[發(fā)明專利]一種無(wú)人抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011610053.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112645220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海峰;孫立紅;張燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河鋼股份有限公司
• 主分類號(hào): B66C13/48
• 分類號(hào): B66C13/48;B66C13/22
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 趙幸

1.一種無(wú)人抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感器、PLC、變頻器、機(jī)械傳動(dòng)裝置、視頻監(jiān)控裝置，傳感器與PLC的輸入端連接，變頻器、機(jī)械傳動(dòng)裝置與PLC的輸出端連接，視頻監(jiān)控裝置與主控電腦信息連接；變頻器用于驅(qū)動(dòng)抓斗起重機(jī)的大車、小車，機(jī)械傳動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)抓斗的吊裝和物料運(yùn)送；

PLC 內(nèi)安裝有控制程序模塊，該控制程序模塊包括定位模塊FB1、大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3、自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4、順序控制自動(dòng)連續(xù)多步動(dòng)作模塊FC5，其中：

定位模塊FB1用于實(shí)現(xiàn)抓斗起重機(jī)的具體定位；

大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3為抓斗起重機(jī)三個(gè)方向的控制模塊、并都調(diào)用了定位模塊FB1；

自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4是抓斗的控制模塊，當(dāng)一個(gè)抓渣任務(wù)的三個(gè)方向定位完成后，執(zhí)行抓斗打開(kāi)抓渣或閉合；

順序控制自動(dòng)連續(xù)多步動(dòng)作模塊FC5為全自動(dòng)抓渣的多步驟順序模塊，它依次調(diào)用大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3、自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4并形成能循環(huán)執(zhí)行的自動(dòng)模式；

傳感器為位置傳感器，包括位于抓斗大車軌道上的大車位置傳感器、位于抓斗小車軌道上的小車位置傳感器、位于抓斗升降方向上的抓斗位置傳感器，大車位置傳感器、小車位置傳感器、抓斗位置傳感器均與PLC的輸入端連接并分別用以感測(cè)大車、小車、抓斗的位置信息；

定位模塊采用漸進(jìn)的逼近方式進(jìn)行定位，具體過(guò)程為：

S1、首先設(shè)置目標(biāo)位置tagpos，當(dāng)前位置prepos，滑行距離Ls，給定速度V，行走快速度V1，行走慢速度V2，誤差進(jìn)度△L；

S2、抓斗起重機(jī)啟動(dòng)后，獲取抓斗起重機(jī)的當(dāng)前位置prepos，在達(dá)到目標(biāo)位置tagpos前，通過(guò)目標(biāo)位置tagpos與當(dāng)前位置prepos邏輯比較的差值△Ls判斷給定速度V的正負(fù)來(lái)執(zhí)行車體的前進(jìn)后退，具體的：當(dāng)△Ls0，V取正，也就是前進(jìn)；△Ls0，V取負(fù)，也就是后退；△Ls=0，V取0，也就是保持不動(dòng)；

S3、將△Ls與滑行距離Ls比較得△L2，若△L20，證明距離目標(biāo)位置tagpos還比較遠(yuǎn)，需要加速行進(jìn)，將行走快速度V1賦值給V，并執(zhí)行步驟S4；若△L2≤0，證明距離目標(biāo)位置tagpos比較近，需要減速行進(jìn)，將行走慢速度V2賦值給V，并執(zhí)行步驟S5，以此控制行走速度；

S4、車體運(yùn)行到與目標(biāo)位置tagpos的距離長(zhǎng)度等于滑行距離Ls時(shí)，車體行走速度由行走快速度V1更換為行走慢速度V2；

S5、完成行走快慢速度的重新賦值或調(diào)整后，比較△L2與誤差速度△L得到差值§，若§0，返回S3中的將行走慢速度V2賦值給V并繼續(xù)執(zhí)行，若§≤0則完成定位任務(wù)，然后視車體是否達(dá)到目標(biāo)位置tagpos。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：大車位置傳感器、小車位置傳感器采用編碼尺，抓斗位置傳感器采用激光測(cè)距儀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：大車位置傳感器、小車位置傳感器采用格雷母線，抓斗位置傳感器采用編碼器。

4.一種無(wú)人抓斗起重機(jī)控制方法，其特征在于：將路線復(fù)雜的抓斗執(zhí)行任務(wù)分解為多個(gè)模塊負(fù)責(zé)的一個(gè)一個(gè)對(duì)應(yīng)動(dòng)作并按指定順序執(zhí)行，在逼近目標(biāo)位置時(shí)采取分段配速的方式以加快運(yùn)行效率，距離遠(yuǎn)時(shí)配高速，距離近時(shí)配慢速，在達(dá)到目標(biāo)位置期間不停輪詢，根據(jù)定位精度逐步逼近，從而最終實(shí)現(xiàn)抓斗起重機(jī)的無(wú)人化操作；

通過(guò)無(wú)人抓斗起重機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)包括傳感器、PLC、變頻器、機(jī)械傳動(dòng)裝置、視頻監(jiān)控裝置，傳感器與PLC的輸入端連接，變頻器、機(jī)械傳動(dòng)裝置與PLC的輸出端連接，視頻監(jiān)控裝置與主控電腦信息連接；變頻器用于驅(qū)動(dòng)抓斗起重機(jī)的大車、小車，機(jī)械傳動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)抓斗的吊裝和物料運(yùn)送；

PLC 內(nèi)安裝有控制程序模塊，該控制程序模塊包括定位模塊FB1、大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3、自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4、順序控制自動(dòng)連續(xù)多步動(dòng)作模塊FC5，其中：

定位模塊FB1用于實(shí)現(xiàn)抓斗起重機(jī)的具體定位；

大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3為抓斗起重機(jī)三個(gè)方向的控制模塊、并都調(diào)用了定位模塊FB1；

自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4是抓斗的控制模塊，當(dāng)一個(gè)抓渣任務(wù)的三個(gè)方向定位完成后，執(zhí)行抓斗打開(kāi)抓渣或閉合；

順序控制自動(dòng)連續(xù)多步動(dòng)作模塊FC5為全自動(dòng)抓渣的多步驟順序模塊，它依次調(diào)用大車控制模塊FC1、小車控制模塊FC2、抓斗控制模塊FC3、自動(dòng)開(kāi)閉斗控制模塊FC4并形成能循環(huán)執(zhí)行的自動(dòng)模式；

定位模塊采用漸進(jìn)的逼近方式進(jìn)行定位，具體過(guò)程為：

S1、首先設(shè)置目標(biāo)位置tagpos，當(dāng)前位置prepos，滑行距離Ls，給定速度V，行走快速度V1，行走慢速度V2，誤差進(jìn)度△L；

S2、抓斗起重機(jī)啟動(dòng)后，獲取抓斗起重機(jī)的當(dāng)前位置prepos，在達(dá)到目標(biāo)位置tagpos前，通過(guò)目標(biāo)位置tagpos與當(dāng)前位置prepos邏輯比較的差值△Ls判斷給定速度V的正負(fù)來(lái)執(zhí)行車體的前進(jìn)后退，具體的：當(dāng)△Ls0，V取正，也就是前進(jìn)；△Ls0，V取負(fù)，也就是后退；△Ls=0，V取0，也就是保持不動(dòng)；

S3、將△Ls與滑行距離Ls比較得△L2，若△L20，證明距離目標(biāo)位置tagpos還比較遠(yuǎn)，需要加速行進(jìn)，將行走快速度V1賦值給V，并執(zhí)行步驟S4；若△L2≤0，證明距離目標(biāo)位置tagpos比較近，需要減速行進(jìn)，將行走慢速度V2賦值給V，并執(zhí)行步驟S5，以此控制行走速度；

S4、車體運(yùn)行到與目標(biāo)位置tagpos的距離長(zhǎng)度等于滑行距離Ls時(shí)，車體行走速度由行走快速度V1更換為行走慢速度V2；

S5、完成行走快慢速度的重新賦值或調(diào)整后，比較△L2與誤差速度△L得到差值§，若§0，返回S3中的將行走慢速度V2賦值給V并繼續(xù)執(zhí)行，若§≤0則完成定位任務(wù)，然后視車體是否達(dá)到目標(biāo)位置tagpos。