李穎斌

摘 要：本文介紹了自動(dòng)化控制技術(shù)在天車定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，簡單介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制方案，采用編碼器電纜及旋轉(zhuǎn)編碼器的坐標(biāo)采集，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)高精度的天車三維定位，通過無線通訊實(shí)現(xiàn)與地面管理系統(tǒng)服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)鋼卷的的精確定位及跟蹤。

關(guān)鍵詞：天車定位；鋼卷跟蹤；無線通訊；編碼器電纜；高精度

中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0043-01

1 系統(tǒng)簡介

隨著鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展智能化的庫區(qū)天車作業(yè)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益為國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)注入了新的活力，天車定位為智能的卷庫管理系統(tǒng)提供了保證，確保了物流實(shí)時(shí)跟蹤記錄的完整性。唐鋼第一鋼軋廠熱軋庫2015年10月份率先實(shí)現(xiàn)了基于天車定位的庫區(qū)管理系統(tǒng)，在1810熱軋成品庫共有5部天車，天車驅(qū)動(dòng)保留了傳統(tǒng)天車的操作方式，天車工通過駕駛室操作桿，控制繼電器的輸出，通過檔位控制變頻器的輸出速度，從而進(jìn)行天車作業(yè)。在天車定位跟蹤系統(tǒng)中，每臺(tái)天車由一套西門子S7-300PLC構(gòu)成中央控制器，通過無線通訊與地面庫區(qū)管理系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，三維定位包括X軸的大車編碼器測距、Y軸的小車編碼器測距、以及Z軸的主鉤旋轉(zhuǎn)編碼器，主鉤稱重單元包括安裝在定滑輪下方兩測的2個(gè)傳感器及稱重儀表，稱重儀表再將檢測的重量以模擬信號(hào)發(fā)送給PLC控制器。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 應(yīng)用編碼器技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼卷定位

2.1 編碼器電纜測距技術(shù)

編碼器測距是由感應(yīng)無線技術(shù)所構(gòu)成的系統(tǒng)，一般來說，由中央控制室部分、車上部分、編碼電纜部分和天線箱構(gòu)成。中央控制室部分由主控計(jì)算機(jī)和地面控制部分構(gòu)成，車上部分為機(jī)上局，編碼電纜部分由編碼電纜、連接電纜、匹配阻抗構(gòu)成，天線箱由繞制的線圈構(gòu)成。如圖2所示。

感應(yīng)無線位置檢測，按檢測方式可分為地面檢測和車上檢測兩種方式。車上位置檢測方式是地面局地址載波發(fā)生器向編碼電纜發(fā)送載波時(shí)，車上位置檢測器對車上接收天線箱接收的信號(hào)進(jìn)行檢測得到地址信息：車上接收天線箱的位置。地面位置檢測方式是在車上發(fā)送天線箱發(fā)送載波時(shí)，由地面局位置檢測器對編碼電纜接收的信號(hào)進(jìn)行檢測得到地址信息：車上發(fā)送天線箱的位置。車上檢測方式便于一條編碼電纜多臺(tái)機(jī)車共用檢測位置。即不論同一條軌道有多少臺(tái)機(jī)車，都能夠共用同一條編碼電纜，各自同時(shí)檢測自身地址，互不影響。感應(yīng)天線箱內(nèi)有兩組線圈，一組作為發(fā)送線圈，一組作為接收線圈。兩組線圈裝在矩形塑料箱內(nèi)，稱為感應(yīng)天線箱。天線箱安裝在移動(dòng)機(jī)車上，并用圓電纜將天線箱與機(jī)車上控制柜連接。天線箱隨著機(jī)車移動(dòng)而移動(dòng)，并始終與編碼電纜保持5-25cm的距離。在本系統(tǒng)采用了車上位置檢測方式。

2.2 感應(yīng)無線檢測特性

（1）非接觸工作方式，便于安裝、維護(hù)，使用無滑脫和磨損等故障；（2）絕對位置檢測：一種只與機(jī)車當(dāng)前所處位置有關(guān)而與運(yùn)行過程等其它因素?zé)o關(guān)的一種檢測方式；（3）連續(xù)位置檢測：在全程中，按照分辨率的間隔連續(xù)的給出任何一點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)。這樣就能夠檢測移動(dòng)機(jī)車運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)控制移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)走行與自動(dòng)定位乃至無人操作；（4）檢測分辨率高：目前已達(dá)到2mm的分辨率；（5）抗干擾性強(qiáng)，可靠性高：是一種非接觸式檢測，編碼電纜內(nèi)部電線的交叉結(jié)構(gòu)，能有效地抑制外來雜散電磁場的干擾。因而可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境；（6）兼容性好：位置檢測和數(shù)據(jù)通信可以合用一根編碼電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡單，占空間小，不影響現(xiàn)場外觀，不改變現(xiàn)場設(shè)備。且系統(tǒng)提供并口、RS422/485和PROFIBUS-DP多種接口，方便與其他系統(tǒng)連接。

2.3 主鉤編碼器測距

主鉤高度采用的是絕對值型旋轉(zhuǎn)編碼器測距，在主鉤卷筒旋轉(zhuǎn)中心安裝編碼器輸出軸，通過PLC對編碼器信號(hào)的處理進(jìn)行主鉤高度標(biāo)定與計(jì)算，絕對值編碼器具有機(jī)械位置決定每個(gè)位置的唯一性、無需記憶、無需找參考點(diǎn)的特性，這樣，對編碼器的主鉤測距的精度、抗干擾特性提供了保證。

2.4 通過三維測距實(shí)現(xiàn)板卷定位

本系統(tǒng)采用的編碼電纜定位和旋轉(zhuǎn)編碼器高度檢測，是覆蓋全庫區(qū)的三維立體定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了天車的全庫區(qū)精準(zhǔn)定位。首先對鋼卷庫區(qū)卷位進(jìn)行X、Y軸位置標(biāo)定，通過二級系統(tǒng)服務(wù)器記錄下每個(gè)卷位的坐標(biāo)值。天車定位將系統(tǒng)劃分為計(jì)劃層、任務(wù)層、命令層、基礎(chǔ)層、執(zhí)行層。本系統(tǒng)計(jì)劃層通過分析相應(yīng)倉庫的作業(yè)類型及物料作用，有計(jì)劃的制定物料的倉儲(chǔ)位置以及，分配最優(yōu)天車進(jìn)行作業(yè)，本系統(tǒng)執(zhí)行層依據(jù)作業(yè)計(jì)劃，即天車工單下發(fā)至天車終端，在天車駕駛室中有終端顯示畫面，即可對天車當(dāng)前的X、Y、Z位置的檢測進(jìn)行顯示、又可顯示作業(yè)鋼卷的當(dāng)前位置與目標(biāo)位置。實(shí)現(xiàn)了天車的定位，為天車工的操作提供了方便。

3 庫區(qū)鋼卷的跟蹤

3.1 通過稱重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)吊物識(shí)別

天車稱重系統(tǒng)采集天車壓力傳感器的信號(hào)并將采集的信號(hào)傳遞至PLC。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集天車吊鉤重量數(shù)據(jù)、起放吊動(dòng)作等作業(yè)數(shù)據(jù)，PLC程序根據(jù)采集的天車作業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)運(yùn)算，根據(jù)主鉤下鉤、起吊時(shí)的稱重變化準(zhǔn)確判斷天車吊物狀態(tài)，實(shí)時(shí)地將天車位置、吊重等信息進(jìn)行記錄供上位機(jī)讀取，從而記錄鋼卷的位置變化。

3.2 管理系統(tǒng)服務(wù)器通過無線與PLC通訊記錄鋼卷位置

本系統(tǒng)采用西門子OPC標(biāo)準(zhǔn)接口，通過無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)天車PLC與服務(wù)器之間作業(yè)信息的實(shí)時(shí)傳輸。采用OPC異步讀寫的通訊技術(shù)，它的制定是通過提供一套標(biāo)準(zhǔn)的OLE/COM接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對象。創(chuàng)造了天車定位系統(tǒng)與一級控制系統(tǒng)間的極速通訊方法，實(shí)現(xiàn)了高效可靠的信息流通。系統(tǒng)根據(jù)起吊狀態(tài)的判斷，實(shí)現(xiàn)了對鋼卷信息的跟蹤及定位，對庫房中的物料能任一時(shí)間知道其所在位置。通過交互式雙向數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)天車定位精確化、庫房管理智能化、物流工藝簡明化。

4 結(jié)語

天車定位及卷庫管理系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)同類型系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)先水平，并且部分關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)超越了國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)，如天車精確定位技術(shù)，OPC接口通訊技術(shù)，天車調(diào)度算法等。該項(xiàng)目有效解決了吊工、記錄工長期暴露在吊裝重物下工作的問題，極大改善高危高強(qiáng)度工作狀態(tài)，顯著提高了天車?yán)眯?，?shí)現(xiàn)了庫房鋼卷全流程跟蹤及可視化；為企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。