桥式起重机定位控制研究

1、引言

桥式起重机广泛应用于现代化车间、生产线、仓库、装卸等各个领域，但是传统的桥式起重机定位控制系统定位精度不高，效率较低，运行过程不平稳，制约了生产效率。如何实现桥式起重机在生产应用中精确运动、精确定位，提高车间生产效率，一直是桥式起重机研究的重点，研究桥式起重机定位系统及其自动化定位控制方式是制造业的发展的趋势。

2、桥式起重机结构、分类

桥式起重机的分类方式多种多样，按不同的要求标准有不同的分法，比如按起重机起吊形式不同分类可分为：吊钩式、抓斗式、电磁式及同时使用两种或三种起吊形式的起重机。按桥式起重机应用范围不同可将其区分为：通用类、简支梁类、冶金专用类和防爆专用类。通用类桥式起重机通常指对应用场合和设计标准等没有特殊要求的一类普通桥式起重机，这类起重的组成部分有：起吊提升或抓取提升机构、大车小车运行机构和起重机桥架结构。起吊提升或抓取提升机构是由动力及传动装置和丝绳卷绕或液压缸系统等机构组成。大车小车运行机构包括大车方向和小车方向的运动控制机构，在每个方向的运动中必然有驱动、传动、调速、制动等机构和功能模块。桥式起重机桥梁通常都是主梁、端梁结构。双梁桥式起重机与单梁桥式起重机在梁架结构中基本结构单元相似，但是起重机承重的主梁和两端支撑的端梁不同。专用桥式机通常有：冶金专用桥式起重机与防爆桥式起重机。这种类型的桥式起重机基本结构与普通桥式起重机相似，但因为应用场合不同设计了特殊的机构和装置，如在起重小车上安装钢材生产加工的特殊部件或满足防爆要求的电气系统、密封方式、起吊要求等。

3、桥式起重机工作原理

由桥式起重机结构可知桥式起重机在空间的运动分别为：大车运动方向（X轴方向）、小车运动方向（Y轴方向）、吊钩或爪刺升降方向（Z轴方向）。如图桥式起重机工作原理图。

图1桥式起重机工作原理图

桥式起重机通过大车在导轨上运行，小车在起重机主梁上运行，实现爪刺或吊钩从一个位置到另一个位置的功能，到达指定位置后，桥式起重机放下抓取机构，完成抓取并提升。再通过大小车轮的配合到达指定位置，完成投放工作。

4、定位控制系统设计方案

为了解决当前桥式起重机定位过程中所遇到的定位精度较差，效率较低，运行过程不平稳等问题和缺点，提出采用精确的激光测距技术并结合模糊控制算法，达到绝对认址和闭环控制，实现桥式起重机在现场作业中高效精确定位，快速平稳运行。

根据桥式起重机机械结构以及总体控制方案的控制要求，确定定位控制系统设计方案，其结构图如下图所示。

图2桥式起重机定位控制系统结构图

定位控制系统硬件结构由主控制器单元，传感器检测单元，变频器执行单元，以及扩展接口设备单元组成。

本定位控制系统采用以工控机（IPC）作为上位机，以可编程控制器（PLC）作为下位控制器的控制模式构成。这种双控制结构体系各部分功能如下：

4.1下位PLC控制系统

由于PLC可靠性高、抗干扰能力强、循环周期短、指令集功能强大，并且采用模块化、无风扇结构，易于实现分布式的配置，因此适用于复杂环境和工况条件下的现场控制。

下位机PLC主要作为I/O控制站是数据采集和动作控制的核心，负责对测距传感器的位置信号进行采集，并利用各种数字量、模拟量模块完成实时数据采样、报警信号检测与输出，以及对变频器等执行机构进行控制。

4.2上位工控机控制系统

工控机作为上位机能够进行复杂的算法运算和数据处理，具有良好的人机界面并能够保存大量数据，方便管理控制。所以选用工控机作为核心，对PLC以及现场检测执行设备监控管理并对过程数据进行处理。这样可以极大的提高控制系统的可靠性和灵活性，增加系统的监控和管理水平，便于用户的程序开发和应用。

工控机中以Visual Basic高级语言开发平台编写的人机界面监控系统，通过OPC接口技术查询并读取PLC内部数据通道的数据信息，进行数据分析和处理，在人机界面用图形动画实时显示起重机当前运行位置、高度以及状态信息等实时数据，并用数据库加以管理和记录。操作人员在上位机监控界面用鼠标代替原来的操纵杆完成对起重机运行机构的控制，并向现场执行设备发出控制指令，控制行走机构准确运行到指定位置。在运行过程中工控机结合模糊控制并根据测距传感器反馈回来的信号处理后实时调整变频器的频率值，使机车快速平稳准确的到达目的地址，实现起重机运行位置与速度的闭环控制。较好地满足了桥式起重机作业中高速运行、换速平稳、低速停准的速度控制和准确定位要求。

5、结语

桥式起重机是现代工厂最重要的起重搬运设备，在大型搬运机械在冶金，航运，仓储等诸多领域扮演着重要的角色。而传统桥式起重机的控制方式主要是依靠司机驾驶、手柄操作，它已经不能满足现代化和信息化趋势下生产发展的需要。

因此，研究一套使桥式起重机实现自动化控制和通讯的系统，对桥式起重机定位控制的发展具有重要意义。