基于位移傳感器在龍門起重機大車自動糾偏中的應用及探討

摘要：龍門起重機大車運行過程中，將會產生位移偏差，需要做好偏差控制工作，將偏差限制在允許范圍。將位移傳感器應用在糾偏控制中，采用自動糾偏的方式，提高偏差控制的穩定性。自動糾偏在龍門起重機大車位移控制中較為重要，需要構建嚴格的控制形式，保障龍門起重機大車能夠順利工作。

關鍵詞：位移傳感器;龍門起重機;大車;自動糾偏

0" "引言

龍門起重機大車是重要的運輸設備，需要采取偏差糾正措施，限制位移偏差的產生，提高設備的運行控制效果。一旦運行過程中產生偏差，不僅會影響貨物的準確吊裝，還會加大裝置的損耗，增加吊裝的安全隱患。因此，需要采用精準化的吊裝方式，注重位移偏差的調整，保障吊裝作業的控制精度和安全指數。

1" "龍門起重機大車運行出現偏差原因分析

龍門起重機大車運行過程中，將會受到偏差的影響，需要對偏差原因進行分析，以便對偏差展開糾正措施，提高對偏差的抑制作用。偏差原因大體上分為以下幾個方面：

第一，起吊過程中存在不同步現象，導致運行狀態不連續，影響龍門起重機大車的正常制動，導致大車的運行穩定性較差。第二，傳動系統自身存在誤差，如減速箱速比不匹配等，將會對吊裝過程造成阻礙，導致傳動過程逐漸發生偏移，影響傳動控制的精確性。第三，大車行走機構制定效果較差，無法實現緊急制動，制動過程容易發生打滑現象，使得物體未能吊裝到制定位置。第四，運行軌道方面存在誤差，如軌道平行精度較差等，不利于吊具的穩定運行，使偏差發生累積。第五，大車運行過程中，導致起重機重心不斷發生變化，無法維持重心的穩定性，使設備偏差趨勢逐漸增加。同時，還會受到負載自重的影響，使重心的偏移加劇，需對起重機的穩定性進行鞏固。第五，受到運行機構阻力的影響，一旦受到的阻力較大，位移狀態將會受到影響，致使運行偏差的產生。

由此可見，引起龍門起重機大車產生偏差的原因較多，需要做好偏差的處理工作，通過位移傳感器對偏差進行檢測和糾偏，降低大車運行過程中偏差隱患，提高對偏差的控制效果[1]。

2" "位移傳感器在大車自動糾偏中的應用

2.1" "糾偏原理解析

位移傳感器是實現偏差糾正的重要元件，需要做好糾偏原理的解析工作，提高糾偏過程進行準確操作，提高糾偏方法的合理性，保障偏差控制能夠順利進行。龍門起重機大車運行過程中，將會產生大量位移數據，應借助位移傳感器進行檢測，完成數據的采集工作，便于確定偏差是否產生，使偏差控制具有充分根據。

偏差糾正采用自動控制的方式，通過操縱終端來獲取偏差數據，采集周期設置為1s，對大車的位置信息進行采集。以線性位移傳感器為例，其能夠實現位移的精準測量，在位移檢測原理上，可由如公式（1）展開計算，得到具體的位移數值。

（1）

式中：R為電阻（Ω）;ρ為電阻率（Ω·m）;l為位移（m）;A為橫截面積（m2）。通過上述公式，可以實現位移的計算，對大車的位置進行精準檢測。

位移控制需要采取糾偏措施，采用自動糾偏形式并且動態進行校正，將偏差限制在允許范圍內，提高偏差控制方法的有效性。龍門起重機大車由電機進行驅動，需要對轉速進行嚴格控制，通過對變頻器進行設置，對轉速進行精準控制，保障轉速控制過程的合理性。位移傳感器檢測到誤差后，將誤差信號傳遞給控制系統進行處理，自動生成變頻器的控制參數，對電機的運行過程進行驅動，實現電機轉速的精準調節，保障龍門起重機大車具有良好的運行狀態。

2.2" "糾偏方案設計

首先，在偏差糾正過程中，應具有明確的參照物，確保參考起始點的位置。可將大車運行過程納入到坐標體系中，通過坐標系對偏差進行分析，對誤差控制過程進行優化。糾偏時通常將鋼腿作為參照物，通過位移傳感器確定大車與鋼腿的相對位置，采用標準化的位移控制形式。

其次，需要明確偏差控制的標準。鋼腿的容許偏差不能高于0.5‰，否則將會大車的正常運行，并且容易引發安全問題。大車運行過程中，偏差在0.1‰～0.2‰范圍內可正常運行，一旦超過這個范圍，偏差竟會逐漸發生累積，需要對偏差進行校正，保障偏差控制的穩定性。

最后，需要做好偏差預警工作。產生偏差后需要具有提供功能，并且需要立即對偏差展開校驗，提高偏差調整方法的有效性。偏差對大車運行的影響較大，操作人員需要引起重視，應將規范操作納入到糾偏方案中，從操作層面降低偏差的產生，對偏差進行輔助校正。

2.3" "位移傳感器的安裝

位移傳感器安裝過程較為復雜，需要結合龍門起重機大車的實際情況，確保傳感器位置安裝的準確性。位移傳感器安裝環境包括傳動臂、擺桿、機械限位開關等構件。為了使位移傳感器能夠正常工作，需要防止構件對位移傳感器造成影響。

傳感器安裝在柔性鉸平臺上，以對傳感器起到固定作用，并且靠近擺桿另一端的兩側，以對擺動偏差進行檢測。它還可以對擺動極限位置進行檢測，防止出現擺動過大的情況，保障糾偏指令能夠更好地執行。位移傳感器型號為W25F-Mui-01/03，能夠實現小位移的檢測，檢測精度為0.1mm，相應速度為0.5s，屬于電阻型傳感器。傳感器電源電壓為24V，工作溫度在-20～50℃之間，戶外環境穩定性較好。采用卡扣進行固定，以降低機械振動產生的誤差，保障位移傳感器與柔性鉸平臺的相對位置不變，進而提高位移檢測的精度[2]。

2.4" "位移控制系統設計

位移控制系統是實現糾偏控制的關鍵，需要確保系統構成的完整性，提高位移控制的精度。如圖1所示為位移控制系統的結構圖。通過變頻器對電機速度展開調節，確保角位移的調整效果。對位移進行分析時，需要注重A/D轉換過程，將模擬信號轉換為數字信號，采樣周期一般設置成1s，確定位移過程的精準變化。

位移控制需要借助計算機進行分析，采用PLC作為控制器，通過預先設定的標準對偏差展開計算，對偏差采取控制手段。PLC對偏差進行分析后，能夠自動得出糾偏指令，對偏差展開精準的調節作用，保證對偏差的限制作用。位移控制系統采用閉環控制方式，對偏差控制形成反饋機制，使位移偏差得到動態調節，保障位移控制的有效性。

閉環控制過程如圖2所示。控制器為PLC，執行器為變頻器和電機，控制對象為位移，反饋量為位移誤差。通過這種方式，糾偏控制將形成閉環結構，能夠對誤差變化進行循環檢測，對位移展開針對性控制。位移控制過程中，需要將偏差穩定在0.1‰～0.2‰之間，以降低干擾對龍門起重機大車運行狀態的影響，使大車精度控制能夠滿足要求。

在加速和減速執行下，大車位移將會產生擾動量，影響大車的正常運作，為此需要通過誤差調節進行介入，注重反饋環節的應用，保障誤差控制過程能夠順利進行。位移檢測過程中，位移傳感器產生的電流信號，由PLC控制器進行處理，通過比較器對偏差進行判斷，一旦出現偏差較大的情況，將會立即產生動作，將偏差限制到允許范圍內。同時對變頻器進行調控，通過電機轉速對位移展開控制，對位移控制過程進行深入解析。

2.5" "傳感器干擾控制

位移傳感器運行過程中，容易受到干擾信號的影響，降低了位移檢測的精度，導致位移無法進行精準測量。動力線與信號線將會相互形成干擾，使信號傳遞過程存在較大的跳動，無法對信號狀態進行精準識別。為了降低干擾的作用，需要采用信號屏蔽的方式，將動力線和信號線采用金屬屏蔽軟管進行包裹，對干擾源進行屏蔽，使電磁信號影響能夠消除。同時，需要注重接地線的運用，將干擾信號導入大地，提高對干擾信號的控制作用，從根本上對干擾問題進行解決。

干擾控制是保證糾偏穩定的關鍵。需要做好電磁干擾的防護，使信號傳輸具有良好的狀態，限制干擾信號的產生，保障位移傳感器能夠連續工作。另外，需要選擇抗干擾能力較強的位移傳感器，如KBC30型、PC18型等，提高位移控制的基礎條件，保障位移傳感器能夠得到正確使用。

2.6" "偏差信息采集

龍門起重機大車運行過程中，需要對偏差信號進行采集，確保位移數據的準確性，避免出現位移不準確的情況，提高大車運行的穩定性。傳感器具有精度控制的要求，需要構建良好的信息采集技術，對大車位置進行精準掌控。位移傳感器位于大車的柔腿側和鋼腿側，運行過程中磁場將會發生變化，位移信號將會以電流的方式存在，通過電流大小來獲取位置信息，保證位移能夠順利完成檢測。

位移傳感器輸出電流范圍在4～20mA之間，龍門起重機大車的位移在0～20m之間，需要建立位移與電流輸出的匹配關系，通過電流來獲取位移信息，對位移信息進行精準采集，提高對位移偏差的控制效果。將0m對應電流4mA，20m對應電流20mA，傳感器位移遵循線性變化規律，可構建電流與位移的關系如公式（2）：

（2）

式中：X為位移（m）;I為輸出電流（mA）。通過上式，可以對I∈[4，20]對應的位移進行求解。以I=16mA為例，得到的位移為15m。一旦偏差信息采集不精準，將會導致電流I存在一定的誤差，影響位移X求解的準確性。假設位移I的偏差為α，反映到位移X的偏差為-5α/4，將會導致位移偏差發生較大的變化。再加上誤差累積現象的影響，位移誤差將會變得更加明顯，因而做好偏差信息采集工作較為重要[3]。

2.7" "運行位置分析

龍門起重機大車運行過程中，需要對運行位置進行分析，確保位置控制精度，將大車控制在制定位置，提高位置控制的有效性。位置信息需要經過A/D模塊處理，將模擬信號轉換為數字信號。需要按照一定的頻率采樣，對采樣周期進行控制，對大車的運行誤差實時把控，提高誤差檢驗方法的合理性。大車運行過程中，需要借助機械力矩進行驅動，采用PID控制方式，在閉環控制的作用下進行深度調節，提高力矩控制的穩定性。運行控制過程中，需要確保各個部件同步運行，防止部件之間產生相對位移，造成位移誤差的產生。

變頻器是驅動電機運行的重要模塊，需要對變頻器下達糾偏指令，對變頻器的運行狀態進行控制，提高變頻器的控制效果，保障力矩能夠得到有效控制。PLC控制器便于對PID控制的融入，使控制算法能夠充分發揮作用，保證位移控制系統的運行狀態。運行控制時，需要對柔腿側和鋼腿側的速度進行檢測，防止運行速度不一致而產生位移，降低位移偏差對系統的影響。大車運行過程中，同步狀態由PLC進行統籌，實現大車整體狀態的判斷，能夠起降低位移偏差的作用，保證位移控制目標的實現。

2.8" "糾偏效果校驗

偏差控制過程中，需要對糾偏效果進行檢驗，提高偏差問題的解決效率，防止出現偏差過大的情況。鋼腿與柔腿的偏差不能大于0.5‰，否則將會對龍門起重機大車運行過程造成影響，導致安全隱患增加。在傳統偏差糾正過程中，一般采用手動糾偏的方式。對于經驗豐富的操作人員，手動糾偏的誤差一般在0.7‰～1.2‰之間，難以控制在0.5‰以下，因而在位移控制精度方面較差。

應用位移傳感器，讓其采用自動糾偏的方式，對大車位移偏差進行自動校正，可將偏差控制在允許范圍內。糾偏效果檢驗應采用實驗的方法，將自動糾偏與手動糾偏過程進行對比。對自動糾偏和手動糾偏進行3次實驗，得到自動糾偏誤差分別為0.3‰、0.2‰、0.2‰，對應的手動糾偏誤差分別為0.7‰、1.1‰、1.0‰。符合誤差控制標準的要求。而手動偏差大于0.5‰，不適用于精度要求較高的位移控制。由此可見，自動偏差控制能夠進行實時調節，及時大車位移的偏差問題，對誤差迅速進行響應，糾偏效果明顯優于手動糾偏。

3" "結論

綜上所述，龍門起重機大車是重要的起重設備和運輸設備，需要做好位移偏差的控制工作，采用自動糾偏的控制方式，確保大車工作的穩定性。位移傳感器是實現自動糾偏的關鍵，需要以偏差原因作為依據，對位移偏差進行采集，注重閉環控制方法的應用，提高對偏差信息的反饋能力，保障自動糾偏的控制精度。

參考文獻

[1] 陳志明.位移傳感器在龍門吊大車自動糾偏中的應用及探討[J].四川水泥，2019（12）：117.

[2] 陳鵬元，李偉.位移傳感器在龍門吊大車糾偏的應用[J].內燃機與配件，2019（18）：217-218.

[3] 李明陽.龍門式高架作業車四輪獨立轉向系統的設計與研究[D].鄭州：河南農業大學，2019.