摘要：本論文主要對(duì)橋式起重機(jī)上的多種定位技術(shù)進(jìn)行分析和研究，結(jié)合橋式起重機(jī)的特性和要求，開(kāi)發(fā)了適合橋式起重機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的定位部件及自動(dòng)定位控制系統(tǒng)，有助于提高橋式起重機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)的定位性能和定位精度，減少橋式起重機(jī)在定位過(guò)程中故障的發(fā)生，從而使橋式起重機(jī)運(yùn)行更為可靠安全，有利于實(shí)現(xiàn)智能化橋式起重機(jī)的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：定位技術(shù)，橋式起重機(jī)，控制系統(tǒng)

一、引言

橋式起重機(jī)作為特種設(shè)備產(chǎn)品，有其自身的特點(diǎn)和特殊要求，是一種以間隙、重復(fù)工作方式通過(guò)起重吊鉤或其他取物裝置升降或平移重物的特種起重機(jī)械產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、交通運(yùn)輸和工礦企業(yè)等部門(mén)。近年來(lái)，我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略和“一帶一路”等利好倡議政策，著眼建設(shè)智能制造強(qiáng)國(guó)，提升我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，重塑中國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)新核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提出智能化工廠的建設(shè)，其市場(chǎng)對(duì)智能型橋式起重機(jī)的需求越來(lái)越多，也對(duì)橋式起重機(jī)的性能和技術(shù)提出了更高的要求。但傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)智能化程度低、定位精度差、故障維修率高，亟需優(yōu)化和改善橋式起重機(jī)定位控制系統(tǒng)。而橋式起重機(jī)要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制作業(yè)，起重機(jī)的定位是最為重要的關(guān)鍵技術(shù)。

二、定位技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化和智能化的廣泛推廣，橋式起重機(jī)中的定位技術(shù)也在不斷發(fā)展和更新。下面介紹幾種在橋式起重機(jī)上應(yīng)用較多的定位方式。

2.1基于機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)的定位

橋式起重機(jī)上起升機(jī)構(gòu)和大小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)作定位，是起重機(jī)最為傳統(tǒng)的一種定位形式，主要作用是對(duì)橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和大小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的安全位置區(qū)域的限制定位。當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定位置時(shí)，橋式起重機(jī)上的限位裝置觸動(dòng)機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，停止相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)朝此方向運(yùn)行。但是，在這種定位形式下，橋式起重機(jī)相應(yīng)機(jī)構(gòu)停止前會(huì)產(chǎn)生減速滑行，其定位精度較差。

2.2基于光電檢測(cè)定位

光電檢測(cè)裝置在橋式起重機(jī)的應(yīng)用主要用于起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)或多臺(tái)橋式起重機(jī)之間的防撞檢測(cè)定位，主要采用紅外光電檢測(cè)和激光測(cè)距儀。當(dāng)采用紅外光電檢測(cè)時(shí)，因橋式起重機(jī)運(yùn)行中存在晃動(dòng)，通常采用的光電開(kāi)關(guān)類(lèi)型為紅外光電發(fā)射元件和反射板的形式，其檢測(cè)的距離可選擇設(shè)定，但檢測(cè)定位的精度不高，且對(duì)使用的工作環(huán)境要求較高。而激光測(cè)距儀要比紅外光電檢測(cè)精度高，但是激光測(cè)距儀對(duì)某些顏色存在失真的現(xiàn)象，如激光檢測(cè)點(diǎn)發(fā)射到黑色物體表面時(shí)，激光檢測(cè)儀就檢測(cè)不到距離數(shù)據(jù)，同時(shí)，激光檢測(cè)儀對(duì)使用的工作環(huán)境要求較高，成本投入也較大。

2.3基于絕對(duì)值編碼器定位

絕對(duì)值編碼器是目前最為常用的位置檢測(cè)元器件，其具有檢測(cè)精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)、安裝維護(hù)方便和安全可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，在橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的定位中應(yīng)用最為廣泛。絕對(duì)型編碼器是利用二進(jìn)制碼方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并通過(guò)物理碼盤(pán)來(lái)記錄位置，而碼盤(pán)位置是唯一確定，在斷電或故障情況下位置值不會(huì)丟失，無(wú)需進(jìn)行頻繁的校準(zhǔn)，位置記錄實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

2.4基于條形碼掃描定位

條形碼掃描定位采用的是條形掃碼器對(duì)一定位置鋼尺上的相應(yīng)條形碼進(jìn)行掃描，讀取條形掃碼器的實(shí)時(shí)位置信號(hào)。由于其條形碼的獨(dú)特性，對(duì)安裝要求較高，且對(duì)工作環(huán)境要求也較高，一般應(yīng)用在工作環(huán)境較為干凈的橋式起重機(jī)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)上。

三、定位技術(shù)在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用

3.1橋式起重機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)概述

橋式起重機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)主要由起升定位部件、小車(chē)定位部件、大車(chē)定位部件、低壓配電部分、PLC控制系統(tǒng)、各個(gè)機(jī)構(gòu)變頻調(diào)速系統(tǒng)、操縱控制裝置及HMI、專用抓取裝置、3D激光掃描系統(tǒng)以及電線電纜等組成。 

橋式起重機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)的基本工作原理是當(dāng)操縱控制臺(tái)發(fā)送操縱指令給PLC控制模塊，激光3D掃描系統(tǒng)開(kāi)啟對(duì)所要抓取的物體區(qū)域?qū)崟r(shí)位置數(shù)據(jù)采集，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)結(jié)合起升定位部件、小車(chē)定位部件、大車(chē)定位部件等的檢測(cè)位置距離以及激光3D掃描系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC內(nèi)部程序的計(jì)算及處理，規(guī)劃出最優(yōu)抓取物體的移動(dòng)路徑后，分別發(fā)送相應(yīng)的移動(dòng)指令給起升變頻器、大車(chē)變頻器和小車(chē)變頻器進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)到要抓取物體的位置，通過(guò)專業(yè)抓取裝置進(jìn)行物體的抓取。

3.2起升定位部件

橋式起重機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)中的起升定位系統(tǒng)采用起升定位絕對(duì)值編碼器和高精度起升高度檢測(cè)儀相結(jié)合，對(duì)起升高度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)安裝在起升卷筒旁的光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行起升高度的校正，從而對(duì)起重機(jī)的高度進(jìn)行自動(dòng)定位。其中，高度絕對(duì)值編碼器采用的是德國(guó)倍加福P+F公司的多圈絕對(duì)值編碼器PVM58N-011AGR0BN產(chǎn)品，而高度測(cè)距儀采用德國(guó)易福門(mén)IFM的01D405產(chǎn)品。

3.3小車(chē)定位部件

小車(chē)定位部件采用德國(guó)倍加福P+F公司的直線位置編碼系統(tǒng)WCS產(chǎn)品。直線位置編碼系統(tǒng)WCS由感應(yīng)標(biāo)尺和閱讀頭組成，感應(yīng)標(biāo)尺安裝在主梁上，與小車(chē)運(yùn)行軌道平行，而閱讀頭安裝在小車(chē)架上，閱讀頭與感應(yīng)標(biāo)尺為非接觸式，距離在50mm范圍內(nèi)，當(dāng)小車(chē)運(yùn)行時(shí)閱讀頭沿感應(yīng)標(biāo)尺移動(dòng)，可實(shí)時(shí)讀出感應(yīng)標(biāo)尺數(shù)值反饋給控制系統(tǒng)。

3.4大車(chē)定位部件

大車(chē)定位采用國(guó)產(chǎn)的格雷母線作為定位測(cè)量主部件，德國(guó)哥廷公司RFID磁釘做校正模式進(jìn)行校驗(yàn)。格雷母線是采用多組電纜芯線按不同步長(zhǎng)的規(guī)律編排制成的一條母線，通過(guò)電磁感應(yīng)形成電磁編碼，經(jīng)解析后獲得感應(yīng)裝置的絕對(duì)地址信息，以非接觸工作方式，無(wú)滑脫和磨損等故障，能夠連續(xù)地、高精度地檢測(cè)絕對(duì)地址，位置檢測(cè)精度達(dá)5毫米，可以實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)大車(chē)自動(dòng)定位。同時(shí)，大車(chē)位置檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信可以合用一根格雷母線電纜，施工方便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，占空間小，不影響現(xiàn)場(chǎng)外觀，不改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

磁釘是一種無(wú)源器件，特殊的RFID的線圈通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生電壓和電流，為地標(biāo)內(nèi)的微小芯片提供足夠的電力。而磁釘內(nèi)含數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元，使用專用的讀碼器天線能發(fā)出電磁波對(duì)其范圍內(nèi)的磁釘供電激活，激活的磁釘能發(fā)出包含儲(chǔ)存信息的電磁波。該橋式起重機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng)的磁釘工作頻率為128KHz,安裝在校驗(yàn)位置處。

3.5激光3D掃描系統(tǒng)

激光3D掃描系統(tǒng)主要用于對(duì)起重機(jī)下方生產(chǎn)車(chē)間所要抓取的物件進(jìn)行高頻率掃描，獲取所要抓取的物件的外形輪廓，確定所要抓取的物件精確位置，進(jìn)行精確定位。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐對(duì)定位技術(shù)的應(yīng)用，該橋式起重機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，性能可靠，提高了橋式起重機(jī)的定位性能和定位精度，減少了橋式起重機(jī)在定位過(guò)程中故障的發(fā)生，提升了橋式起重機(jī)的工作效率，使得橋式起重機(jī)運(yùn)行更為可靠安全，有利于實(shí)現(xiàn)智能橋式起重機(jī)的推廣，能很好地滿足使用要求和各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，從而達(dá)到預(yù)期的使用效果。

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