集装箱控制系统的设计范文

《自动化应用杂志》2015年第三期

集装箱底板钻孔小车控制系统具有分段定位控制、暂停微调、防跑偏实时修正、防撞/暂停/倾斜保护、自动复位、手动/自动切换、20/40ft箱体选择、运行速度实时修改、各段定位尺寸段路设定、减速距离设定等功能。伺服电机M1/M2速度分为低速D5100/D5110（单轮前进或后退，减速接近原点，后退分段定位）、高速D5102/D5112（前进、后退、回原点、回大车）和暂停微调速度D5104/D5114（原点处和分段定位处的暂停微调）。伺服电机速度修改程序的使能信号使用M8013，使用操作面板可以实时修改伺服电机速度。电子齿轮比的计算公式（分子为伺服电机编码器转一圈的脉冲个数，分母为使伺服电机转一圈、通过上级控制器所发出的脉冲数）：式中，r为伺服电机编码器的分辨率，d为电机转一圈的脉冲数，c为伺服电机驱动轮周长，LU为指令单位，i为减速机的减速比。指令单位LU设定为0.001mm，经计算，电子齿轮比为0.4923，分子设定为4923，分母设定为10000。

1分段定位控制

可以通过操作面板，自主设定20/40ft集装箱的钻孔尺寸、段路（目前设定为24段，可以增加更多段路）。当设定某一段为0时，后面的钻孔尺寸将不被执行，方便客户自主修改工艺要求。分段定位控制方案一：通过中编码器检测距离（0.1mm/脉冲），PLC进行高速计数，到达分段位置时，在高速计数中断程序中对伺服电机使能端复位。经过测试，每段误差范围为－6～3mm，运行约4.5m，累计误差范围为－16～－14mm，偏离钢横梁中心位置太多，不能满足控制要求。分段定位控制方案二：通过PLC给伺服电机驱动器发送定量脉冲进行控制，脉冲输出指令选用可变频率连续输出指令DPLSF（无加减速时间）。经过测试，不断修改电子齿轮比，优化后的电子齿轮比为0.4963，每段最大误差范围为－7～4mm，运行约7.8m，累计误差为3～5mm，能够满足控制要求。

2暂停微调控制

暂停微调状态程序见图3，当到达原点位置或者运行到某段定位位置时，延时2s，让操作人员观察位置是否准确。当发现尺寸不准确时，及时按下“暂停微调按钮”，可以通过电气柜前面板的“前进、后退、电磁阀的相应操作按钮”或者通过“遥控器”的“前进、后退、左进、左退、右进、右退按钮”进行微调。左右伺服电机M1/M2暂停微调控制程序是相似的，左伺服电机M1暂停微调控制程序见图4。伺服电机M1将以暂停微调频率运行，位置修正后，旋转释放“暂停微调按钮”，返回分段定位控制。经过测试，40ft集装箱，运行约8m，进行22段分段定位，正常情况不需要暂停微调，一般通过1次暂停微调，就可以满足现场控制要求。

3防跑偏实时修正控制

手动运行的前进/后退，自动运行的回原点、分段定位、暂停微调（前进/后退）、回大车，将进行防跑偏实时修正。重点分析手动程序（前进/后退）的高速防跑偏实时修正，低速、暂停微调速度的防跑偏实时修正与其相似。左右编码器检测数据的处理见表1，增量式旋转编码器顺时针旋转（轴向）的计数值为＋，逆时针旋转（轴向）的计数值为－。

3.1左右编码器的高速计数程序信捷XC系列PLC，支持3路AB相增量式编码器，中编码器C630（支持计数中断，用于小车运行距离的控制）、左编码器C632（1倍率）的计数值×4后存储于D4180，右编码器C634（4倍率）的计数值存储于D4380。手动运行准备状态时，对高速计数器复位，高速计数过程中应确保其使能端的有效。

3.2左右编码器的计算程序防跑偏修正系数的计算公式（分子D6612设定为9375.0，分母D6610设定为2798.0）：左右编码器的计算程序见图5，使用浮点数进行运算，左右编码器的计算值（加运算）存储于D4480，伺服电机M1/M2速度需要修正的频率存储于D6616。

3.3防跑偏实时修正程序前进、后退运行防跑偏实时修正程序相似，前进防跑偏实时修正程序见图6。PLC控制器进行实时修正，降低速度较快的伺服电机的运行频率，伺服电机M1/M2修正后的运行频率为D6680/D6682（需要判断其为正值，以防止修正过度，发生飞车故障）。经过测试，程序放在主程序（扫描周期约10～36ms）或者定时中断程序（100ms）中运行的数据基本相同。将左右校正液压缸缩回，小车无阻力分段运行。在各段钻孔位置暂停时，使用2把钢卷尺（8m）分段测量小车前侧左右端与集装箱前立板距离。现场测试数据见表2，列A为左端距离XL；列B为左端分段距离XL+1－XL；列C为右端距离XR；列D为右端分段距离XR+1－XR；列X为每段偏差距离，即（XL+1－XL）－(XR+1－XR)；列Y为累计偏差。经过生产现场试运行，小车前侧左右端与集装箱前立板偏差范围为－5～5mm，继续运行后将进行防跑偏实时修正，运行约4.5m，累计偏差约为0，小车基本实现直线运行，确保多支钻头均处于钢横梁中心位置进行钻孔。

4防撞/暂停/倾斜保护

防撞保护程序见图7。钻孔小车前进运行时具有防撞保护功能，有障碍物时，伺服电机将急停，障碍物消失3s后，恢复前进。如果需要，还可以增加后退运行防撞保护功能。暂停保护程序见图8，回原点、回大车具有暂停保护功能，在运行中发生故障时，按下“暂停按钮”，伺服电机将急停。故障排除后释放“暂停按钮”，将恢复相应控制功能。倾斜保护程序见图9。测试中发现，如果手动后退撞击大车后侧挡块来修正小车位置，有时某1台伺服电机驱动器会过载报警，再次运行时将导致钻孔小车一侧倾斜过度而发生危险。PLC对前进、后退进行实时检测，当两侧相差150mm（左右编码器脉冲计算值1365）时报警急停，当两侧相差50mm（左右编码器脉冲计算值450）时取消报警，恢复相应控制功能。

5结语

经过试运行，小车行进约8m，前侧左右端最大偏差约5mm，分段定位控制每段误差约1mm，累计误差约3～5mm，正常情况不需要暂停微调，设备性能和控制功能能够满足生产现场的要求。

作者：程伟单位：苏州健雄职业技术学院