一種新型港口輪胎吊吊具自動控制系統(tǒng).pdf

1、近年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智能制造”等新興事物的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)行業(yè)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為了提升港口裝備和生產(chǎn)組織的智能化水平，提高作業(yè)效率，緩解司機(jī)緊缺及勞動力成本上升的問題，興建自動化集裝箱碼頭勢在必行。
　　通常，老碼頭通過人工控制輪胎式起重機(jī)（簡稱輪胎吊，RTG）來進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)。傳統(tǒng)的輪胎吊起升機(jī)構(gòu)由一臺變頻器統(tǒng)一控制全部吊繩，吊具在對箱時需要借助汽缸等設(shè)備實現(xiàn)水平、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，司機(jī)通過肉眼觀察來對

2、齊，這對司機(jī)操作水平要求極高。同時，長時間作業(yè)容易產(chǎn)生疲勞，控制精度低。而且，各繩長或卷筒在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)后，均出現(xiàn)誤差導(dǎo)致吊具不平。因此，推動碼頭向自動化、智能化方向發(fā)展，必須提高輪胎吊的自動化水平。
　　輪胎吊自動化改造包括多項關(guān)鍵技術(shù)，其中最重要的是吊具的自動控制。吊具是輪胎吊的末端執(zhí)行器，裝卸的關(guān)鍵在于吊具。根據(jù)輪胎吊自動化作業(yè)要求，本文對吊具的防搖系統(tǒng)、控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件控制架構(gòu)等方面進(jìn)行了改造，設(shè)計出一套新型吊具自動控

3、制系統(tǒng)。
　　在防搖系統(tǒng)方面，本文對原有吊具起升機(jī)構(gòu)以及吊具防搖系統(tǒng)進(jìn)行了研究，分析了原起升機(jī)構(gòu)的不足，提出了一種新型的八繩防搖系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要八個卷筒和八臺同步電機(jī)，相比較原有的一個卷筒和一臺異步電機(jī)，在防搖效果不變的情況下，增加了吊具的靈活性，為吊具的平移和旋轉(zhuǎn)提供可能。之后，針對吊具調(diào)平，提出了一種“逐高式+轉(zhuǎn)矩輔助調(diào)平”的新型調(diào)平方法。針對吊具平移和旋轉(zhuǎn)，利用電子凸輪來實現(xiàn)實時位置規(guī)劃，根據(jù)實際運(yùn)行位置生成凸輪曲線，做到精

4、確的位置控制。
　　本系統(tǒng)借助六個激光傳感器實現(xiàn)了吊具與集裝箱的自動對齊。在吊具自動對箱的過程中，如果激光傳感器被遮擋表明仍未對齊，吊具自動調(diào)整直到對齊為止，這是吊具自動化的具體體現(xiàn)。另外，電氣控制方面，對吊具的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，搭建了一套基于POWERLINK總線通信方式的八軸交流伺服控制系統(tǒng)。以八臺伺服驅(qū)動器代替原有的一臺變頻驅(qū)動器，充分利用了伺服優(yōu)良的控制性能，提高了吊具的定位精度和控制效果。同時，采用POWERLINK總線

5、通信方式，提高了系統(tǒng)的同步性能，簡化了吊車遠(yuǎn)距離布線。
　　軟件架構(gòu)方面，依托貝加萊控制器和Automation Studio編程環(huán)境，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)之間的實時以太網(wǎng)通信;開發(fā)并實現(xiàn)了第三方伺服的三環(huán)控制庫，使其可以組態(tài)使用。設(shè)計吊具單軸及多軸協(xié)同控制程序，最終實現(xiàn)了吊具的自動控制功能。吊具自動控制系統(tǒng)支持三種操作模式:自動模式、遠(yuǎn)程手動模式和維修模式。
　　在碼頭實驗平臺上對吊具自動化系統(tǒng)的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行實際測試和驗證，