RGV小車液壓舉升機構(gòu)同步運動設計

楊林，王鏑，金福凱

沈陽新松機器人自動化股份有限公司 遼寧沈陽 110168

隨著工業(yè)自動化及智能化的發(fā)展，越來越多的工廠開始利用RGV小車運轉(zhuǎn)大型工件，來代替人工的吊運工作[1]，從而降低工人勞動強度，減少人員成本。例如：罐體、車架以及龍門架等一系列大型結(jié)構(gòu)件焊裝工作時，半成品的轉(zhuǎn)運都逐漸采用RGV來執(zhí)行。而這些工件的尺寸往往達到十幾米，甚至更長。因此在RGV車舉升機構(gòu)設計上就需要靠左右兩個舉升機構(gòu)來承接工件，通過增加受力點使工件能更穩(wěn)定地落在RGV小車上[2]。但隨之而來的問題是當RGV小車取放工件時，這兩個舉升機構(gòu)必須同步運動才能保證工件平穩(wěn)運動。常規(guī)的解決辦法是在每個舉升機構(gòu)油缸管路上加一個機械式的調(diào)速閥，通過調(diào)速閥調(diào)整油缸液壓油的流量[3]。這樣，通過前期多次的舉升試驗，就會找到一個合適的閥開度，使舉升機構(gòu)能夠同步運動。但是，這種方法應用在產(chǎn)品頻繁更換或不同產(chǎn)品的重心偏移很大時，之前的同步參數(shù)不適用于新的產(chǎn)品了，還得需要重新調(diào)整閥的開度，進行示教。這樣，產(chǎn)品在換型時，就會變得很麻煩。因此，本文針對此問題進行研究，設計了一種穩(wěn)定高效的液壓舉升同步系統(tǒng)。

硬件組成

液壓舉升系統(tǒng)主要由PLC控制單元、液壓舉升單元以及位置測量單元組成。其中PLC控制單元主要用于液壓舉升單元的控制及數(shù)據(jù)采集，液壓舉升單元為工件舉升的執(zhí)行器，位置測量單元用于反饋舉升支架的實時高度，從而達到閉環(huán)控制的目的。

1.PLC控制

PLC控制單元為整個控制系統(tǒng)的核心。鑒于RGV本身有PLC控制器，所以同步功能的實現(xiàn)直接借用RGV自身的PLC即可。PLC為施耐德TM241系列控制器，需要額外增加TM3AI4模擬量輸入模塊，用于采集舉升機構(gòu)位置信息以及液壓站溫度、壓力等模擬量信息。增加TM3AQ2模擬量輸出模塊，用于控制液壓伺服閥，從而調(diào)整伺服閥的輸出（±10V）。對于液壓站內(nèi)的其他IO控制信號可直接接入PLC的IO點上。整個PLC控制單元的硬件組成如圖1所示。

圖1 PLC控制器硬件組成結(jié)構(gòu)

2.液壓舉升

液壓舉升單元主要由液壓站、剪刀叉舉升機構(gòu)、油缸、單相閥及伺服閥等元器件組成，如圖2所示。液壓站起動后，高壓定量齒輪泵將液壓油注入到油缸管路中去。如果控制油缸動作的伺服閥和電磁球閥沒打開，則液壓油通過溢流閥流回到液壓站內(nèi)。當給伺服閥施加正向打開信號時，如果電磁球閥接通，液壓油從油缸底部流入油缸內(nèi)，油缸桿帶動剪刀叉上升；當給伺服閥施加反向打開信號時，液壓油從油缸頂部流入油缸內(nèi)，如果電磁球閥接通，油缸桿底部油回流到液壓站內(nèi)，油缸桿帶動剪刀叉下降；當伺服閥開度為0或電磁球閥關(guān)斷時，油管內(nèi)的液壓油被封閉，整個油路系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，從而保證整個舉升機構(gòu)的平衡，剪刀叉不至于回落。此外，為了增加液壓系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)配備了防爆閥、溫度傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器等檢測元件，從而保證系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)。

圖2 液壓舉升機構(gòu)示意

3.位置測量

舉升機構(gòu)左右兩側(cè)各配備一個拉繩位移傳感器，用于實時檢測舉升機構(gòu)的高度。該傳感器測量范圍為0～500mm，線性精度為±0.05%，重復性精度0.01%，脈沖輸出分辨率0.002mm。

由于機械結(jié)構(gòu)安裝時有一定的高度差，舉升機構(gòu)落到最低處時，拉繩位移傳感器的輸出位置未必是0mm，并且兩側(cè)反饋的位移值也未必相同。所以，為了保證兩端位移相同，需要在PLC程序上對機構(gòu)的位移進行標定零點處理。以一個拉繩位移傳感器為例，對機構(gòu)標零點進行介紹：首先，將左右平臺降至最低點，并保證兩個平臺平齊；其次，選擇標零點模式；最后，按下開始標零點按鈕，讀出拉繩傳感器當前的數(shù)值記為Pos_Offset，PLC對該數(shù)值進行存儲。至此，標零點工作結(jié)束。

標零工作結(jié)束后，舉升機構(gòu)運動的實際高度還需要進行處理。當舉升機構(gòu)運動時，讀出拉繩傳感器的輸出值記為Pos_Vis，那么舉升機構(gòu)運行的實際值Pos_Act可由下式表示：

軟件控制

本系統(tǒng)對液壓舉升機構(gòu)的控制采取主從隨動的同步控制方式。即以其中一個舉升機構(gòu)的液壓缸為主動缸，另一個舉升機構(gòu)的液壓缸為從動缸，主動缸與從動缸的硬件配置完全相同。

為了適應多種產(chǎn)品的需求，兩舉升機構(gòu)可能會出現(xiàn)無高度差升降同步和帶高度差升降同步兩種狀態(tài)。即左右升降機構(gòu)的高度差可以為0，也可以為正值或負值。因此，本文將兩舉升機構(gòu)同步運動時需要的高度差設為一個可設置的變量，并存儲到觸摸屏配方中去。當有不同高度差的需求時，只需根據(jù)產(chǎn)品類型自動切換配方即可。切換完配方，兩個舉升機構(gòu)需要先運動到高度差設定的姿態(tài)，輸出對應姿態(tài)號才能開始同步運轉(zhuǎn)。

開始同步運動時，首先給出運動的目標位置，主動側(cè)液壓缸根據(jù)目標位置按照設定的速度運行，從動側(cè)液壓缸根據(jù)設定的速度方向判斷自己運動是上升或下降。當主動側(cè)的升降機構(gòu)實際位置值與從動側(cè)升降機構(gòu)的實際位置值之差大于同步設定偏差值4mm以上時，說明從動側(cè)升降機構(gòu)運動過慢。如果從動側(cè)的伺服比例閥沒達到最大的開度10V，則每隔100ms從動側(cè)的伺服閥開度增加0.1V。通過擴大從動側(cè)伺服閥的開度來追趕主動升降機構(gòu)的運動，從而保證主從升降機構(gòu)之間的高度差在設定值范圍內(nèi)。反之，當發(fā)現(xiàn)從動機構(gòu)比主動機構(gòu)高時，在從動機構(gòu)伺服閥開度未降到最低開度2V時，從動機構(gòu)伺服閥的開度每隔100ms減0.1V。通過減小從動機構(gòu)伺服閥的開度來實現(xiàn)兩平臺的同步運行。當舉升機構(gòu)同步下降時，也是同一個原理，只是伺服比例閥的開度變位負值。

當然，整個液壓舉升系統(tǒng)為了防止運動過程中同步偏差過大出現(xiàn)意外的情況，系統(tǒng)也設置了兩舉升機構(gòu)同步偏差容忍值。如果兩平臺同步運行過程中，位置偏差除了設定的偏差外，高度差超過15mm（此值可根據(jù)需求設置）則認為同步過程失敗，液壓舉升系統(tǒng)應該立即停機報警。此外，整個控制系統(tǒng)對舉升機構(gòu)的運行距離也做了限制，最大運行高度為400mm，最小運行高度為-5mm。當運行超過這個高度時系統(tǒng)報警，切斷該方向的運動使能，使其只能往相反的方向運動。

結(jié)語

本文完成了RGV小車上舉升機構(gòu)同步運動的設計，并實現(xiàn)了多種產(chǎn)品舉升時舉升機構(gòu)能自動同步的需求。現(xiàn)將幾組實驗數(shù)據(jù)列出見表1。

表1 同步舉升位置實驗表

從表中數(shù)據(jù)上看，左右高度偏差值始終在3mm范圍內(nèi)，滿足控制系統(tǒng)的要求。并且該系統(tǒng)已經(jīng)應用到實際工程項目中去，得到了穩(wěn)定生產(chǎn)驗證。