奎屯铜冠冶化有限责任公司 新疆奎屯 833200
摘要：天车设备以其起升重量大、搬运方便快捷等优势广泛应用于我国工矿生产、物流运输等大型企业中，但是传统的天车系统操作多是采用继电器、接触器控制变频器输出，天车的控制精度与效率往往取决于天车工的操作技能，在进行天车作业时定位精度不高，效率较低，运行过程不平稳，从而制约了生产效率。本文介绍了PLC控制系统在无人值守天车中的实际应用，简单描述了系统的配置与控制方案，采用高精度三维定位技术，运用PLC和变频器控制实现了无人值守天车自动运行的高精度定位，并采用了摆角控制系统抑制主钩在自动运行时的角度。实现了无人值守天车系统的精确定位和快速地平稳运行。
关键词：自动化；天车；无人值守
1概述
某项目中共有5台天车，以实现酸轧步进梁下线、倒库与酸洗及镀锌线步进梁上线功能，为适应现场的需要每台天车由多种控制模式可选择，在高效的的自动控制模式下，先进的自动化控制技术尤为重要。在设计上对传统的天车系统进行了全面改造，添加了计划层、控制层、执行机构等基础层，计划层通过系统分析生成调度指令，并将计划工单下达到控制层来自动控制天车的运行，从而达到无人化驾驶的目的。该系统目前运行平稳，即提高了人均劳动效率又为企业降低了成本。
2无人化天车的系统结构与控制方案
2.1天车系统结构
每台天车由一套西门子S7-300PLC构成中央控制器，通过无线IP与地面二级服务器通讯，三维定位包括X轴的大车激光测距、Y轴的小车激光测距、以及Z轴的主钩旋转编码器测距。在主钩上装有角度仪，分别对X轴、Y轴角度进行检测，再将角度数据传送给摆角控制器，通过PLC的控制进行角度调节。天车大、小车及主钩传动系统采用的是ABBACS800系列变频器，采用的是DTC控制方式。以上装置通过DP网通讯与PLC控制器进行数据交换。
2.2无人值守天车控制方案
无人天车控制方式分为维修模式与正常模式，正常模式又可分为手动控制模式、自动控制模式。在天车驾驶室操作台装有维修\正常模式选择开关，通过此开关可更改变频器控制地源，当选择开关在维修模式时，此时控制地源为变频器D/I端子给定，速度由变频器常速设定，通过驾驶室操作杆档位控制继电器输出来切换常速的给定值，维修模式适合天车在PLC系统出现故障时通过该模式运行天车可对其它自动运行的天车进行避让。当天车驾驶室模式开关选为正常模式时，此时变频器的控制地源为PROFIBUS-DP网络，天车的运行指令及速度给定由PLC发出通过DP网通讯发送给变频器。此时可通过天车驾驶室内的手动\自动控制模式选择开关来选择天车的运行方式，在手动控制模式下，天车工可以在驾驶室内通过操作杆进行天车4档位控制，此时操作杆的档位通过继电器发送给PLC的I点，根据档位的不同PLC将档位速度发送给变频器。在自动控制模式下，天车PLC系统接受二级工单，天车X、Y轴的运行根据目标位鞍座的坐标差值，由摆角控制器通过数据处理生成速度斜坡及运行速度，通过PLC发送给变频器。主钩运行根据Z轴坐标位置分为高、低速运行区间，速度由PLC发送给主钩变频器。
3无人值守天车对自动化控制的要求
3.1精确的定位控制
天车大、小车采用的是激光测距，它有着测量范围广，响应速度快，测量精度高量程大，体积小安装调试方便等固有的特性，测量精度为±2mm，分辨率0.1mm。天车主钩采用的是旋转编码器，测量精度为±1.5mm。天车在自动运行时由摆角控制器根据目标位坐标精确计算出速度运行曲线再由plc发送给变频器速度指令，通过传动系统的高响应实现了天车定位位置偏差在±3cm之内。
3.2天车自动运行时的摆角控制
天车的摆角控制系统由角度仪与摆角控制器组成，角度仪可精确的测量主钩X、Y轴的摆动角度，通过RS422通讯将角度传送给PLC，摆角控制器根据大、小车的运行距离精确地计算出加减速斜坡及运行速度，在距离目标位300mm时低速运行进行摆角控制，速度以额定转速的2%/3%脉冲式给定抑制摆角幅度，在天车到达目标位主钩下降时可使主钩摆动角度控制在1︒之内。
3.3无人值守天车的安全配置
无人天车在自动运行时既要确保人员的安全又要确保设备的安全，天车安全控制系统包括天车急停、限位保护、防撞装置。天车急停回路包括驾驶室及大车蹬车告知盒急停按钮、大小车蹬车门限位连锁、当急停回路断开时天车主回路电源瞬时断电，确保天车快速停车。天车限位保护包括大、小车的停止极限位、主钩的上下极限位与重锤开关，当天车运行到极限位时，变频器会封锁装置抱闸瞬时闭合，只有在反向运行时装置会自动解锁。天车的防撞装置只有在正常模式下通过PLC程序参与控制，当天车之间到达安全距离时大车会立即停车，防止两车相撞。
3.2天车无人化润滑系统控制方法
无人天车大、小车润滑系统采用的是以天车PLC作为控制器，天车大、小车采用了激光测距，通过PLC控制器对激光测距的数据采集计算出天车的运行轨迹，再通过天车PLC系统分别计算出的天车大车、小车的行车距离作为各润滑加油泵的启动条件，当天车大车运行距离到达设定值时，PLC通过继电器的输出控制油泵接触器吸合，润滑脂泵自动启动。润滑系统在供油过程中通过PLC采集安装在润滑泵出口的压力开关状态进行报警检测，润滑泵从启动运行到系统压力上升至额定值并使压力开关动作这一过程的时间在PLC程序设定的警报时间内完成，超出这一时间时，PLC程序将产生供油系统泄露或泵故障报警，并通过上位机的HMI画面显示，如果压力开关保持动作时间超过PLC设定的一个加油循环时间，分配器加油动作未能完成，此时PLC程序通过HMI画面显示供油系统堵塞报警，当出现报警时润滑泵自动停止；当PLC程序采集到分配器末端加油点压力开关信号从0置1，再由1置0时，此次加油动作完成油泵自动关闭，通过PLC程序对该系统的行车轨迹距离进行清零，天车将重新记录行车距离进入下次供油循环。无人天车应用自动润滑系统在解决了天车人工加油时的加油时间长，人员存在较大安全隐患的问题，确保了无人天车个润滑点的及时定量加油润滑，确保了无人天车的安全稳定运行。
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图1时序图
结束语
随着工业自动化与人工智能的高速发展，天车无人值守系统在工、矿企业与物流业已得到普遍的认可，先进的自动化控制技术完全达到了无人值守天车的控制要求，降低了企业的劳动力成本。
参考文献：
[1]煤矿智能无人值守采煤工作面开采关键技术研究[J].张伟.建材与装饰.2019（22）
[2]中央水泵房无人值守系统的设计与应用[J].武亚峰.西部探矿工程.2020（05）
[3]无人值守机房监控现状与发展探讨[J].吴瑶，兰鹏博，张雪霞.中国管理信息化.2020（08）
[4]探讨智慧油田下的无人值守技术[J].乔亚捷.信息系统工程.2019（05）
[5]无人值守系统——环保称重领域的先进技术[J].马友一.环境卫生工程.2006（04）