集裝箱控制系統(tǒng)的設(shè)計范文

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《自動化應(yīng)用雜志》2015年第三期

集裝箱底板鉆孔小車控制系統(tǒng)具有分段定位控制、暫停微調(diào)、防跑偏實時修正、防撞/暫停/傾斜保護、自動復(fù)位、手動/自動切換、20/40ft箱體選擇、運行速度實時修改、各段定位尺寸段路設(shè)定、減速距離設(shè)定等功能。伺服電機M1/M2速度分為低速D5100/D5110（單輪前進或后退，減速接近原點，后退分段定位）、高速D5102/D5112（前進、后退、回原點、回大車）和暫停微調(diào)速度D5104/D5114（原點處和分段定位處的暫停微調(diào)）。伺服電機速度修改程序的使能信號使用M8013，使用操作面板可以實時修改伺服電機速度。電子齒輪比的計算公式（分子為伺服電機編碼器轉(zhuǎn)一圈的脈沖個數(shù)，分母為使伺服電機轉(zhuǎn)一圈、通過上級控制器所發(fā)出的脈沖數(shù)）：式中，r為伺服電機編碼器的分辨率，d為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)，c為伺服電機驅(qū)動輪周長，LU為指令單位，i為減速機的減速比。指令單位LU設(shè)定為0.001mm，經(jīng)計算，電子齒輪比為0.4923，分子設(shè)定為4923，分母設(shè)定為10000。

1分段定位控制

可以通過操作面板，自主設(shè)定20/40ft集裝箱的鉆孔尺寸、段路（目前設(shè)定為24段，可以增加更多段路）。當設(shè)定某一段為0時，后面的鉆孔尺寸將不被執(zhí)行，方便客戶自主修改工藝要求。分段定位控制方案一：通過中編碼器檢測距離（0.1mm/脈沖），PLC進行高速計數(shù)，到達分段位置時，在高速計數(shù)中斷程序中對伺服電機使能端復(fù)位。經(jīng)過測試，每段誤差范圍為－6～3mm，運行約4.5m，累計誤差范圍為－16～－14mm，偏離鋼橫梁中心位置太多，不能滿足控制要求。分段定位控制方案二：通過PLC給伺服電機驅(qū)動器發(fā)送定量脈沖進行控制，脈沖輸出指令選用可變頻率連續(xù)輸出指令DPLSF（無加減速時間）。經(jīng)過測試，不斷修改電子齒輪比，優(yōu)化后的電子齒輪比為0.4963，每段最大誤差范圍為－7～4mm，運行約7.8m，累計誤差為3～5mm，能夠滿足控制要求。

2暫停微調(diào)控制

暫停微調(diào)狀態(tài)程序見圖3，當?shù)竭_原點位置或者運行到某段定位位置時，延時2s，讓操作人員觀察位置是否準確。當發(fā)現(xiàn)尺寸不準確時，及時按下“暫停微調(diào)按鈕”，可以通過電氣柜前面板的“前進、后退、電磁閥的相應(yīng)操作按鈕”或者通過“遙控器”的“前進、后退、左進、左退、右進、右退按鈕”進行微調(diào)。左右伺服電機M1/M2暫停微調(diào)控制程序是相似的，左伺服電機M1暫停微調(diào)控制程序見圖4。伺服電機M1將以暫停微調(diào)頻率運行，位置修正后，旋轉(zhuǎn)釋放“暫停微調(diào)按鈕”，返回分段定位控制。經(jīng)過測試，40ft集裝箱，運行約8m，進行22段分段定位，正常情況不需要暫停微調(diào)，一般通過1次暫停微調(diào)，就可以滿足現(xiàn)場控制要求。

3防跑偏實時修正控制

手動運行的前進/后退，自動運行的回原點、分段定位、暫停微調(diào)（前進/后退）、回大車，將進行防跑偏實時修正。重點分析手動程序（前進/后退）的高速防跑偏實時修正，低速、暫停微調(diào)速度的防跑偏實時修正與其相似。左右編碼器檢測數(shù)據(jù)的處理見表1，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器順時針旋轉(zhuǎn)（軸向）的計數(shù)值為＋，逆時針旋轉(zhuǎn)（軸向）的計數(shù)值為－。

3.1左右編碼器的高速計數(shù)程序信捷XC系列PLC，支持3路AB相增量式編碼器，中編碼器C630（支持計數(shù)中斷，用于小車運行距離的控制）、左編碼器C632（1倍率）的計數(shù)值×4后存儲于D4180，右編碼器C634（4倍率）的計數(shù)值存儲于D4380。手動運行準備狀態(tài)時，對高速計數(shù)器復(fù)位，高速計數(shù)過程中應(yīng)確保其使能端的有效。

3.2左右編碼器的計算程序防跑偏修正系數(shù)的計算公式（分子D6612設(shè)定為9375.0，分母D6610設(shè)定為2798.0）：左右編碼器的計算程序見圖5，使用浮點數(shù)進行運算，左右編碼器的計算值（加運算）存儲于D4480，伺服電機M1/M2速度需要修正的頻率存儲于D6616。

3.3防跑偏實時修正程序前進、后退運行防跑偏實時修正程序相似，前進防跑偏實時修正程序見圖6。PLC控制器進行實時修正，降低速度較快的伺服電機的運行頻率，伺服電機M1/M2修正后的運行頻率為D6680/D6682（需要判斷其為正值，以防止修正過度，發(fā)生飛車故障）。經(jīng)過測試，程序放在主程序（掃描周期約10～36ms）或者定時中斷程序（100ms）中運行的數(shù)據(jù)基本相同。將左右校正液壓缸縮回，小車無阻力分段運行。在各段鉆孔位置暫停時，使用2把鋼卷尺（8m）分段測量小車前側(cè)左右端與集裝箱前立板距離。現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)見表2，列A為左端距離XL；列B為左端分段距離XL+1－XL；列C為右端距離XR；列D為右端分段距離XR+1－XR；列X為每段偏差距離，即（XL+1－XL）－(XR+1－XR)；列Y為累計偏差。經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場試運行，小車前側(cè)左右端與集裝箱前立板偏差范圍為－5～5mm，繼續(xù)運行后將進行防跑偏實時修正，運行約4.5m，累計偏差約為0，小車基本實現(xiàn)直線運行，確保多支鉆頭均處于鋼橫梁中心位置進行鉆孔。

4防撞/暫停/傾斜保護

防撞保護程序見圖7。鉆孔小車前進運行時具有防撞保護功能，有障礙物時，伺服電機將急停，障礙物消失3s后，恢復(fù)前進。如果需要，還可以增加后退運行防撞保護功能。暫停保護程序見圖8，回原點、回大車具有暫停保護功能，在運行中發(fā)生故障時，按下“暫停按鈕”，伺服電機將急停。故障排除后釋放“暫停按鈕”，將恢復(fù)相應(yīng)控制功能。傾斜保護程序見圖9。測試中發(fā)現(xiàn)，如果手動后退撞擊大車后側(cè)擋塊來修正小車位置，有時某1臺伺服電機驅(qū)動器會過載報警，再次運行時將導(dǎo)致鉆孔小車一側(cè)傾斜過度而發(fā)生危險。PLC對前進、后退進行實時檢測，當兩側(cè)相差150mm（左右編碼器脈沖計算值1365）時報警急停，當兩側(cè)相差50mm（左右編碼器脈沖計算值450）時取消報警，恢復(fù)相應(yīng)控制功能。

5結(jié)語

經(jīng)過試運行，小車行進約8m，前側(cè)左右端最大偏差約5mm，分段定位控制每段誤差約1mm，累計誤差約3～5mm，正常情況不需要暫停微調(diào)，設(shè)備性能和控制功能能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的要求。

作者：程偉單位：蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院