位移傳感器在龍門吊大車自動(dòng)糾偏中的應(yīng)用及探討

陳志明

（廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361006）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，船舶工業(yè)開啟了新的發(fā)展篇章，龍門吊設(shè)備逐漸向智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的手動(dòng)糾偏耗費(fèi)了大量人力資源，操控偏差較大，危險(xiǎn)系數(shù)較高，在實(shí)踐應(yīng)用中具有較大局限性[1]。自動(dòng)糾偏理念的提出，打破了傳統(tǒng)手動(dòng)糾偏模式，操作自動(dòng)化、精準(zhǔn)化，提高了安全系數(shù)，具有較大的研究意義，本文將對(duì)此展開研究。

1 龍門吊大車運(yùn)行距離偏差分析

龍門吊大車作業(yè)過程中，運(yùn)行距離可能存在偏差，其主要表現(xiàn)在以下6 個(gè)方面：

（1）柔腿側(cè)和剛腿側(cè)大車行走機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，由于各項(xiàng)參數(shù)不同步，導(dǎo)致控制出現(xiàn)偏差，主要包括轉(zhuǎn)速、制動(dòng)、啟動(dòng)3 項(xiàng)參數(shù)，因運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)不同步產(chǎn)生較大偏差。

（2）在操控過程中，因特殊情況緊急制動(dòng)，或者整機(jī)加速，對(duì)大車行走機(jī)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)變控制要求較高，在短時(shí)間內(nèi)由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)為另外一種狀態(tài)，對(duì)于當(dāng)前研發(fā)的大車性能來說很難完成，需要一段時(shí)間，因而容易出現(xiàn)打滑情況。

（3）兩側(cè)大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行產(chǎn)生的阻力大小不同，容易產(chǎn)生較大位移偏差。

（4）因傳動(dòng)操控系統(tǒng)尚不完善，所以系統(tǒng)自身存在一定偏差，很難控制轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)。

（5）大車運(yùn)行軌道環(huán)境對(duì)其作業(yè)狀態(tài)影響較大，包括直線度、平行度、高度等參數(shù)。

（6）大車整機(jī)作業(yè)過程中，重心位置發(fā)生偏離，同樣會(huì)產(chǎn)生位移偏差。

以上6 項(xiàng)問題的分析，均是大車作業(yè)過程中產(chǎn)生的位移問題。為了解決此問題，大部分單位采用人工手動(dòng)糾偏方式，調(diào)整大車位移，這種作業(yè)方式存在較多問題，需要進(jìn)行改進(jìn)。位移傳感器的提出，為糾偏方式的改進(jìn)研究開辟了新的路徑。

2 位移傳感器糾偏作業(yè)原理

糾偏控制系統(tǒng)利用位移傳感器采集龍門吊大車運(yùn)行產(chǎn)生的位移信息，在智能操控終端獲取此部分?jǐn)?shù)據(jù)，將其作為S主位置，利用編碼器等操控設(shè)備，對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照大車?yán)硐牖\(yùn)行狀態(tài)調(diào)控位移大小，即自動(dòng)糾偏，以此提高大車運(yùn)行操控精準(zhǔn)度。位移傳感器糾偏作業(yè)原理如下：

利用位移傳感器采集大車運(yùn)行產(chǎn)生的位置信息，將其記為S主位置，在PLC 控制下，按照給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)位移糾偏。通過設(shè)置變頻器控制力矩，在主電機(jī)帶動(dòng)下，針對(duì)當(dāng)前大車運(yùn)行位置信息，調(diào)整速度大小，以此糾正位置偏差。利用編碼器，通過構(gòu)建nf函數(shù)，形成閉環(huán)控制模式的糾偏控制系統(tǒng)。

3 位移傳感器在龍門吊大車自動(dòng)糾偏中的實(shí)踐應(yīng)用

本文利用位移傳感器采集龍門吊大車位置信息，依據(jù)位移傳感器糾偏作業(yè)原理，設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用方案，以改進(jìn)手動(dòng)糾偏控制方案。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝

位移傳感器應(yīng)用關(guān)鍵在于安裝，安裝位置決定了信息采集功能是否實(shí)現(xiàn)。本文研究的龍門吊大車自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，需要采集大車運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，考慮其位移偏差，將位移傳感器安裝到柔腿側(cè)和剛腿側(cè)，通過采集兩側(cè)位置信息，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果，下達(dá)操控命令，完成糾偏。

位移傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝中，將位移傳感器安裝在大車柔腿側(cè)。當(dāng)大車開始運(yùn)行時(shí)，此處位移信息將自動(dòng)傳輸?shù)讲倏亟K端，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的控制方案，對(duì)大車運(yùn)行狀態(tài)做出判定，從而下達(dá)控制命令，糾正偏差。

3.2 基于位移傳感器的偏差信息采集

目前，用于采集位移信息的傳感器較多，包括渦流式、應(yīng)變式、霍爾式、差動(dòng)變壓器、容柵、感應(yīng)同步器、磁柵、模擬式位移傳感器等，用于不同情況下的位移測(cè)量。本文研究的偏差位移較小，且對(duì)精度要求較高，綜合考慮多種傳感器性能，本文選取模擬式位移傳感器作為偏差信息采集設(shè)備，利用該設(shè)備采集龍門吊大車位置偏差信息。

在實(shí)踐應(yīng)用中，將該設(shè)備安裝到大車柔腿側(cè)和剛腿側(cè)，當(dāng)大車開始運(yùn)行時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生變化，傳感器內(nèi)部半導(dǎo)體薄片磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，在薄片的兩個(gè)方向堆積電子，形成新的電場(chǎng)，信號(hào)以電流形式產(chǎn)生。將產(chǎn)生的位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為位置信息，與理想狀態(tài)下的運(yùn)行位移進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)過計(jì)算得到偏差數(shù)值，此數(shù)值為糾偏操控主要依據(jù)。

為了提高數(shù)值精準(zhǔn)度，本次研究利用模擬式位移傳感器采集偏差信息時(shí)，先對(duì)模擬式位移傳感器性能進(jìn)行測(cè)試，在確定性能良好情況下，將其應(yīng)用到大車兩側(cè)，對(duì)其運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.3 糾偏控制

本研究方案選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為糾偏工具，按照上述提出的數(shù)據(jù)信息采集方案收集大車兩側(cè)位置變化信息，通過電位器元件，自動(dòng)對(duì)機(jī)械運(yùn)行位移產(chǎn)生的距離等參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，依據(jù)函數(shù)關(guān)系，轉(zhuǎn)化為電流數(shù)值，經(jīng)過PLC 模擬分析與計(jì)算，獲取分析信號(hào)，在A/D 模塊的控制下，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行速度的有效控制。糾偏控制方案如下：

利用模擬式位移傳感器采集柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行位置信息，經(jīng)過A/D 模塊，得到數(shù)字信號(hào)，分別記為位置（從）和位置（主）信息。通過構(gòu)建模糊PID，分別對(duì)機(jī)械裝置的力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)置反饋形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，在電機(jī)控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械裝置運(yùn)行速度的控制，從而達(dá)到大車機(jī)械設(shè)備各個(gè)部件同步運(yùn)行的目的，此時(shí)偏差得以糾正。在此方案中，主變頻器是糾偏命令下達(dá)核心模塊，主要對(duì)機(jī)械設(shè)備速度和力矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，在PLC 控制下，對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行限制，并調(diào)節(jié)力矩大小，綜合考慮柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行位置信息，分別調(diào)節(jié)柔腿側(cè)和剛腿側(cè)運(yùn)行速度，記為速度（從）和速度（主）。在實(shí)際操控中，根據(jù)大車機(jī)械運(yùn)行實(shí)際位移信息，分別對(duì)速度（從）和速度（主）進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而保證大車各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行處于同步狀態(tài)，從而達(dá)到減小位移偏差的目的。

依據(jù)我國(guó)起重機(jī)建造規(guī)范，龍門吊大車運(yùn)行期間，剛腿與柔腿之間的偏差大小不得高于0.5‰，當(dāng)超過此數(shù)值時(shí)，需要立即采取糾偏處理。因此，對(duì)于糾偏工作的開展，需要控制在0.5‰以下采取糾偏處理，以免大車運(yùn)行出現(xiàn)大的偏差造成安全事故。

將上述方案投入到實(shí)踐應(yīng)用中，對(duì)比位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置與手動(dòng)糾偏裝置糾偏作業(yè)啟動(dòng)數(shù)值大小，從而判定本文設(shè)計(jì)方案的可靠性。應(yīng)用對(duì)比結(jié)果如下：

實(shí)驗(yàn)1：位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.7‰；

實(shí)驗(yàn)2：位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.9‰；

實(shí)驗(yàn)3：位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動(dòng)糾偏裝置控制誤差0.9‰；

通過對(duì)比上述三組實(shí)驗(yàn)糾偏作業(yè)啟動(dòng)數(shù)值測(cè)試結(jié)果可知，位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置在大車運(yùn)行偏差達(dá)到0.3‰時(shí)開始作業(yè)，及時(shí)糾正了位置偏差，而手動(dòng)糾偏裝置在大車運(yùn)行偏差達(dá)到0.7‰以上開始作業(yè)，此動(dòng)作超過了國(guó)家起重機(jī)建造規(guī)范，當(dāng)剛腿與柔腿之間的偏差超過限定值后開始采取糾偏處理，導(dǎo)致大車運(yùn)行操控安全系數(shù)偏低。因此，本文提出的位移傳感器自動(dòng)糾偏裝置較手動(dòng)糾偏裝置大車控制誤差更小，對(duì)大車運(yùn)行糾偏幫助較大。

4 總結(jié)

本文針對(duì)龍門吊大車運(yùn)行偏差問題展開研究，通過分析大車運(yùn)行距離偏差問題，將偏差歸結(jié)于剛腿與柔腿之間運(yùn)行不同步問題，選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為主要糾偏工具，設(shè)計(jì)信息采集與糾偏控制方案。實(shí)踐應(yīng)用對(duì)比結(jié)果表明，與手動(dòng)糾偏相比，位置傳感器糾偏控制，能夠及時(shí)糾偏，符合國(guó)家起重機(jī)建造規(guī)范。