編碼器在起重行業(yè)同步糾偏控制上的應(yīng)用

基于Canopen現(xiàn)場(chǎng)總線的大跨徑門(mén)機(jī)起重設(shè)備同步糾偏控制應(yīng)用案例。


　　
　　一．門(mén)機(jī)起重設(shè)備的特殊性：
　　
　　門(mén)機(jī)起重設(shè)備的安全性要求越來(lái)越突出，安全的概念在控制中越來(lái)越重要，按照規(guī)定,40米以上的大跨徑門(mén)機(jī)必須加裝編碼器雙軌同步糾偏控制，以防止左右雙軌的門(mén)機(jī)輪子超偏而啃軌甚至脫軌的事故發(fā)生，出于安全的要求，門(mén)機(jī)左右雙軌的輪子需要多點(diǎn)同步控制，速度、位置等信息的可靠反饋直接涉及到控制安全可靠，而門(mén)機(jī)起重設(shè)備的環(huán)境特殊性，又決定了這些信號(hào)傳感器及傳輸?shù)倪x擇的特殊性：
　　
　　1．現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的工作環(huán)境，變頻器、大電機(jī)及高低壓電源系統(tǒng)，信號(hào)電纜常常與動(dòng)力線一同布排，現(xiàn)場(chǎng)的電氣干擾很?chē)?yán)重。
　　
　　2．設(shè)備移動(dòng)性，長(zhǎng)移動(dòng)距離，接地困難。
　　
　　3．信號(hào)傳遞距離要求遠(yuǎn)，信號(hào)數(shù)據(jù)的安全可靠性要求高。
　　
　　4．同步控制需要信號(hào)傳遞實(shí)時(shí)性高，可靠。
　　
　　5．很多是戶(hù)外使用，防護(hù)等級(jí)、溫度等級(jí)要求高，而工人培訓(xùn)程度低，對(duì)產(chǎn)品使用寬容性要求高。
　　
　　二．值多圈編碼器在門(mén)機(jī)起重設(shè)備應(yīng)用的意義：
　　
　　在門(mén)機(jī)起重設(shè)備的位置傳感器使用中，有電位器、接近開(kāi)關(guān)、增量編碼器、單圈值編碼器、多圈值編碼器等等，相比較而言，電位器可靠性低，精度差，使用角度有死區(qū)；接近開(kāi)關(guān)、超聲波開(kāi)關(guān)等只是單點(diǎn)位置的信號(hào)而不連續(xù)；增量編碼器信號(hào)抗干擾差，信號(hào)不能遠(yuǎn)傳，停電位置丟失；單圈值編碼器只能在360度內(nèi)工作，如果變速擴(kuò)大測(cè)量角度，精度就差了，如果直接單圈使用通過(guò)記憶實(shí)現(xiàn)多圈控制，在停電后，由于風(fēng)吹、下滑或人為移動(dòng)而失去位置。只有值多圈編碼器是可以真正在門(mén)機(jī)起重設(shè)備中安全使用的，其不受停電抖動(dòng)的影響，可長(zhǎng)距離、多圈數(shù)工作特性，內(nèi)部全數(shù)字化，抗干擾，信號(hào)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全傳輸。所以，從門(mén)機(jī)起重設(shè)備安全性的角度出發(fā)，值多圈編碼器是必然的選擇。
　　
　　三．Canopen值編碼器在門(mén)機(jī)起重設(shè)備中的應(yīng)用推薦
　　
　　CAN-bus（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網(wǎng)，是上應(yīng)用廣泛的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車(chē)電子、自動(dòng)機(jī)械、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控、船舶海運(yùn)、電梯控制、消防安全、醫(yī)療器械等各領(lǐng)域，CAN-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性，尤其是目前正在風(fēng)頭上的高速鐵路、風(fēng)力發(fā)電，Can-Bus更是的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　CAN-bus以其開(kāi)發(fā)維護(hù)的低成本、高總線利用率、很遠(yuǎn)的傳輸距離（zui遠(yuǎn)可達(dá)10Km）、高速的傳輸速率（zui高可達(dá)1Mbps）、根據(jù)優(yōu)先級(jí)的多主結(jié)構(gòu)、可靠的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，全面彌補(bǔ)了傳統(tǒng)RS-485網(wǎng)絡(luò)的低總線利用率、單主從結(jié)構(gòu)、無(wú)硬件錯(cuò)誤檢測(cè)的不足，使用戶(hù)能組建起穩(wěn)定、的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，從而產(chǎn)生zui大的實(shí)際價(jià)值。在起重設(shè)備等較惡劣應(yīng)用環(huán)境中，由于Can-bus具有可靠的信號(hào)錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，對(duì)于強(qiáng)干擾和無(wú)可靠接地的情況，仍能夠較好地傳輸數(shù)據(jù)，而其硬件錯(cuò)誤自檢、多主站可冗余的特點(diǎn)，更是保證了控制設(shè)備的安全性。
　　
　　Canopen是基于CAN-bus總線的開(kāi)放式協(xié)議，由CiA協(xié)會(huì)管理，主要應(yīng)用于車(chē)輛工業(yè)、工業(yè)機(jī)具、智能建筑、醫(yī)療器械、航海機(jī)具、實(shí)驗(yàn)室器材及研究領(lǐng)域，Canopen規(guī)范允許以廣播方式傳遞訊息，也支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)，用戶(hù)通過(guò)Canopen對(duì)象字典來(lái)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌Ｓ绕涫荂anopen具有抗干擾及多主站應(yīng)用特性，可以形成實(shí)際的主站冗余備份，而實(shí)現(xiàn)控制的更安全。
　　
　　Canopen與其它的信號(hào)形式比較，其數(shù)據(jù)傳遞的更可靠，更經(jīng)濟(jì)通用，更安全（設(shè)備報(bào)錯(cuò)）。這些特性與其它輸出的比較：并行輸出信號(hào)—輸出功率元件過(guò)多易損，芯線過(guò)多易斷且電纜成本高；SSI輸出信號(hào)—稱(chēng)為同步串聯(lián)信號(hào)，距離遠(yuǎn)時(shí)或受干擾時(shí)，信號(hào)的延遲而使得時(shí)鐘與數(shù)據(jù)信號(hào)不再同步，發(fā)生數(shù)據(jù)跳變；Profibus-DP總線信號(hào)—接地及電纜線要求高，成本過(guò)高，主站不可選性，且一旦總線連接關(guān)口或主站失效而造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓等。以上這些在起重設(shè)備中的使用，有時(shí)可能是致命的，因此可以說(shuō)Canopen信號(hào)在起重設(shè)備中使用具有其更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更安全。
　　
　　西安德伍拓自動(dòng)化公司推出的的Canopen值編碼器，由于其信號(hào)輸出的高速性，其在功能設(shè)置中，可設(shè)置編碼器值角度位置值與變化速度值一同輸出，例如，前兩個(gè)字節(jié)輸出值角度（可多圈）位置，第三個(gè)字節(jié)輸出速度值，第四個(gè)字節(jié)輸出加速度值（可選），這在起重設(shè)備紛紛應(yīng)用變頻器的情況下很有幫助，速度值可以作為變頻調(diào)速的反饋，而位置值可以作為定位及同步控制，可以有速度與位置的雙閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)定位、同步控制、停車(chē)防搖擺、安全區(qū)域控制防碰撞、速度安全保護(hù)等，而Canopen的特有的多主站特性，可以實(shí)現(xiàn)接收控制器的主站冗余備份，備份控制器參數(shù)可設(shè)置在主控制器的后面，一旦主控制器系統(tǒng)失效，備份控制器可以承擔(dān)起zui后的安全保護(hù)控制，從而實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的各項(xiàng)安全性控制。
　　
　　門(mén)機(jī)起重設(shè)備的大電機(jī)啟動(dòng)及戶(hù)外使用，其編碼器信號(hào)電纜長(zhǎng)，相當(dāng)于一根長(zhǎng)天線，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)端的浪涌過(guò)壓保護(hù)就很重要，過(guò)去用并行信號(hào)編碼器或增量編碼器，信號(hào)芯纜多，每路的浪涌過(guò)壓保護(hù)很難實(shí)現(xiàn)，（大電機(jī)啟動(dòng)或雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓），常常編碼器信號(hào)有端口燒壞；而SSI信號(hào)為同步串聯(lián)，如加入浪涌保護(hù)，信號(hào)傳輸延遲破壞了同步性而信號(hào)不穩(wěn)定。Canopen信號(hào)是高速異步或廣播發(fā)送，對(duì)于插入浪涌保護(hù)器沒(méi)有太多的影響，故此，如果Canopen編碼器及接收的控制器加入浪涌過(guò)壓保護(hù)器，可以更安全的使用。
　　
　　四．Canopen控制器PFC
　　
　　由于Canopen信號(hào)編碼器的先進(jìn)性與安全性，目前許多PLC廠家與控制器廠家紛紛加上了Canopen接口，以實(shí)現(xiàn)Canopen控制，例如施耐德、GE、倍福、貝加萊等等，Gemple的PFC控制器是基于Canopen接口的小型控制器，其包含內(nèi)部32位的CPU單元、液晶顯示與設(shè)置按鍵的人機(jī)操作界面，24點(diǎn)開(kāi)關(guān)I/O與多路模擬量I/O，并具有2G的SD存儲(chǔ)卡，可記錄開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)、程序事件記錄，從而實(shí)現(xiàn)黑匣子記錄功能，可故障分析及防止工人違規(guī)操作。
　　
　　08年以來(lái)，各*的PLC廠家近期都已經(jīng)增加了Canopen接口或正在計(jì)劃增加Canopen接口，無(wú)論是選擇具有Canopen接口的PLC還是選擇Gemple的PFC控制器，基于Canopen接口的控制將在起重設(shè)備的應(yīng)用中逐漸成為主流。
　　
　　五．典型應(yīng)用案例
　　
　　1．門(mén)機(jī)大車(chē)行走同步糾偏—由兩個(gè)Canopen值多圈編碼器檢測(cè)左右輪行走的同步性，信號(hào)輸出至Canopen接口的控制器PFC同步比較，同時(shí)，Canopen值編碼器可同時(shí)輸出速度反饋，通過(guò)控制器提供變頻器調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)小糾偏、大糾偏，超偏停車(chē)等控制。
　　
　　2．速度安全保護(hù)—Canopen值編碼器同時(shí)輸出位置值與速度值（無(wú)需外部計(jì)算的直接輸出），對(duì)于速度保護(hù)有更快的反應(yīng)。
　　
　　3．安全冗余控制—利用Canopen的多主站冗余特性，PFC201控制器可雙冗余備份，第二個(gè)控制器可根據(jù)用戶(hù)需要增加，安全備份。
　　
　　4．安全紀(jì)錄功能，PFC201控制器具有2G的SD存儲(chǔ)卡，可事件紀(jì)錄（黑匣子），以實(shí)現(xiàn)故障分析及防止工人違規(guī)操作（安全紀(jì)錄檢查），達(dá)到更安全的控制。
　　
　　5．停車(chē)定位防搖擺—利用Canopen值編碼器的位置、速度同時(shí)輸出特性，可實(shí)現(xiàn)停車(chē)定位與緩速減速的雙閉環(huán)控制，可合理停車(chē)速度、位置曲線，減少停車(chē)時(shí)吊點(diǎn)的搖擺。

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