利用编码器实现高度纠偏在桥式起重机电控系统中的应用

利用编码器实现高度纠偏在桥式起重机电控系统中的应用

王日舒

杭州华新机电工程有限公司

摘要 通过绝对值编码器来实现两台起重机的两个吊钩抬吊时的高度同步。

关键词： 绝对值编码器 以太网通讯 变频器 高度纠偏

前言 随着大容量机组越来越多的建造，燃煤电厂1000MW级机组需要起吊的最大重量达到470t左右定子，水电机组需要起吊的最大重量达到近2400t的转子，以及大型船厂和变压器厂，需要2台或多台起重机的多个吊钩抬吊才能完成吊装作业，在抬吊同时需要保证吊钩高度一致，以便吊物安全就位。本文将介绍如何使用绝对值编码器在抬吊过程中处理两台桥式起重机钩子的高度偏差。

一 系统简介

两台400/100/20t-39m桥式起重机，主要用于中船三井厂房总装车间总装后的设备发运吊装。本桥机的电源由H型安全滑触线提供，控制方式为PLC加变频器控制，操作方式为司机室加遥控器，在主钩卷筒后部设有与卷筒同步的绝对值编码器，即卷筒转一圈，编码器也转一圈。

二 绝对值编码器简介

绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件;当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可 读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制(葛莱码)方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是:

1、可以直接读出角度坐标的绝对值;

2、没有累积误差;

3、电源切除后位置信息不会丢失。

本文中所使用的编码器型号为倍加福 VM58N-011AGR0BN-1213，圈数4096，单圈位数为8192.

二 控制网络系统

本桥机电控系统PLC通过PROFIBUS-DP现场总线通讯协议和各变频器、触摸屏、遥控器、绝对值编码器通讯，进行数据交换。在大梁电气房内设置一个主站PLC（6ES7 315-2EH14-0AB0），以及1号从站主起升变频器，3号从站遥控器，4号从站大车1号变频器，5号从站大车2号变频器，6号从站小车变频器，7号从站2#副起升变频器，8号从站1#副起升变频器，在司机室设有10号从站PLC司机室分站和14号从站触摸屏，在小车上设有11号从站PLC小车远程分站和13号从站绝对值编码器，两台桥机PLC通讯以太网进行通讯，北面桥机PLC的IP地址：192.168.0.10，南面桥机PLC的IP地址为：192.168.0.11。

网络控制拓扑图

三 高度纠偏实施

1.设置编码器的方向和零位，规定钩子向下运行为正方向（向下运动编码器数字变大，反之减小），钩子运行到上升限位为零位（编码器的值为0），这样可以保证编码器的值在运行范围为始终为正，这样可以简化程序的编写，且本文中所有两台编码器的值都先比较大小再做差值保证所有计算数据为正。

2. 将两台桥机主起升单独控制调平，然后利用工业通讯电缆连接2个PLC之间的以太网通讯模块并选择并车专业模式，系统将自动交换2台起重机之间所有数据，以此时的编码器值为基准点，以北面的桥机为参考点（南面桥机的高度保持和北面桥机的高度一致，北面桥机速度保持不变）。

3 起吊过程中通过比较2台起重机之间两个吊钩的高度差并实时调节对应变频器的输出使两个吊钩的高度能够保持在设定的误差范围内，调节方案：

（1）当北面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值大于南面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值，且处于基准点下方时，如果此时钩子处于下降状态，则加快南面桥机吊钩速度，如果此时钩子处于上降状态，则减慢南面桥机吊钩速度。（见下图第一种情况）
（2）当北面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值大于南面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值，且处于基准点上方时，如果此时钩子处于下降状态，则减慢南面桥机吊钩速度，如果此时钩子处于上升状态，则加快南面桥机吊钩速度。（见下图第二种情况）

（3）当北面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值小于南面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值，且处于基准点下方时，如果此时钩子处于下降状态，则减慢南面桥机吊钩速度，如果此时钩子处于上降状态，则加快南面桥机吊钩速度。（见下图第三种情况）

(4) 当北面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值小于南面吊钩编码器的值与基准点的编码器的差的差值，且处于基准点上方时，如果此时钩子处于下降状态，则加快南面桥机吊钩速度，如果此时钩子处于上降状态，则减慢南面桥机吊钩速度。（见下图第四种情况）

4 当二个吊点相对高度差大于或等于1cm时（可调）,编码器故障时，编码器超出其本身的测量范围时，PLC会作出故障响应,令二个变频器全部停止工作,发出故障信号,等待人工处理。

四 结束语

绝对值编码器通过国际标准的PROFIBUS－DP现场总线通讯协议将高度信号采集到PLC，然后通过SIEMENS的S7-300系列的高速以太网口将两台桥机的相对高度差进行比较，经过程序运算通过总线通讯方式以数据包的格式将控制命令、给定值、调节量等数据发送到变频器，来调节高度差，可以做到无延时、零误差、高精度对变频器进行控制和给定以达到高度调节的目的。

【参考文献】

1. 《 SIMATIC S7-300可编程控制器系统手册 》 西门子公司

2. 《ACC800提升机应用程序7.1x固件手册》 ABB电气传动系统有限公司

3. 《PROFIBUS-DP适配器模块RPBA-01用户手册》 ABB电气传动系统有限公司

4. 《电气传动自动化技术手册》 机械电子工业部

5. 《P+F(倍加福)绝对值编码器PVM58使用手册》 倍加福公司

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