无人天车自动精准定位系统的研究与应用

2018-05-26张灿

中国设备工程 2018年10期

张灿

(河钢集团钢铁技术研究总院，河北石家庄 050000)

天车是生产作业中很重要的搬运设备，在工业生产活动中应用得非常广泛。本着以人为本的原则，现实中对安全生产的要求越来越高。为了达到安全精准高效的目标，无人天车应运而生。摆脱了传统天车定点定位的单一人为的操作模式，无人天车通过PLC接收现场传感器信号后直接作出响应，可以做到将吊物准确无误地吊运并摆放至指定位置。传统天车的弊端很多，如人工成本高、安全系数低、工作效率低等，天车无人化操作能很好的解决这些问题。无人天车的关键技术难题在于其能否精确定位。本系统很好的解决了这一难题。

1 工作原理和系统构成

无人天车采用PLC和变频器为核心组件，现场安装时以精准测量数据的编码尺和编码器用于三维定位。通过无线通讯系统将PLC与移动面板有机结合。通过人机界面将所要完成的动作一次性输入PLC，PLC进行多级运算后得出最佳运行方案，将执行命令发送给下级模块和变频器。现场动作完全自主完成，多项操作任务可同时进行，有效提高工作效率。系统构成图见图1。该系统一改传统天车单一接触器控制模式，使用新型PLC多元控制。天车运行更平稳，吊物摆幅小，安全系数高。

图1 无人天车定位系统构成图

图2 三维定位系统布置图

我们把车间物料和设备在三维立体空间内定位，每个物料或设备都有1个确定的三维立体坐标。设定大车位置为X坐标，小车位置为Y坐标，吊钩位置为Z坐标。该系统主要包括位置检测装置和天车控制系统。

位置检测装置：大车、小车位置的检测采用线性绝对值编码尺系统，该系统主要有：读码器、编码尺、编码尺接口模块及安装附件。读码器采取短距离的红外对射方式读取编码尺上的位置信息，并计算出位置值，位置信息和诊断数据经编码尺接口模块，通过PROFINT网络传输至PLC控制器CPU中。线性绝对位置编码尺系统无机械接触、无磨损，实时检测，基本不受震动、冲击、灰尘、温度波动的影响，可靠性高、维护方便，能用于恶劣环境工况。如图2所示，沿大、小车轨道铺设安装X轴编码尺和Y轴编码尺，安装时注意保持编码尺平直。吊钩位置采用绝对值编码器测量，以SSI数据方式传入PLC的位置模块。绝对值编码器安装在电机轴上，连接可靠，安装牢固。编码器安装在电机的同心轴上，以保证编码器与电机的运行速度一致。

天车控制系统：包括车载天车控制器、无线控制装置和地面监控装置。其中车载天车控制器包括PLC、起升电机驱动装置（变频器）、大车电机驱动装置（变频器）、小车电机驱动装置（变频器）和编码尺接口模块，无线控制装置包括移动控制终端和车载无线收发模块。用PLC对位置数据进行存储、分析处理，处理后的信息通过无线网络传送至地面监控装置和移动控制终端。移动控制终端作为手持终端，实时显示天车的位置信息，并兼具遥控器及工控机两者功能。用变频器驱动大车小车及吊钩运行。无线通讯系统的构成见图3。

图3 无线通讯系统图

2 实际应用

以中试基地炼钢跨为例，我们将东西大车行走的方向作为X轴，以南北小车走向作为Y轴，以竖直方向作为Z轴建立三维立体坐标系。定义厂房西南角水平线为坐标零点，大车向东运动即X值增大，小车向北运动Y值增大。吊钩升起Z值增大。反向运动各值相应减小。利用编码尺对大小车实际位置实时数据采集，用PROFINET传输数据给PLC的CPU。吊钩位置信息由编码器检测，以SSI数据方式传输给PLC位置模块TM模块。PLC对位置数据进行处理和存储。通过现场实际测量，确定车间设备和物料的坐标。为了天车定位更准确，我们人为对厂区的区域进行了划分，定义了每块区域的坐标值。在天车吊运货物时，将吊物所在的起点坐标与终点坐标值输入人机界面中。PLC根据吊钩实际位置及目标位置值，计算大车小车以及吊钩移动距离，自动规划天车行走路径，并给变频器发出行走命令，吊装命令发出，大车小车吊钩三位一体配合动作完成起吊、运行、安放工作。整个吊运过程全部自动完成。利用西门子工业无线W788系统，实现地面监控装置与车载天车控制器的通信，把PLC中位置数据实时显示在地面监控装置上。