摘 要：常規軌道吊大車位置檢測精度較差，驅動方式死板，是制約軌道吊實現自動化升級的重要因素之一。針對以上問題，采用全新的基于磁釘的大車定位系統，大幅提升了軌道吊大車位置的精度，同時其具備大車姿態調整的能力，為軌道吊的自動化升級打下了堅實的基礎。

　　關鍵詞：自動化軌道吊;大車定位;磁釘

　　隨著自動化技術在港口的不斷應用，自動化軌道吊成為各大自動化碼頭堆場內的主力裝卸設備。在軌道吊自動化作業過程中，大車機構的定位精度將直接影響系統自動堆取箱的精度和效率。而實現精確定位的基礎是獲取準確可靠的大車位置信息。本文介紹了一種基于磁釘的軌道吊大車定位系統。

　　1 常規軌道吊解決方案

　　1.1 常規軌道吊大車位置檢測系統

　　傳統軌道吊作業過程中，司機主要是依靠視覺和主觀判斷進行大車作業位的定位，對大車位置的精度要求不高，通常是在大車一側的從動輪上安裝絕對式光電編碼器作為大車位置的檢測裝置。該檢測裝置存在較大缺陷，導致無法滿足自動化作業對位置精度的需求。第一，編碼器安裝在大車車輪上，通過檢測車輪轉動的圈數來計算大車的位移。在運行過程中，特別是雨雪天氣或者緊急停車時，車輪會出現打滑的情況，從而產生較大誤差。第二，在大車運行過程中并未對編碼器檢測到的位置進行校正，導致編碼器的累積誤差不斷增加，精度無法得到有效保證。第三，軌道吊跨距可達20 m以上，沒有安裝編碼器一側的大車位置未知，最終導致軌道吊的姿態無法預知，給自動化作業帶來困難[1]。

　　1.2 常規大車驅動控制方案

　　軌道吊大車驅動機構一般由8個電機組成，由2個變頻驅動器來驅動。常規的軌道吊由于對大車的定位精度要求不高，每個驅動器所驅動的4個電機在機器上呈“Z”字排布。

　　這種驅動方式最大的優點是控制比較簡單，兩個驅動器給定同樣的速度，靠電機的特性自行進行調節，保證大車沿軌道行駛。另外，當一個驅動器發生故障時，只要把該驅動器控制的電機的制動器打開，靠另一個驅動器帶動4個電機降速運行。

　　這種驅動方式的缺點也較為明顯。由于軌道吊負載不斷變化，一段時間后，大車運行姿態會發生一定程度的偏轉，從而造成導向輪、軌道磨損，即產生“啃軌”現象。“啃軌”現象一旦產生，依靠現有的驅動方式將無法實現大車姿態的調節，給后續維護保養帶來較大難度。

　　2 自動化軌道吊解決方案

　　針對常規軌道吊大車定位系統存在的缺陷，本文設計了一套自動化軌道吊大車定位系統，可以準確地定位軌道吊大車位置，并且通過同步控制算法保證軌道吊大車的運行姿態符合自動化作業的需求。

　　2.1 基于磁釘的自動化軌道吊大車位置檢測系統

　　基于磁釘的自動化軌道吊大車位置檢測系統主要由磁釘系統、主控制器、增量式編碼器以及變頻驅動器組成[2]。

　　2.1.1 磁釘系統。磁釘系統由安裝于機器上的天線以及安裝于地面的磁釘組成。當天線中心線經過磁釘上方時，會向主控制器輸出一個上升沿的脈沖以及所經過的磁釘的編號。在項目建設初期，需要在軌道吊兩側地面上沿軌道方向安裝一定數量的磁釘，最好采用均勻分布，間隔距離以8～10 m為宜。安裝完成后，須對每一個磁釘進行獨立編號，并使用專業的測繪設備對每個磁釘的位置進行測量。

　　2.1.2 增量式編碼器和變頻驅動器。增量式編碼器安裝在電機的后端，將電機轉動時產生的脈沖信號送至變頻驅動器，變頻驅動器通過對脈沖進行計數即可得到電機轉動的圈數，進而得到大車的位移值。其計算公式如下(編碼器選用1024線)[3]：

　　2.1.3 主控制器。系統選用西門子300系列PLC作為主控制器，對來自磁釘天線和驅動器的數據進行處理，從而得到軌道吊大車的最終位置。

　　對于測量獲得的磁釘位置信息，可在主控制器中建立數據表單以供查詢。當主控制器接收到磁釘天線發來的脈沖信號和磁釘編號后，通過查詢磁釘編號獲得當前磁釘的位置，并將其作為當前大車的基準位置，同時將驅動器累計的脈沖數清零，使其重新開始計數。此時，依據驅動器脈沖數計算所得的位移值即大車相對于磁釘基準位置所產生的值。同時，還需要考慮磁釘信息傳輸到主控制器上所需的通信延時產生的影響。最終，軌道吊大車的實際位置可由公式(2)計算所得：

　　2.2 新型自動化軌道吊大車驅動控制方案

　　在獲得了軌道吊海陸兩側的精確位置之后，系統可以對軌道吊的姿態進行實時監控，但是采用常規“Z”字排布驅動的方式，并不具備對軌道吊的姿態進行調節的能力。新的大車同步控制算法將基于新的大車驅動方式(如圖2所示)。

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