1、引言

橋式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化車(chē)間、生產(chǎn)線(xiàn)、倉(cāng)庫(kù)、裝卸等各個(gè)領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)定位控制系統(tǒng)定位精度不高，效率較低，運(yùn)行過(guò)程不平穩(wěn)，制約了生產(chǎn)效率。如何實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用中精確運(yùn)動(dòng)、精確定位，提高車(chē)間生產(chǎn)效率，一直是橋式起重機(jī)研究的重點(diǎn)，研究橋式起重機(jī)定位系統(tǒng)及其自動(dòng)化定位控制方式是制造業(yè)的發(fā)展的趨勢(shì)。

2、橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)、分類(lèi)

橋式起重機(jī)的分類(lèi)方式多種多樣，按不同的要求標(biāo)準(zhǔn)有不同的分法，比如按起重機(jī)起吊形式不同分類(lèi)可分為：吊鉤式、抓斗式、電磁式及同時(shí)使用兩種或三種起吊形式的起重機(jī)。按橋式起重機(jī)應(yīng)用范圍不同可將其區(qū)分為：通用類(lèi)、簡(jiǎn)支梁類(lèi)、冶金專(zhuān)用類(lèi)和防爆專(zhuān)用類(lèi)。通用類(lèi)橋式起重機(jī)通常指對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等沒(méi)有特殊要求的一類(lèi)普通橋式起重機(jī)，這類(lèi)起重的組成部分有：起吊提升或抓取提升機(jī)構(gòu)、大車(chē)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)。起吊提升或抓取提升機(jī)構(gòu)是由動(dòng)力及傳動(dòng)裝置和絲繩卷繞或液壓缸系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成。大車(chē)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括大車(chē)方向和小車(chē)方向的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，在每個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)中必然有驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等機(jī)構(gòu)和功能模塊。橋式起重機(jī)橋梁通常都是主梁、端梁結(jié)構(gòu)。雙梁橋式起重機(jī)與單梁橋式起重機(jī)在梁架結(jié)構(gòu)中基本結(jié)構(gòu)單元相似，但是起重機(jī)承重的主梁和兩端支撐的端梁不同。專(zhuān)用橋式機(jī)通常有：冶金專(zhuān)用橋式起重機(jī)與防爆橋式起重機(jī)。這種類(lèi)型的橋式起重機(jī)基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機(jī)相似，但因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合不同設(shè)計(jì)了特殊的機(jī)構(gòu)和裝置，如在起重小車(chē)上安裝鋼材生產(chǎn)加工的特殊部件或滿(mǎn)足防爆要求的電氣系統(tǒng)、密封方式、起吊要求等。

3、橋式起重機(jī)工作原理

由橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)可知橋式起重機(jī)在空間的運(yùn)動(dòng)分別為：大車(chē)運(yùn)動(dòng)方向（X軸方向）、小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向（Y軸方向）、吊鉤或爪刺升降方向（Z軸方向）。如圖橋式起重機(jī)工作原理圖。

圖1橋式起重機(jī)工作原理圖

橋式起重機(jī)通過(guò)大車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)行，小車(chē)在起重機(jī)主梁上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)爪刺或吊鉤從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的功能，到達(dá)指定位置后，橋式起重機(jī)放下抓取機(jī)構(gòu)，完成抓取并提升。再通過(guò)大小車(chē)輪的配合到達(dá)指定位置，完成投放工作。

4、定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了解決當(dāng)前橋式起重機(jī)定位過(guò)程中所遇到的定位精度較差，效率較低，運(yùn)行過(guò)程不平穩(wěn)等問(wèn)題和缺點(diǎn)，提出采用精確的激光測(cè)距技術(shù)并結(jié)合模糊控制算法，達(dá)到絕對(duì)認(rèn)址和閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中高效精確定位，快速平穩(wěn)運(yùn)行。

根據(jù)橋式起重機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及總體控制方案的控制要求，確定定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

圖2橋式起重機(jī)定位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

定位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由主控制器單元，傳感器檢測(cè)單元，變頻器執(zhí)行單元，以及擴(kuò)展接口設(shè)備單元組成。

本定位控制系統(tǒng)采用以工控機(jī)（IPC）作為上位機(jī)，以可編程控制器（PLC）作為下位控制器的控制模式構(gòu)成。這種雙控制結(jié)構(gòu)體系各部分功能如下：

4.1下位PLC控制系統(tǒng)

由于PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、循環(huán)周期短、指令集功能強(qiáng)大，并且采用模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置，因此適用于復(fù)雜環(huán)境和工況條件下的現(xiàn)場(chǎng)控制。

下位機(jī)PLC主要作為I/O控制站是數(shù)據(jù)采集和動(dòng)作控制的核心，負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)距傳感器的位置信號(hào)進(jìn)行采集，并利用各種數(shù)字量、模擬量模塊完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣、報(bào)警信號(hào)檢測(cè)與輸出，以及對(duì)變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。

4.2上位工控機(jī)控制系統(tǒng)

工控機(jī)作為上位機(jī)能夠進(jìn)行復(fù)雜的算法運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，具有良好的人機(jī)界面并能夠保存大量數(shù)據(jù)，方便管理控制。所以選用工控機(jī)作為核心，對(duì)PLC以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)執(zhí)行設(shè)備監(jiān)控管理并對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這樣可以極大的提高控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性，增加系統(tǒng)的監(jiān)控和管理水平，便于用戶(hù)的程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

工控機(jī)中以Visual Basic高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)的人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)OPC接口技術(shù)查詢(xún)并讀取PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，在人機(jī)界面用圖形動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)當(dāng)前運(yùn)行位置、高度以及狀態(tài)信息等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并用數(shù)據(jù)庫(kù)加以管理和記錄。操作人員在上位機(jī)監(jiān)控界面用鼠標(biāo)代替原來(lái)的操縱桿完成對(duì)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的控制，并向現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出控制指令，控制行走機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確運(yùn)行到指定位置。在運(yùn)行過(guò)程中工控機(jī)結(jié)合模糊控制并根據(jù)測(cè)距傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)處理后實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的頻率值，使機(jī)車(chē)快速平穩(wěn)準(zhǔn)確的到達(dá)目的地址，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行位置與速度的閉環(huán)控制。較好地滿(mǎn)足了橋式起重機(jī)作業(yè)中高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)、低速停準(zhǔn)的速度控制和準(zhǔn)確定位要求。

5、結(jié)語(yǔ)

橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工廠(chǎng)最重要的起重搬運(yùn)設(shè)備，在大型搬運(yùn)機(jī)械在冶金，航運(yùn)，倉(cāng)儲(chǔ)等諸多領(lǐng)域扮演著重要的角色。而傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的控制方式主要是依靠司機(jī)駕駛、手柄操作，它已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化和信息化趨勢(shì)下生產(chǎn)發(fā)展的需要。

因此，研究一套使橋式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和通訊的系統(tǒng)，對(duì)橋式起重機(jī)定位控制的發(fā)展具有重要意義。