位移傳感器在龍門吊大車自動糾偏中的應用及探討

陳志明

（廈門集裝箱碼頭集團有限公司，福建 廈門 361006）

0 引言

在經濟迅速發展的時代背景下，船舶工業開啟了新的發展篇章，龍門吊設備逐漸向智能化方向發展。傳統的手動糾偏耗費了大量人力資源，操控偏差較大，危險系數較高，在實踐應用中具有較大局限性[1]。自動糾偏理念的提出，打破了傳統手動糾偏模式，操作自動化、精準化，提高了安全系數，具有較大的研究意義，本文將對此展開研究。

1 龍門吊大車運行距離偏差分析

龍門吊大車作業過程中，運行距離可能存在偏差，其主要表現在以下6 個方面：

（1）柔腿側和剛腿側大車行走機構較為復雜，由于各項參數不同步，導致控制出現偏差，主要包括轉速、制動、啟動3 項參數，因運行過程中數據不同步產生較大偏差。

（2）在操控過程中，因特殊情況緊急制動，或者整機加速，對大車行走機構狀態轉變控制要求較高，在短時間內由當前狀態轉為另外一種狀態，對于當前研發的大車性能來說很難完成，需要一段時間，因而容易出現打滑情況。

（3）兩側大車機構運行產生的阻力大小不同，容易產生較大位移偏差。

（4）因傳動操控系統尚不完善，所以系統自身存在一定偏差，很難控制轉速等運行參數。

（5）大車運行軌道環境對其作業狀態影響較大，包括直線度、平行度、高度等參數。

（6）大車整機作業過程中，重心位置發生偏離，同樣會產生位移偏差。

以上6 項問題的分析，均是大車作業過程中產生的位移問題。為了解決此問題，大部分單位采用人工手動糾偏方式，調整大車位移，這種作業方式存在較多問題，需要進行改進。位移傳感器的提出，為糾偏方式的改進研究開辟了新的路徑。

2 位移傳感器糾偏作業原理

糾偏控制系統利用位移傳感器采集龍門吊大車運行產生的位移信息，在智能操控終端獲取此部分數據，將其作為S主位置，利用編碼器等操控設備，對位移數據進行分析，按照大車理想化運行狀態調控位移大小，即自動糾偏，以此提高大車運行操控精準度。位移傳感器糾偏作業原理如下：

利用位移傳感器采集大車運行產生的位置信息，將其記為S主位置，在PLC 控制下，按照給定的轉速進行調整，實現位移糾偏。通過設置變頻器控制力矩，在主電機帶動下，針對當前大車運行位置信息，調整速度大小，以此糾正位置偏差。利用編碼器，通過構建nf函數，形成閉環控制模式的糾偏控制系統。

3 位移傳感器在龍門吊大車自動糾偏中的實踐應用

本文利用位移傳感器采集龍門吊大車位置信息，依據位移傳感器糾偏作業原理，設計實踐應用方案，以改進手動糾偏控制方案。

3.1 現場安裝

位移傳感器應用關鍵在于安裝，安裝位置決定了信息采集功能是否實現。本文研究的龍門吊大車自動糾偏系統，需要采集大車運行數據信息，考慮其位移偏差，將位移傳感器安裝到柔腿側和剛腿側，通過采集兩側位置信息，根據實際運行效果，下達操控命令，完成糾偏。

位移傳感器現場安裝中，將位移傳感器安裝在大車柔腿側。當大車開始運行時，此處位移信息將自動傳輸到操控終端，根據預先設置的控制方案，對大車運行狀態做出判定，從而下達控制命令，糾正偏差。

3.2 基于位移傳感器的偏差信息采集

目前，用于采集位移信息的傳感器較多，包括渦流式、應變式、霍爾式、差動變壓器、容柵、感應同步器、磁柵、模擬式位移傳感器等，用于不同情況下的位移測量。本文研究的偏差位移較小，且對精度要求較高，綜合考慮多種傳感器性能，本文選取模擬式位移傳感器作為偏差信息采集設備，利用該設備采集龍門吊大車位置偏差信息。

在實踐應用中，將該設備安裝到大車柔腿側和剛腿側，當大車開始運行時，磁場發生變化，傳感器內部半導體薄片磁感應強度發生變化，在薄片的兩個方向堆積電子，形成新的電場，信號以電流形式產生。將產生的位移信號轉化為位置信息，與理想狀態下的運行位移進行對比分析，經過計算得到偏差數值，此數值為糾偏操控主要依據。

為了提高數值精準度，本次研究利用模擬式位移傳感器采集偏差信息時，先對模擬式位移傳感器性能進行測試，在確定性能良好情況下，將其應用到大車兩側，對其運行數據進行采集。

3.3 糾偏控制

本研究方案選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為糾偏工具，按照上述提出的數據信息采集方案收集大車兩側位置變化信息，通過電位器元件，自動對機械運行位移產生的距離等參數進行轉化處理，依據函數關系，轉化為電流數值，經過PLC 模擬分析與計算，獲取分析信號，在A/D 模塊的控制下，將模擬信號轉化為數字信號，以便柔腿側和剛腿側運行速度的有效控制。糾偏控制方案如下：

利用模擬式位移傳感器采集柔腿側和剛腿側運行位置信息，經過A/D 模塊，得到數字信號，分別記為位置（從）和位置（主）信息。通過構建模糊PID，分別對機械裝置的力矩進行調節，設置反饋形成閉環控制系統，在電機控制下，實現對機械裝置運行速度的控制，從而達到大車機械設備各個部件同步運行的目的，此時偏差得以糾正。在此方案中，主變頻器是糾偏命令下達核心模塊，主要對機械設備速度和力矩進行調節，在PLC 控制下，對運行速度進行限制，并調節力矩大小，綜合考慮柔腿側和剛腿側運行位置信息，分別調節柔腿側和剛腿側運行速度，記為速度（從）和速度（主）。在實際操控中，根據大車機械運行實際位移信息，分別對速度（從）和速度（主）進行實時控制，從而保證大車各項參數運行處于同步狀態，從而達到減小位移偏差的目的。

依據我國起重機建造規范，龍門吊大車運行期間，剛腿與柔腿之間的偏差大小不得高于0.5‰，當超過此數值時，需要立即采取糾偏處理。因此，對于糾偏工作的開展，需要控制在0.5‰以下采取糾偏處理，以免大車運行出現大的偏差造成安全事故。

將上述方案投入到實踐應用中，對比位移傳感器自動糾偏裝置與手動糾偏裝置糾偏作業啟動數值大小，從而判定本文設計方案的可靠性。應用對比結果如下：

實驗1：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.7‰；

實驗2：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.9‰；

實驗3：位移傳感器自動糾偏裝置控制誤差0.3‰，手動糾偏裝置控制誤差0.9‰；

通過對比上述三組實驗糾偏作業啟動數值測試結果可知，位移傳感器自動糾偏裝置在大車運行偏差達到0.3‰時開始作業，及時糾正了位置偏差，而手動糾偏裝置在大車運行偏差達到0.7‰以上開始作業，此動作超過了國家起重機建造規范，當剛腿與柔腿之間的偏差超過限定值后開始采取糾偏處理，導致大車運行操控安全系數偏低。因此，本文提出的位移傳感器自動糾偏裝置較手動糾偏裝置大車控制誤差更小，對大車運行糾偏幫助較大。

4 總結

本文針對龍門吊大車運行偏差問題展開研究，通過分析大車運行距離偏差問題，將偏差歸結于剛腿與柔腿之間運行不同步問題，選取W25F-Mui-01/03 系列位移傳感器作為主要糾偏工具，設計信息采集與糾偏控制方案。實踐應用對比結果表明，與手動糾偏相比，位置傳感器糾偏控制，能夠及時糾偏，符合國家起重機建造規范。