双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台的制作方法
专利名称：双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台。
背景技术：
传统的集装箱桥式吊车由大车机构、小车机构、起升机构、俯仰机构和吊具机构所组成，大车、小车、起升机构分别各有一个电机，系统采用可编程逻辑控制器作为逻辑控制核心，通过变阻调速或变频调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，集装箱装卸运动控制中的防摇定位难度大，需要工人根据经验并通过眼睛的观测来实现，消耗时间长，降低了港口装卸效率。
实用新型内容为了克服传统桥式吊车大车机构调速范围小，装卸效率低，防摇定位慢的问题，本实用新型提供一种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，该实验平台不仅能模拟港口双40英尺集装箱桥吊的各种操作和运行方式，提高装卸效率，还利用四电机协调控制提高了调速范围，该实验平台还能对双吊具桥式吊车进行智能控制研究与验证。本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是，双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接；各伺服电机均连接有伺服放大器。所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用 PCI (Peripheral Component Interconnect,夕卜设组件互连标准)通信。其中，运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串， 通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于限位、原点开关等。运动控制卡与伺服放大器的连接通过脉冲串命令，伺服放大器也叫伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化，可以采用位置、速度和力矩三种控制方式来控制电机的运动。本实用新型的有益效果是，这种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台可以对传统桥式吊车操作运行和控制进行模拟，对其机构和控制方式做了改进，在大车机构中用了四个伺服电机进行驱动，可大大提高调速范围，采用双吊具起升结构，能够模拟港口双40英尺集装箱桥式吊车的各种操作和运行方式，提高港口装卸工作效率。本控制平台可以验证双吊具桥式吊车的各种自动控制方法，适于进行新型双起升双吊具桥吊控制器的研究、 开发、实验和推广应用，也可用于新型双起升双吊具集装箱桥吊操作方式的研究和操作培训。
图1是本实用新型提出的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。本实用新型提出的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接；各伺服电机均连接有伺服放大器；所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用PCI通信。如图1所示，工控机作为整个系统的上位机与控制中心，工控机下面连三块运动控制卡，分别控制大车、小车、吊具的运行和起升。系统通电之后，工控机通过软件向PCI 插槽中的运动控制卡发送启动指令，运动控制卡启动的同时向伺服放大器发出电机启动的指令，随即伺服电机通电，当工控机发出运动指令或手动操作在伺服放大器的控制面板上发出运动指令时，伺服电机开始运动。在伺服电机的运动过程中通过其自带的电机编码器向伺服放大器返回伺服电机的运动脉冲数(伺服电机的运动以脉冲数来表示位移量和速度)，第一运动控制卡的四台伺服电机同步控制大车(X方向)的运动，因此需要在电机协调控制中对四台伺服电机严格控制，否则可能会造成伺服电机和桥吊系统的损坏。大车在运动中会带动同步感应尺的动尺的运动，转换后的电信号同步发送到第一运动控制卡上并送回工控机，大车的运动会引起吊具在X方向的(左右)摆动；第二运动控制卡控制伺服电机拖动小车(y方向)的运动，小车的同步感应尺的将它的运动参数传回第二运动控制卡和工控机，小车的速度特性影响吊具在y方向的(前后)摆动，严重时两个吊具会发生碰撞; 第三运动控制卡同时驱动两台伺服电机拖动两个吊具的起升和下放(ζ方向)，静止起升和下放时摆动较小(由于电机抖动等因素)。综合考虑大车小车的运动，伺服电机的运动参数对吊绳的摆动也有一定影响，安装在小车下面的编码器测量两个吊绳的摆角传回到第三运动控制卡和工控机，工控机根据最初的桥吊目标任务和反馈的参数(伺服电机的运动参数，大车小车位移速度，吊绳摆角等)计算每个伺服电机的最优速度轨迹，发送给运动控制卡并对伺服电机实时防摇定位控制。此外，根据需要，电机运动数据和曲线还可以实时在工控机查看，存档并用作分析，供研究人员进行防摇定位技术研究参考。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接。
2.根据权利要求1所述的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用PCI通信。
3.根据权利要求1所述的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，各伺服电机均连接有伺服放大器。
专利摘要双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接。本控制平台可以验证双吊具桥式吊车的各种自动控制方法，适于进行新型双起升双吊具桥吊控制器的研究、开发、实验和推广应用，也可用于新型双起升双吊具集装箱桥吊操作方式的研究和操作培训。
文档编号G09B25/02GK202110714SQ201120204270
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者丁宝宝, 刘博 , 周贤文, 徐为民, 李云林, 耿睿, 马晓飞 申请人:上海海事大学
技术领域：
本实用新型涉及一种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台。
背景技术：
传统的集装箱桥式吊车由大车机构、小车机构、起升机构、俯仰机构和吊具机构所组成，大车、小车、起升机构分别各有一个电机，系统采用可编程逻辑控制器作为逻辑控制核心，通过变阻调速或变频调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，集装箱装卸运动控制中的防摇定位难度大，需要工人根据经验并通过眼睛的观测来实现，消耗时间长，降低了港口装卸效率。
实用新型内容为了克服传统桥式吊车大车机构调速范围小，装卸效率低，防摇定位慢的问题，本实用新型提供一种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，该实验平台不仅能模拟港口双40英尺集装箱桥吊的各种操作和运行方式，提高装卸效率，还利用四电机协调控制提高了调速范围，该实验平台还能对双吊具桥式吊车进行智能控制研究与验证。本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是，双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接；各伺服电机均连接有伺服放大器。所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用 PCI (Peripheral Component Interconnect,夕卜设组件互连标准)通信。其中，运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串， 通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于限位、原点开关等。运动控制卡与伺服放大器的连接通过脉冲串命令，伺服放大器也叫伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化，可以采用位置、速度和力矩三种控制方式来控制电机的运动。本实用新型的有益效果是，这种双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台可以对传统桥式吊车操作运行和控制进行模拟，对其机构和控制方式做了改进，在大车机构中用了四个伺服电机进行驱动，可大大提高调速范围，采用双吊具起升结构，能够模拟港口双40英尺集装箱桥式吊车的各种操作和运行方式，提高港口装卸工作效率。本控制平台可以验证双吊具桥式吊车的各种自动控制方法，适于进行新型双起升双吊具桥吊控制器的研究、 开发、实验和推广应用，也可用于新型双起升双吊具集装箱桥吊操作方式的研究和操作培训。
图1是本实用新型提出的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。本实用新型提出的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接；各伺服电机均连接有伺服放大器；所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用PCI通信。如图1所示，工控机作为整个系统的上位机与控制中心，工控机下面连三块运动控制卡，分别控制大车、小车、吊具的运行和起升。系统通电之后，工控机通过软件向PCI 插槽中的运动控制卡发送启动指令，运动控制卡启动的同时向伺服放大器发出电机启动的指令，随即伺服电机通电，当工控机发出运动指令或手动操作在伺服放大器的控制面板上发出运动指令时，伺服电机开始运动。在伺服电机的运动过程中通过其自带的电机编码器向伺服放大器返回伺服电机的运动脉冲数(伺服电机的运动以脉冲数来表示位移量和速度)，第一运动控制卡的四台伺服电机同步控制大车(X方向)的运动，因此需要在电机协调控制中对四台伺服电机严格控制，否则可能会造成伺服电机和桥吊系统的损坏。大车在运动中会带动同步感应尺的动尺的运动，转换后的电信号同步发送到第一运动控制卡上并送回工控机，大车的运动会引起吊具在X方向的(左右)摆动；第二运动控制卡控制伺服电机拖动小车(y方向)的运动，小车的同步感应尺的将它的运动参数传回第二运动控制卡和工控机，小车的速度特性影响吊具在y方向的(前后)摆动，严重时两个吊具会发生碰撞; 第三运动控制卡同时驱动两台伺服电机拖动两个吊具的起升和下放(ζ方向)，静止起升和下放时摆动较小(由于电机抖动等因素)。综合考虑大车小车的运动，伺服电机的运动参数对吊绳的摆动也有一定影响，安装在小车下面的编码器测量两个吊绳的摆角传回到第三运动控制卡和工控机，工控机根据最初的桥吊目标任务和反馈的参数(伺服电机的运动参数，大车小车位移速度，吊绳摆角等)计算每个伺服电机的最优速度轨迹，发送给运动控制卡并对伺服电机实时防摇定位控制。此外，根据需要，电机运动数据和曲线还可以实时在工控机查看，存档并用作分析，供研究人员进行防摇定位技术研究参考。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接。
2.根据权利要求1所述的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，所述工控机与第一运动控制卡、第二运动控制卡及第三运动控制卡采用PCI通信。
3.根据权利要求1所述的双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，其特征在于，各伺服电机均连接有伺服放大器。
专利摘要双起升双吊具桥式吊车实验系统控制平台，包括一工控机，所述工控机并列连接有第一运动控制卡、第二运动控制卡和第三运动控制卡，第一运动控制卡通过四台并联的伺服电机与大车连接，大车通过同步感应尺与第一运动控制卡连接；第二运动控制卡通过伺服电机与小车连接，小车通过同步感应尺与第二运动控制卡连接；第三运动控制卡并列连接两台伺服电机，各伺服电机分别连接有吊具，各吊具分别并列连接两个编码器，各编码器与第三运动控制卡连接。本控制平台可以验证双吊具桥式吊车的各种自动控制方法，适于进行新型双起升双吊具桥吊控制器的研究、开发、实验和推广应用，也可用于新型双起升双吊具集装箱桥吊操作方式的研究和操作培训。
文档编号G09B25/02GK202110714SQ201120204270
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者丁宝宝, 刘博 , 周贤文, 徐为民, 李云林, 耿睿, 马晓飞 申请人:上海海事大学
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