详情

原文传递一种新型港口轮胎吊吊具自动控制系统

论文题名：	一种新型港口轮胎吊吊具自动控制系统
关键词：	轮胎吊;吊具自动控制;伺服控制;激光扫描
摘要：	近年来，科学技术发展迅速，尤其是“互联网+”、“智能制造”等新兴事物的出现，为传统行业带来了新的机遇与挑战。为了提升港口装备和生产组织的智能化水平，提高作业效率，缓解司机紧缺及劳动力成本上升的问题，兴建自动化集装箱码头势在必行。　　通常，老码头通过人工控制轮胎式起重机（简称轮胎吊，RTG）来进行集装箱装卸作业。传统的轮胎吊起升机构由一台变频器统一控制全部吊绳，吊具在对箱时需要借助汽缸等设备实现水平、旋转运动，司机通过肉眼观察来对齐，这对司机操作水平要求极高。同时，长时间作业容易产生疲劳，控制精度低。而且，各绳长或卷筒在长时间运转后，均出现误差导致吊具不平。因此，推动码头向自动化、智能化方向发展，必须提高轮胎吊的自动化水平。　　轮胎吊自动化改造包括多项关键技术，其中最重要的是吊具的自动控制。吊具是轮胎吊的末端执行器，装卸的关键在于吊具。根据轮胎吊自动化作业要求，本文对吊具的防摇系统、控制系统硬件结构和软件控制架构等方面进行了改造，设计出一套新型吊具自动控制系统。　　在防摇系统方面，本文对原有吊具起升机构以及吊具防摇系统进行了研究，分析了原起升机构的不足，提出了一种新型的八绳防摇系统。该系统需要八个卷筒和八台同步电机，相比较原有的一个卷筒和一台异步电机，在防摇效果不变的情况下，增加了吊具的灵活性，为吊具的平移和旋转提供可能。之后，针对吊具调平，提出了一种“逐高式+转矩辅助调平”的新型调平方法。针对吊具平移和旋转，利用电子凸轮来实现实时位置规划，根据实际运行位置生成凸轮曲线，做到精确的位置控制。　　本系统借助六个激光传感器实现了吊具与集装箱的自动对齐。在吊具自动对箱的过程中，如果激光传感器被遮挡表明仍未对齐，吊具自动调整直到对齐为止，这是吊具自动化的具体体现。另外，电气控制方面，对吊具的控制系统进行改造，搭建了一套基于POWERLINK总线通信方式的八轴交流伺服控制系统。以八台伺服驱动器代替原有的一台变频驱动器，充分利用了伺服优良的控制性能，提高了吊具的定位精度和控制效果。同时，采用POWERLINK总线通信方式，提高了系统的同步性能，简化了吊车远距离布线。　　软件架构方面，依托贝加莱控制器和Automation Studio编程环境，实现了控制系统之间的实时以太网通信;开发并实现了第三方伺服的三环控制库，使其可以组态使用。设计吊具单轴及多轴协同控制程序，最终实现了吊具的自动控制功能。吊具自动控制系统支持三种操作模式:自动模式、远程手动模式和维修模式。　　在码头实验平台上对吊具自动化系统的各项技术指标进行实际测试和验证，包括POWERLINK通信测试、吊具运行测试以及性能测试，并对测试结果进行记录与分析。实验表明系统整体方案可行，实现了吊具升降控制、调平功能和平移旋转等功能，控制效果达到预期。
作者：	王英泽
专业：	控制工程
导师：	常发亮;严彩忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文