基于PLC的天車無人化控制系統(tǒng)設計研發(fā)及應用

基于PLC的天車無人化限制系統(tǒng)設計研發(fā)及應用【摘要】介紹全國首家天車無人化限制系統(tǒng)設計及應用。該系統(tǒng)結(jié)合傳感器技術、PLC技術擬合曲線法研發(fā)了擺角限制技術，實現(xiàn)了天車多模式限制、全自動運行、設備全天候監(jiān)視和鋼卷跟蹤等功能。應用表明，系統(tǒng)顯著提高了天車效率和平穩(wěn)度，降低了天車工勞動強度和天車點檢難度，增加了天車牢靠性。為庫房管理和物流工藝發(fā)展升級供應了堅實的設備基礎。【關鍵詞】天車限制天車無人化PLC擺角限制全天候監(jiān)視1引言目前，國內(nèi)外絕大多數(shù)天車限制模式中，均采納純電氣限制。在很大程度上限制了天車限制水平進步、庫房管理和物流工藝的發(fā)展和升級。傳統(tǒng)天車，操作工長期暴露在危急環(huán)境下從事高強度重復性勞動；天車利用效率低，動作平穩(wěn)程度不高；天車屬于高空作業(yè)，設備不易點檢，故障不易發(fā)覺[1]。唐鋼于2014年著手自主研發(fā)并最終在國內(nèi)首次應用天車無人化限制系統(tǒng)很好的解決了這些問題。2設計方案以實現(xiàn)天車全自動和天車設備全天候監(jiān)控為目的，綜合無線網(wǎng)絡技術、PLC限制技術和HMI技術，設計天車無人化限制系統(tǒng)。一套牢靠的PLC系統(tǒng)，須要具備多種環(huán)境下的處置實力，據(jù)此采納手動模式、自動模式、遙控模式、維護模式四結(jié)合的原則，實現(xiàn)天車限制方式多樣化?；诿鎸ο笤瓌t，將系統(tǒng)劃分為吩咐層、基礎層、執(zhí)行層，如圖1所示，依托現(xiàn)場總線技術和無線通訊技術串接PLC限制系統(tǒng)、傳感器、傳動設備，實現(xiàn)限制精準化。明確限制對象，劃分限制功能，分別為大車限制、小車限制、主鉤升降限制、主鉤旋轉(zhuǎn)限制、天車擺角限制、天車防撞限制、夾鉗限制、鋼卷跟蹤、事務中斷及手動干預的處理、參數(shù)設定、故障報警、人機接口等功能。作為智能化庫房的設備限制部分，建立完善的通訊結(jié)構(gòu)，保障系統(tǒng)與WMS進行實時數(shù)據(jù)通訊，接收WMS下發(fā)工單，反饋天車和鋼卷信息，生成信息數(shù)據(jù)流，為生產(chǎn)物流供應數(shù)據(jù)支撐。圖1限制系統(tǒng)層次劃分及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3硬件結(jié)構(gòu)采納西門子S7-300PLC及ET200遠程站做為限制架構(gòu)，組成吩咐層，結(jié)合傳感器狀態(tài)，經(jīng)由連鎖和邏輯推斷對執(zhí)行層下達詳細動作吩咐；執(zhí)行層包括ABB變頻器及其限制的電機等傳動裝置，通過Profibus工業(yè)總線接收吩咐層指令進行電機等設備的動作；基礎層由各種傳感器組成，對天車實際動作和當前狀態(tài)進行檢測，并反饋到吩咐層PLC中，作為PLC系統(tǒng)吩咐的觸發(fā)與連鎖信號。4功能技術研發(fā)實現(xiàn)系統(tǒng)采納模塊化組織架構(gòu)，依據(jù)不同功能劃分各個功能塊，運用SCL語言編程。4.1設備限制功能研發(fā)實現(xiàn)手動和遙控限制采納循環(huán)依次限制方式，即由主程序依次調(diào)用手動限制模塊和遙控限制模塊，實現(xiàn)邏輯的依次執(zhí)行，用以保證天車特別規(guī)工作的運用，繼承傳統(tǒng)天車的限制功能。自動限制采納定時掃描限制方式，即每50ms運行一次循環(huán)，調(diào)用一次自動限制模塊，有效保證系統(tǒng)自動運行和DP通訊的牢靠性，實現(xiàn)天車無人化的目的，如圖2所示。維護模式采納繼電器限制，完全脫離PLC限制，用于PLC系統(tǒng)產(chǎn)生嚴峻故障或天車其它設備產(chǎn)生致命錯誤時。圖2手動和遙控限制功能結(jié)構(gòu)圖4.2鋼卷跟蹤技術研發(fā)實現(xiàn)鋼卷跟蹤的工作對象是指鋼卷在庫房內(nèi)由天車動作所引起的一系列位置和狀態(tài)改變，其目的是通過確定鋼卷在庫房內(nèi)詳細垛位的位置和狀態(tài)確定是否啟動相關的功能程序，對跟蹤的鋼卷精確地進行各種限制、數(shù)據(jù)采樣、操作指導并將其跟蹤信息發(fā)送至HMI人機界面，實現(xiàn)天車設備全天候監(jiān)控。鋼卷跟蹤是天車全自動限制的重要手段，其功能的凹凸干脆影響著天車限制系統(tǒng)的自動化水平。跟蹤由PLC完成，毫秒級的循環(huán)周期保證了跟蹤的實時性和精確性。在天車工作時，鋼卷跟蹤實時監(jiān)控大車位置、小車位置、主鉤高度、夾鉗寬度、負載信號等，依據(jù)內(nèi)部邏輯綜合推斷天車動作所在過程；實時記錄用放卷垛位信息及鋼卷信息等。匯總?cè)啃畔⑿纬梢詴r間為X軸，空間為Y軸，鋼卷信息為Z軸的跟蹤信息。鋼卷跟蹤功能實現(xiàn)了在天車多模式限制下，鋼卷信息流的連續(xù)性，使庫區(qū)智能化管理成為可能。4.3天車擺角自動限制功能研發(fā)實現(xiàn)天車全自動限制運行時最顯著的特性之一[2]，就是天車移動和停止過程中主鉤擺幅很小、擺角可控，特殊是表現(xiàn)在動態(tài)取、放卷時，主鉤擺角能夠限制在0.5度以內(nèi)。這為天車精確定位和平安取、放卷供應了堅實基礎，有效保障了鋼卷在庫房內(nèi)的精準碼放。天車擺角的產(chǎn)生緣由是天車在變速運動中鋼卷速度改變滯后于大車和小車速度改變，因此限制天車擺角就是消退這種速度改變的不同步。天車擺角限制的過程是將主鉤擺角分解成水平坐標系內(nèi)的X軸和Y軸兩個方向，分別對應擺角儀的大車和小車方向的角度反饋，通過推斷主鉤搖擺方向不斷修正大車和小車行進速度，使主鉤搖擺與大車、小車動作形成相互追逐的狀態(tài)，從而減小主鉤擺角。采納擺角檢測技術和擬合曲線法，研發(fā)的天車擺角自動限制方法，很好的實現(xiàn)了天車無慣性搖擺運行。4.4天車設備全天候監(jiān)控研發(fā)實現(xiàn)基于WINCC系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡的應用，將天車設備狀態(tài)采集到操作室，使操作工和維檢人員能夠?qū)崟r監(jiān)控設備狀態(tài)，并剛好發(fā)覺異樣和故障。天車設備全天候監(jiān)控能夠?qū)崟r接收設備狀態(tài)掃描信息，能夠自主判定當前各項設備是否正常，并以不同顏色和閃耀效果顯示在相應的監(jiān)控屏幕上，還能夠跟蹤當前天車行走路徑，并依據(jù)鋼卷目標位置指導天車行進方向，形成“鋼卷陀螺儀”的效果。天車設備全天候監(jiān)控能夠自動生成報警信息，并允許歸檔和打印報警信息，以備事故分析和故障快速判定。天車設備全天候監(jiān)控，簡化了天車維護故障判定，為天車牢靠運行供應了平安保障。5結(jié)語天車無人化限制系統(tǒng)在國內(nèi)開發(fā)并應用尚屬首次。極大降低了天車工勞動強度，顯著提高了天車利用效率，動作“平而不緩”，杜絕鋼卷破包現(xiàn)象發(fā)生；顯著降低了天車設備故障率，極大延長了天車設備運用壽命；天車設備狀態(tài)一目了然，降低了維護人員點檢難度，能夠?qū)崟r監(jiān)控天車設備狀態(tài)，極大的增加了天車運行的牢靠性。參考文獻：[1]RAYAK.AnalysisofcraneandliftingaccidentinNorthAmericafrom2004to2010[D].Austin：TheUniversityofTexas，2011.[2]BlackburnD，SinghoseW.CommandShapingforNonlinearCraneDynami