论新型起重机大车同步纠偏改进控制方案
仪器信息网 · 2011-03-24 00:44 · 28794 次点击
起重机由于车轮速度不一(如轮径不同;传动机构不同步;制动器松紧差异;车轮摩擦力变化等);两条大车轨道水平差异超标;车体重心移动(小车位移;钩头摆动等);车轮组的安装误差等;在电动机受控相同的情况下,加之跨度长,运行距离远等特点,使得起重机大车行走时,极易发生啃轨现象。既影起重机的稳定运行,又给生产工作带来安全隐患。为解决啃轨问题,人们通常采用润滑车轮轮缘和轨道侧面,加装水平轮,调整车轮安装精度以及断电纠偏等方法,不仅效果不理想,而且实施困难。考虑到由于早期行车采用二次电阻调速,分级调速,及多段速调速,调速精度差;我们研制了一套方案,采用变频器调速,线性调速,PLC+HMI为主控制单元,采用绝对值编码器作为位置检测反馈到主控单元、。构成的起重机大车自动纠偏系统,并把这一研究设计成果应用在了起重机大车纠偏中。经过现场的调试和运行,这套系统能够对起重机大车车身发生的偏斜进行自动的纠正,使啃轨现象得到消除,满足了现场生产要求。
自动纠偏系统的控制原理
当起重机大车运行时,在没有发生啃轨的情况下,安装在大车两侧相对应的车轮组会同时运行在同一水平线上。即使他们之间存在着误差,这个误差也会是在允许范围内而且始终保持不变。在这样的情况下,车轮轮缘和轨道之间就不会产生挤压。反之在大车运行时,两侧车轮组相对位置产生了偏差即行程差,那么这就会使行车车体相对于轨道发生偏斜,造成车轮轮缘与轨道之间发生挤压形成啃轨。如果在两侧车轮组行程差大于允许值时,对两侧车轮转速进行调节;基本的纠偏原理:降低相对位置超前一侧车轮的转速,提高相对位置在后一侧车轮的转速,或者保持一侧车轮的转速不变,提高或降低另一侧车轮的转速,使两侧车轮的行程差始终在允许的范围内。这样就可以有效的防止啃轨现象的发生。传统的纠偏方式是开关点(BOOL量)输出,例如:当两侧车轮组相对位置产生了偏差,A测大于B测时,输出纠偏信号(开关点),使A测增加Δ速度,B测减小Δ速度,待两侧相差到允许最小偏差时,关闭纠偏信号;但是这种纠偏方式有固有的缺点,就是增加或减小Δ量速度时,只有两种状态,ON就是增加,OFF就是关断;这样使得在两侧偏差接近零时,关闭纠偏信号时,由于存在惯性,造成大车有明显左右晃动;当主钩空载时,这种晃动没仕么影响,一旦主勾吊重物时会加重这种晃动,对要求精确吊装任务时,达不到要求;或致使效率底下;为了解决这个问题,我们研究设计了新的改进方案,如下:
本方案中采用PLC+HMI做主控单元,直观的人机界面,多个控制参数可设置,灵活性提高;采用高精度编码器,实时检测大车的位置值,比较大车两侧的值,判断大车的偏差量来进行纠偏,纠偏的调节方式是负反馈闭环线性调节,这是我们提出的概念;为了说明这一原理,我们假设定义MASTER为大车A侧位移值,SLAVE为大车B侧位移值,DIF为A,B侧偏差值,即DIF=MASTER–SLAVE;再假设定义允许偏差最小值,AllowMin,允许偏差最大值AllowMax,偏差区间(纠偏区间)DifSize;实时检测DIF值并换算成偏差量占偏差区间的百分比,这样就得到了一个偏差反馈量Δf,当DIF>0且>AllowMin时,A侧大于B侧值,输出纠偏信号,减小大车A侧变频器频率,调解的增量:
Δ=-Δf
MASTER=MASTER+Δ
加大大车B侧变频器频率,调解的增量:
Δ=Δf
SLAVE=SLAVE+Δ
这样达到了平稳的线性调速,使大车在纠偏的过程中,在DIF接近AllowMin时,这时纠偏的输出Δ量接近0,所以当DIF小于AllowMin时,大车两侧输出的频率基本相同,纠偏导致的单侧惯性很小,达到大车运行始终平稳的目的;对大跨度行车平稳吊装提供了保障,也减小了行车的机械扭曲;当DIF<0且<-AllowMin时Δ取相对负值;当运行方向相反时,以上公式对Δ取相对负值即可;当DIF>AllowMax或DIF<-AllowMax时,偏差过大,输出报警,关断大车运行,确保大车在允许的偏差范围内运行;经过我们在项目中的应用,纠偏效果良好;安全可靠,得到了客户的坑定;
原理的补充说明
在本项目中纠偏控制的行程差是车轮一侧的行程值减去另一侧的行程值的结果。一般行程差要控制在行车跨度的千分之一以内。当行程差小于行车跨度的千分之一时,则行车不需要纠偏;当行程差大于行车跨度的千分之一而小于行车跨度的千分之三时,则说明两侧车轮相对位置已经不在同一条直线上并超出了允许范围,行车车体发生了偏斜,需要进行纠偏;当行程差大于行车跨度的千分之三时,则说明行车车体已经偏斜严重,需要停车进行纠偏。
如行车大车轮的直径是800mm,行程400m,整个行程大车车轮将旋转400/(0.8×3.14)≈159转。为了防止车轮打滑给编码器反馈数值造成的误差,编码器安装在从动车轮处,并与车轮同轴。为了测量的精确,我们采用8192个脉冲的编码器,这样大车每旋转一周运动的距离将被编码器等分为8192份反馈,我们的测量精度将是800*3.14/8192≈0.3mm,因此我们可以将大车车轮行程值的测量精度控制在0.5mm以内。
在系统中,因为S行程差是通过两侧编码器反馈数值作差的计算得出的,所以编码器反馈数值的准确性决定着计算行程差的准确性,也决定着控制系统纠偏程序是否执行判断的准确性。在编码器的工作运行中由于车轮存在打滑现象,所以编码器计数值将是存在误差的,并且是不可避免的,随着大车运行距离的增大,该误差将不断累积,由于起重机大车的运行距离一般都很长,所以编码器的累积误差对系统控制的影响是不可忽略的。为此,我们控制系统设置了消除编码器累积误差的置零按钮开关,从而达到消除编码器累积误差的目的。