本專利屬于自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種起重機平移位置定位自動測量設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前在國內(nèi)各大鋼廠都在進行自動化的更新改造工作，為鋼廠服務(wù)的起重機行業(yè)也加入了自動化更新改造的行列。在寶鋼范圍內(nèi)也在進行著自動化的改造，主要在冷軋廠、熱軋廠、厚板廠、運輸部等物理運輸、搬運作業(yè)頻繁的作業(yè)區(qū)域進行自動化改造。目前參與自動化改造的主要技術(shù)還是由國外提供，如韓國浦項、日本新日鐵、德國西門子等國外知名企業(yè)。國內(nèi)雖然也在進行積極的自動化技術(shù)研發(fā)和難點攻關(guān)，但在首批改造項目中還是難于國外企業(yè)競爭。但是由國外承擔(dān)改造項目，成本太高，對于未來眾多的改造項目來說是無法接受的，只能在首批改造項目中積極吸取國外技術(shù)經(jīng)驗，在未來自動化的改造項目中還是得由國內(nèi)制造商承接。

自動化改造中必不可少的一環(huán)就是位移檢測，而且要求精確可靠，才能保證起重機的精確定位。位移測量主要包括起升高度(z坐標(biāo))、小車位置(y坐標(biāo))、大車位置(x坐標(biāo))，而起升位移測量通常在起升機構(gòu)的鋼絲繩卷筒傳動軸上安裝絕對值編碼器實現(xiàn)，由于起升鋼絲繩卷筒不存在打滑、竄動等情況，所以起升的位移測量最容易實現(xiàn)且穩(wěn)定可靠。而小車和大車的位移測量由于存在車輪打滑和位置竄動的因素，通常難以穩(wěn)定測量，及時通過被動輪加裝絕對值編碼器也無法保證可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本專利提供一種有效地解決方案，實現(xiàn)一種起重機平移位置定位自動測量設(shè)備，用于起重機自動化的改造，完成起重機平移機構(gòu)位移的準確穩(wěn)定的測量。本專利實現(xiàn)的設(shè)備與起重機主控CPU相互獨立，僅作為一個從站設(shè)備為主站CPU提供采集的數(shù)據(jù)，不參與CPU的運算和控制連鎖，方便主控CPU靈活使用本設(shè)備。

本專利實現(xiàn)的平移位置定位自動測量設(shè)備可以自動起重機的運行位移情況，可以根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進行比例換算，將采集到的數(shù)據(jù)換算為方便主控CPU識別和使用的數(shù)據(jù)，同時還可以自動檢驗采集數(shù)據(jù)的可靠性，提供報警功能，提供一個心跳信號方便主CPU時刻校驗與本設(shè)備的通訊可靠性，從而保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，并有效降低起重機的PLC的計算工作量。

本專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

該起重機平移位置定位自動測量設(shè)備包括CPU、傳感器、觸摸屏；傳感器通過ProfiBUS與CPU相連；觸摸屏也通過ProfiBUS與CPU相連。

系統(tǒng)組成還包括斷路器、變壓器、電源模塊、中間繼電器等等，均為常規(guī)配置，未在本專利中體現(xiàn)。

傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成，讀寫頭負責(zé)采集起重機的位移數(shù)據(jù)，為一個32位二進制編碼數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過ProfiBUS通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到CPU中，CPU按照觸摸屏預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)進行換算，得到起重機的實際位移數(shù)據(jù)，通過ProfiBUS通訊傳遞到起重機主站CPU中，由主站CPU完成自動定位控制。觸摸屏負責(zé)初期的參數(shù)設(shè)置，包括起始位置設(shè)定、換算比例設(shè)定等等。

由于國家倡導(dǎo)節(jié)能減排、減員增效，所以全國鋼鐵企業(yè)也紛紛上面無人化項目。起重機行業(yè)如果要實現(xiàn)無人化，首要條件是實現(xiàn)起重機的三維定位。而目前在起重機的三維定位方面采用的傳感器也是多種多樣，但都不盡如人意，尤其表現(xiàn)在平移機構(gòu)。目前的平移定位傳感器通常都采用編碼器、激光測距來實現(xiàn)定位，不少進口項目都在采用激光測距來實現(xiàn)定位。編碼器來實現(xiàn)定位主要存在誤差大，數(shù)據(jù)漂移的情況，由于大車慣性大，在啟制動過程中存在車輪打滑的情況，而室外起重機在陰雨、冰雪天時更是嚴重，這時編碼器測量誤差加大幅度增加，所以編碼器測距定位通常都要配合定位限位來使用，無法獨立完成測距定位功能，對于無人化起重機，需要在任意位置精確定位時將無法勝任。而激光測距可以避免編碼器的測距弊端，起重機打滑不會對測距產(chǎn)生影響，精度也能得到保證，但是其最大的弊端是無法實現(xiàn)遠距離測距，在測量距離大于100m時，激光測距成本將大幅度增加，在大于300m時激光測距就無法勝任了。在高粉塵環(huán)境、有遮擋的環(huán)境下，激光測距將無法使用，而在雨、雪、霧天氣下，激光測距將基本失效，所以室外起重機基本就無法選擇一款合適的測距定位傳感器。而本專利將完全解決該問題。無論在室內(nèi)、室外，無論在高粉塵、遠距離測距的情況下都能輕松勝任。本專利采用基于磁場原理的磁性傳感器，由讀寫頭和磁性編碼尺組成。讀寫頭固定于起重機本體上與編碼尺平行布置，由于采用磁條編碼，固定敷設(shè)，可以組合成任意長度，即使敷設(shè)超過千米也能輕易保證測量精度。由于采用磁條編碼，所以粉塵、雨、霧、雪都不會對其產(chǎn)生影響，唯一缺點就是編碼標(biāo)尺周圍距離80mm范圍內(nèi)不能存在鐵磁材料，否則會影響測量精度，不過這一點也很容易做到，畢竟起重機運行范圍內(nèi)有很大的自由空間。

在目前的起重機定位設(shè)備中，都是由起重機集成商自主采購定位傳感器，集成到起重機的CPU中，由起重機集成商編制程序?qū)崿F(xiàn)傳感器的時候數(shù)據(jù)采集，換算來實現(xiàn)起重機定位。本專利將突破這一模式。系統(tǒng)本身集成傳感器、CPU，觸摸屏，ProfiBUS接口，通過觸摸屏的簡單設(shè)置即可實現(xiàn)起重機位移的檢測和數(shù)據(jù)換算，通過ProfiBUS接口將位移數(shù)據(jù)傳遞到起重機主站CPU，由主站CPU根據(jù)工藝實現(xiàn)定位控制。將大幅度降低主站CPU的工作量。

本專利的有益效果是實現(xiàn)了起重機平移位置的穩(wěn)定而準確的測量，解決了起重機平移位置測量難度大的難題，有效降低起重機實現(xiàn)自動化工作時PLC的工作負荷，大幅度提高了起重機平移機構(gòu)定位的可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本專利的系統(tǒng)圖。

圖2是本專利的傳感器布置圖。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本專利的具體實施例。

實施例：

目前起重機的平移機構(gòu)的位移檢測是一個難點，主要還是集中于用激光測距、絕對值編碼器等檢測設(shè)備來實現(xiàn)，激光測距優(yōu)點是可靠性高，平移機構(gòu)的竄動、打滑等情況不會對其造成誤差，缺點是必須要有直線照射空間，不能有物體對檢測空間進行遮擋，同時必須要有反射板，并且環(huán)境必須保持干凈，高粉塵場合不能使用，反射板必須定期清理，否則測量誤差急劇增加，雨、雪、霧天氣下無法工作。絕對值編碼器安裝簡易，成本低，但平移機構(gòu)的竄動和打滑現(xiàn)象會對其測量造成影響，通常需要由限位進行輔助定位，才能實現(xiàn)穩(wěn)定的定位，對于無人化行車需要任意位置隨時定位的工況條件，無法勝任。

本專利采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)起重機平移機構(gòu)的位移檢測設(shè)備。該設(shè)備主要包括CPU模塊、傳感器、觸摸屏。

圖1是本專利的系統(tǒng)圖，傳感器采集位移數(shù)據(jù)，然后根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)將該數(shù)據(jù)換算為起重機的位移數(shù)據(jù)，然后通過ProfiBUS通訊將數(shù)據(jù)傳遞給起重機主站CPU。本實施例的CPU選擇工業(yè)級嵌入式CPU，具有功耗低、價格低、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強的特點，配置Profibus-DP通訊模塊，可以與眾多擁有Profibus通訊接口的設(shè)備進行通訊連接。集成觸摸屏，可以實現(xiàn)人機界面，實現(xiàn)初始位置設(shè)置、換算比例設(shè)置，報警數(shù)據(jù)設(shè)置等參數(shù)的輸入。位移采集傳感器采用施克公司的磁感應(yīng)絕對值直線編碼尺，型號為KH53。傳感器由讀寫頭和磁性編碼尺組成；傳感器分為固定敷設(shè)部分和讀寫部分，固定敷設(shè)部分為磁性尺條，安裝在起重機平移機構(gòu)軌道附件，以平移機構(gòu)運行方向平行，讀寫部分為讀寫頭，安裝于起重機本體上，隨平移機構(gòu)移動，并與固定尺條平行安裝，同時與尺條保持一定距離，無接觸讀寫數(shù)據(jù)。磁性尺條采用磁性材料制作，以鋁合金作為外殼，通過對微型磁鐵進行編碼布置，實現(xiàn)二進制編碼數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取采用配套讀寫頭實現(xiàn)，讀寫頭可以將磁性編碼器的磁極數(shù)據(jù)采集到，然后通過內(nèi)置控制單元進行解碼分析，還原為二進制數(shù)據(jù)，然后通過Profibus通訊總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到CPU。由于磁性信號抗干擾能力強，對電磁干擾可以完全免疫，在高粉塵環(huán)境有著優(yōu)異的表現(xiàn)，并且能夠在-40度至80度的環(huán)境溫度中穩(wěn)定工作，在雨、雪、霧天氣下可以良好工作，所以非常適用于鋼鐵企業(yè)的工作環(huán)境。CPU通過讀寫頭將編碼尺的數(shù)據(jù)采集回來，然后根據(jù)觸摸屏預(yù)先設(shè)置的換算數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，最后將編碼尺的二進制編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為起重機的位移數(shù)據(jù)，然后通過Profibus通訊形式將數(shù)據(jù)傳遞到起重機主站CPU。

由于編碼尺的尺條為固定敷設(shè)，與平移機構(gòu)不產(chǎn)生干涉，安裝空間要求很小，所以平移機構(gòu)的任何動作都不會對編碼尺的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，所以平移機構(gòu)的竄動、打滑都不會對編碼尺的數(shù)據(jù)造成影響，因此可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集。編碼尺采用32位數(shù)據(jù)編碼，分辨率可以做到0.1mm，重復(fù)精度可以達到0.3mm，而起重機的精確定位通常允許±20mm的誤差，所以編碼尺完全可以達到起重機的精確定位的要求。

圖2是本專利傳感器的布置圖。圖中L1、L2至Ln為固定敷設(shè)部分的尺條，平行于平移機構(gòu)，安裝于平移機構(gòu)的軌道附近，要求保證尺條的直徑80mm的圓周范圍內(nèi)沒有鐵磁性材料存在，否則會對測量穩(wěn)定性造成影響。通常起重機的運行空間都比較開闊，所以這點要求還是很容易滿足。D1是讀寫頭，安裝于平移機構(gòu)，與尺條平行敷設(shè)，保證讀寫頭與尺條的平均間距在55mm左右，同時保證起重機在運行過程中，讀寫頭和尺條的間距變化不超過55mm±20mm，即可保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的讀取。