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)場總線的大跨徑門機(jī)起重設(shè)備同步糾偏控制應(yīng)用案例。


　　
　　一．門機(jī)起重設(shè)備的特殊性：
　　
　　門機(jī)起重設(shè)備的安全性要求越來越突出，安全的概念在控制中越來越重要，按照規(guī)定,40米以上的大跨徑門機(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，而門機(jī)起重設(shè)備的環(huán)境特殊性，又決定了這些信號傳感器及傳輸?shù)倪x擇的特殊性：
　　
　　1．現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境，變頻器、大電機(jī)及高低壓電源系統(tǒng)，信號電纜常常與動力線一同布排，現(xiàn)場的電氣干擾很嚴(yán)重。
　　
　　2．設(shè)備移動性，長移動距離，接地困難。
　　
　　3．信號傳遞距離要求遠(yuǎn)，信號數(shù)據(jù)的安全可靠性要求高。
　　
　　4．同步控制需要信號傳遞實(shí)時性高，可靠。
　　
　　5．很多是戶外使用，防護(hù)等級、溫度等級要求高，而工人培訓(xùn)程度低，對產(chǎn)品使用寬容性要求高。
　　
　　二．值多圈編碼器在門機(jī)起重設(shè)備應(yīng)用的意義：
　　
　　在門機(jī)起重設(shè)備的位置傳感器使用中，有電位器、接近開關(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)；接近開關(guān)、超聲波開關(guān)等只是單點(diǎn)位置的信號而不連續(xù)；增量編碼器信號抗干擾差，信號不能遠(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)大測量角度，精度就差了，如果直接單圈使用通過記憶實(shí)現(xiàn)多圈控制，在停電后，由于風(fēng)吹、下滑或人為移動而失去位置。只有值多圈編碼器是可以真正在門機(jī)起重設(shè)備中安全使用的，其不受停電抖動的影響，可長距離、多圈數(shù)工作特性，內(nèi)部全數(shù)字化，抗干擾，信號也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全傳輸。所以，從門機(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)用廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。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)用到各個自動化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車電子、自動機(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更是的信號標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　CAN-bus以其開發(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)先級的多主結(jié)構(gòu)、可靠的錯誤檢測和處理機(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)、無硬件錯誤檢測的不足，使用戶能組建起穩(wěn)定、的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，從而產(chǎn)生zui大的實(shí)際價值。在起重設(shè)備等較惡劣應(yīng)用環(huán)境中，由于Can-bus具有可靠的信號錯誤檢測和處理機(jī)制，對于強(qiáng)干擾和無可靠接地的情況，仍能夠較好地傳輸數(shù)據(jù)，而其硬件錯誤自檢、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總線的開放式協(xié)議，由CiA協(xié)會管理，主要應(yīng)用于車輛工業(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)對點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)，用戶通過Canopen對象字典來執(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)備報錯）。這些特性與其它輸出的比較：并行輸出信號—輸出功率元件過多易損，芯線過多易斷且電纜成本高；SSI輸出信號—稱為同步串聯(lián)信號，距離遠(yuǎn)時或受干擾時，信號的延遲而使得時鐘與數(shù)據(jù)信號不再同步，發(fā)生數(shù)據(jù)跳變；Profibus-DP總線信號—接地及電纜線要求高，成本過高，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系統(tǒng)的癱瘓等。以上這些在起重設(shè)備中的使用，有時可能是致命的，因此可以說Canopen信號在起重設(shè)備中使用具有其更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更安全。
　　
　　西安德伍拓自動化公司推出的的Canopen值編碼器，由于其信號輸出的高速性，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，前兩個字節(jié)輸出值角度（可多圈）位置，第三個字節(jié)輸出速度值，第四個字節(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。
　　
　　門機(jī)起重設(shè)備的大電機(jī)啟動及戶外使用，其編碼器信號電纜長，相當(dāng)于一根長天線，現(xiàn)場信號端的浪涌過壓保護(hù)就很重要，過去用并行信號編碼器或增量編碼器，信號芯纜多，每路的浪涌過壓保護(hù)很難實(shí)現(xiàn)，（大電機(jī)啟動或雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓），常常編碼器信號有端口燒壞；而SSI信號為同步串聯(lián)，如加入浪涌保護(hù)，信號傳輸延遲破壞了同步性而信號不穩(wěn)定。Canopen信號是高速異步或廣播發(fā)送，對于插入浪涌保護(hù)器沒有太多的影響，故此，如果Canopen編碼器及接收的控制器加入浪涌過壓保護(hù)器，可以更安全的使用。
　　
　　四．Canopen控制器PFC
　　
　　由于Canopen信號編碼器的先進(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)開關(guān)I/O與多路模擬量I/O，并具有2G的SD存儲卡，可記錄開機(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，各*的PLC廠家近期都已經(jīng)增加了Canopen接口或正在計劃增加Canopen接口，無論是選擇具有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．門機(jī)大車行走同步糾偏—由兩個Canopen值多圈編碼器檢測左右輪行走的同步性，信號輸出至Canopen接口的控制器PFC同步比較，同時，Canopen值編碼器可同時輸出速度反饋，通過控制器提供變頻器調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)小糾偏、大糾偏，超偏停車等控制。
　　
　　2．速度安全保護(hù)—Canopen值編碼器同時輸出位置值與速度值（無需外部計算的直接輸出），對于速度保護(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，第二個控制器可根據(jù)用戶需要增加，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．停車定位防搖擺—利用Canopen值編碼器的位置、速度同時輸出特性，可實(shí)現(xiàn)停車定位與緩速減速的雙閉環(huán)控制，可合理停車速度、位置曲線，減少停車時吊點(diǎn)的搖擺。

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