碼器安裝簡(jiǎn)易，成本低，但平移機(jī)構(gòu)的竄動(dòng)和打滑現(xiàn)象會(huì)對(duì)其測(cè)量造成影響，通常需要由限位進(jìn)行輔助定位，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的定位，對(duì)于無人化行車需要任意位置隨時(shí)定位的工況條件，無法勝任。
[0018]本專利采用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)的位移檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備主要包括CHJ模塊、傳感器、觸摸屏。
[0019]圖1是本專利的系統(tǒng)圖，傳感器采集位移數(shù)據(jù)，然后根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)將該數(shù)據(jù)換算為起重機(jī)的位移數(shù)據(jù)，然后通過ProfiBUS通訊將數(shù)據(jù)傳遞給起重機(jī)主站CPU。本實(shí)施例的CPU選擇工業(yè)級(jí)嵌入式CPU，具有功耗低、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，配置Prof ibus-DP通訊模塊，可以與眾多擁有Prof ibus通訊接口的設(shè)備進(jìn)行通訊連接。集成觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)初始位置設(shè)置、換算比例設(shè)置，報(bào)警數(shù)據(jù)設(shè)置等參數(shù)的輸入。位移采集傳感器采用施克公司的磁感應(yīng)絕對(duì)值直線編碼尺，型號(hào)為KH53。傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成;傳感器分為固定敷設(shè)部分和讀寫部分，固定敷設(shè)部分為磁性尺條，安裝在起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)軌道附件，以平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向平行，讀寫部分為讀寫頭，安裝于起重機(jī)本體上，隨平移機(jī)構(gòu)移動(dòng)，并與固定尺條平行安裝，同時(shí)與尺條保持一定距離，無接觸讀寫數(shù)據(jù)。磁性尺條采用磁性材料制作，以鋁合金作為外殼，通過對(duì)微型磁鐵進(jìn)行編碼布置，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取采用配套讀寫頭實(shí)現(xiàn)，讀寫頭可以將磁性編碼器的磁極數(shù)據(jù)采集到，然后通過內(nèi)置控制單元進(jìn)行解碼分析，還原為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后通過Profibus通訊總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到CPU。由于磁性信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)電磁干擾可以完全免疫，在高粉塵環(huán)境有著優(yōu)異的表現(xiàn)，并且能夠在-40度至80度的環(huán)境溫度中穩(wěn)定工作，在雨、雪、霧天氣下可以良好工作，所以非常適用于鋼鐵企業(yè)的工作環(huán)境。CPU通過讀寫頭將編碼尺的數(shù)據(jù)采集回來，然后根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)置的換算數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后將編碼尺的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為起重機(jī)的位移數(shù)據(jù)，然后通過Profibus通訊形式將數(shù)據(jù)傳遞到起重機(jī)主站CPU。
[0020]由于編碼尺的尺條為固定敷設(shè)，與平移機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生干涉，安裝空間要求很小，所以平移機(jī)構(gòu)的任何動(dòng)作都不會(huì)對(duì)編碼尺的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，所以平移機(jī)構(gòu)的竄動(dòng)、打滑都不會(huì)對(duì)編碼尺的數(shù)據(jù)造成影響，因此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集。編碼尺采用32位數(shù)據(jù)編碼，分辨率可以做到0.1mm，重復(fù)精度可以達(dá)到0.3mm，而起重機(jī)的精確定位通常允許±20mm的誤差，所以編碼尺完全可以達(dá)到起重機(jī)的精確定位的要求。
[0021]圖2是本專利傳感器的布置圖。圖中L1、L2至Ln為固定敷設(shè)部分的尺條，平行于平移機(jī)構(gòu)，安裝于平移機(jī)構(gòu)的軌道附近，要求保證尺條的直徑80mm的圓周范圍內(nèi)沒有鐵磁性材料存在，否則會(huì)對(duì)測(cè)量穩(wěn)定性造成影響。通常起重機(jī)的運(yùn)行空間都比較開闊，所以這點(diǎn)要求還是很容易滿足。Dl是讀寫頭，安裝于平移機(jī)構(gòu)，與尺條平行敷設(shè)，保證讀寫頭與尺條的平均間距在55mm左右，同時(shí)保證起重機(jī)在運(yùn)行過程中，讀寫頭和尺條的間距變化不超過55mm 土 20mm，即可保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的讀取。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其特征在于:該起重機(jī)平移位置定位自動(dòng)測(cè)量設(shè)備包括CPU、傳感器、觸摸屏;所述的CPU是工業(yè)級(jí)嵌入式CPU，與傳感器、觸摸屏組成一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)系統(tǒng)，具有ProfiBUS通訊功能;傳感器通過ProfiBUS與CPU相連;觸摸屏也通過Prof iBUS與CPU相連;傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成;傳感器分為固定敷設(shè)部分和讀寫部分，固定敷設(shè)部分為磁性尺條，安裝在起重機(jī)平移機(jī)構(gòu)軌道附件，以平移機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向平行，讀寫部分為讀寫頭，安裝于起重機(jī)本體上，隨平移機(jī)構(gòu)移動(dòng)，并與固定尺條平行安裝，同時(shí)與尺條保持一定距離，無接觸讀寫數(shù)據(jù)。磁性尺條采用磁性材料制作，以鋁合金作為外殼，通過對(duì)微型磁鐵進(jìn)行編碼布置，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】B66C13/16GK105967065SQ201610538683
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月10日
【發(fā)明人】尹建華
【申請(qǐng)人】大連寶信起重技術(shù)有限公司