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《自動化應用雜志》2015年第三期

集裝箱底板鉆孔小車控制系統具有分段定位控制、暫停微調、防跑偏實時修正、防撞/暫停/傾斜保護、自動復位、手動/自動切換、20/40ft箱體選擇、運行速度實時修改、各段定位尺寸段路設定、減速距離設定等功能。伺服電機M1/M2速度分為低速D5100/D5110（單輪前進或后退，減速接近原點，后退分段定位）、高速D5102/D5112（前進、后退、回原點、回大車）和暫停微調速度D5104/D5114（原點處和分段定位處的暫停微調）。伺服電機速度修改程序的使能信號使用M8013，使用操作面板可以實時修改伺服電機速度。電子齒輪比的計算公式（分子為伺服電機編碼器轉一圈的脈沖個數，分母為使伺服電機轉一圈、通過上級控制器所發出的脈沖數）：式中，r為伺服電機編碼器的分辨率，d為電機轉一圈的脈沖數，c為伺服電機驅動輪周長，LU為指令單位，i為減速機的減速比。指令單位LU設定為0.001mm，經計算，電子齒輪比為0.4923，分子設定為4923，分母設定為10000。

1分段定位控制

可以通過操作面板，自主設定20/40ft集裝箱的鉆孔尺寸、段路（目前設定為24段，可以增加更多段路）。當設定某一段為0時，后面的鉆孔尺寸將不被執行，方便客戶自主修改工藝要求。分段定位控制方案一：通過中編碼器檢測距離（0.1mm/脈沖），PLC進行高速計數，到達分段位置時，在高速計數中斷程序中對伺服電機使能端復位。經過測試，每段誤差范圍為－6～3mm，運行約4.5m，累計誤差范圍為－16～－14mm，偏離鋼橫梁中心位置太多，不能滿足控制要求。分段定位控制方案二：通過PLC給伺服電機驅動器發送定量脈沖進行控制，脈沖輸出指令選用可變頻率連續輸出指令DPLSF（無加減速時間）。經過測試，不斷修改電子齒輪比，優化后的電子齒輪比為0.4963，每段最大誤差范圍為－7～4mm，運行約7.8m，累計誤差為3～5mm，能夠滿足控制要求。

2暫停微調控制

暫停微調狀態程序見圖3，當到達原點位置或者運行到某段定位位置時，延時2s，讓操作人員觀察位置是否準確。當發現尺寸不準確時，及時按下“暫停微調按鈕”，可以通過電氣柜前面板的“前進、后退、電磁閥的相應操作按鈕”或者通過“遙控器”的“前進、后退、左進、左退、右進、右退按鈕”進行微調。左右伺服電機M1/M2暫停微調控制程序是相似的，左伺服電機M1暫停微調控制程序見圖4。伺服電機M1將以暫停微調頻率運行，位置修正后，旋轉釋放“暫停微調按鈕”，返回分段定位控制。經過測試，40ft集裝箱，運行約8m，進行22段分段定位，正常情況不需要暫停微調，一般通過1次暫停微調，就可以滿足現場控制要求。

3防跑偏實時修正控制

手動運行的前進/后退，自動運行的回原點、分段定位、暫停微調（前進/后退）、回大車，將進行防跑偏實時修正。重點分析手動程序（前進/后退）的高速防跑偏實時修正，低速、暫停微調速度的防跑偏實時修正與其相似。左右編碼器檢測數據的處理見表1，增量式旋轉編碼器順時針旋轉（軸向）的計數值為＋，逆時針旋轉（軸向）的計數值為－。

3.1左右編碼器的高速計數程序信捷XC系列PLC，支持3路AB相增量式編碼器，中編碼器C630（支持計數中斷，用于小車運行距離的控制）、左編碼器C632（1倍率）的計數值×4后存儲于D4180，右編碼器C634（4倍率）的計數值存儲于D4380。手動運行準備狀態時，對高速計數器復位，高速計數過程中應確保其使能端的有效。

3.2左右編碼器的計算程序防跑偏修正系數的計算公式（分子D6612設定為9375.0，分母D6610設定為2798.0）：左右編碼器的計算程序見圖5，使用浮點數進行運算，左右編碼器的計算值（加運算）存儲于D4480，伺服電機M1/M2速度需要修正的頻率存儲于D6616。

3.3防跑偏實時修正程序前進、后退運行防跑偏實時修正程序相似，前進防跑偏實時修正程序見圖6。PLC控制器進行實時修正，降低速度較快的伺服電機的運行頻率，伺服電機M1/M2修正后的運行頻率為D6680/D6682（需要判斷其為正值，以防止修正過度，發生飛車故障）。經過測試，程序放在主程序（掃描周期約10～36ms）或者定時中斷程序（100ms）中運行的數據基本相同。將左右校正液壓缸縮回，小車無阻力分段運行。在各段鉆孔位置暫停時，使用2把鋼卷尺（8m）分段測量小車前側左右端與集裝箱前立板距離。現場測試數據見表2，列A為左端距離XL；列B為左端分段距離XL+1－XL；列C為右端距離XR；列D為右端分段距離XR+1－XR；列X為每段偏差距離，即（XL+1－XL）－(XR+1－XR)；列Y為累計偏差。經過生產現場試運行，小車前側左右端與集裝箱前立板偏差范圍為－5～5mm，繼續運行后將進行防跑偏實時修正，運行約4.5m，累計偏差約為0，小車基本實現直線運行，確保多支鉆頭均處于鋼橫梁中心位置進行鉆孔。

4防撞/暫停/傾斜保護

防撞保護程序見圖7。鉆孔小車前進運行時具有防撞保護功能，有障礙物時，伺服電機將急停，障礙物消失3s后，恢復前進。如果需要，還可以增加后退運行防撞保護功能。暫停保護程序見圖8，回原點、回大車具有暫停保護功能，在運行中發生故障時，按下“暫停按鈕”，伺服電機將急停。故障排除后釋放“暫停按鈕”，將恢復相應控制功能。傾斜保護程序見圖9。測試中發現，如果手動后退撞擊大車后側擋塊來修正小車位置，有時某1臺伺服電機驅動器會過載報警，再次運行時將導致鉆孔小車一側傾斜過度而發生危險。PLC對前進、后退進行實時檢測，當兩側相差150mm（左右編碼器脈沖計算值1365）時報警急停，當兩側相差50mm（左右編碼器脈沖計算值450）時取消報警，恢復相應控制功能。

5結語

經過試運行，小車行進約8m，前側左右端最大偏差約5mm，分段定位控制每段誤差約1mm，累計誤差約3～5mm，正常情況不需要暫停微調，設備性能和控制功能能夠滿足生產現場的要求。

作者：程偉單位：蘇州健雄職業技術學院