位移传感器在龙门吊大车自动纠偏中的应用及探讨

陈志明

（厦门集装箱码头集团有限公司，福建 厦门 361006）

0 引言

在经济迅速发展的时代背景下，船舶工业开启了新的发展篇章，龙门吊设备逐渐向智能化方向发展。传统的手动纠偏耗费了大量人力资源，操控偏差较大，危险系数较高，在实践应用中具有较大局限性[1]。自动纠偏理念的提出，打破了传统手动纠偏模式，操作自动化、精准化，提高了安全系数，具有较大的研究意义，本文将对此展开研究。

1 龙门吊大车运行距离偏差分析

龙门吊大车作业过程中，运行距离可能存在偏差，其主要表现在以下6 个方面：

（1）柔腿侧和刚腿侧大车行走机构较为复杂，由于各项参数不同步，导致控制出现偏差，主要包括转速、制动、启动3 项参数，因运行过程中数据不同步产生较大偏差。

（2）在操控过程中，因特殊情况紧急制动，或者整机加速，对大车行走机构状态转变控制要求较高，在短时间内由当前状态转为另外一种状态，对于当前研发的大车性能来说很难完成，需要一段时间，因而容易出现打滑情况。

（3）两侧大车机构运行产生的阻力大小不同，容易产生较大位移偏差。

（4）因传动操控系统尚不完善，所以系统自身存在一定偏差，很难控制转速等运行参数。

（5）大车运行轨道环境对其作业状态影响较大，包括直线度、平行度、高度等参数。

（6）大车整机作业过程中，重心位置发生偏离，同样会产生位移偏差。

以上6 项问题的分析，均是大车作业过程中产生的位移问题。为了解决此问题，大部分单位采用人工手动纠偏方式，调整大车位移，这种作业方式存在较多问题，需要进行改进。位移传感器的提出，为纠偏方式的改进研究开辟了新的路径。

2 位移传感器纠偏作业原理

纠偏控制系统利用位移传感器采集龙门吊大车运行产生的位移信息，在智能操控终端获取此部分数据，将其作为S主位置，利用编码器等操控设备，对位移数据进行分析，按照大车理想化运行状态调控位移大小，即自动纠偏，以此提高大车运行操控精准度。位移传感器纠偏作业原理如下：

利用位移传感器采集大车运行产生的位置信息，将其记为S主位置，在PLC 控制下，按照给定的转速进行调整，实现位移纠偏。通过设置变频器控制力矩，在主电机带动下，针对当前大车运行位置信息，调整速度大小，以此纠正位置偏差。利用编码器，通过构建nf函数，形成闭环控制模式的纠偏控制系统。

3 位移传感器在龙门吊大车自动纠偏中的实践应用

本文利用位移传感器采集龙门吊大车位置信息，依据位移传感器纠偏作业原理，设计实践应用方案，以改进手动纠偏控制方案。

3.1 现场安装

位移传感器应用关键在于安装，安装位置决定了信息采集功能是否实现。本文研究的龙门吊大车自动纠偏系统，需要采集大车运行数据信息，考虑其位移偏差，将位移传感器安装到柔腿侧和刚腿侧，通过采集两侧位置信息，根据实际运行效果，下达操控命令，完成纠偏。

位移传感器现场安装中，将位移传感器安装在大车柔腿侧。当大车开始运行时，此处位移信息将自动传输到操控终端，根据预先设置的控制方案，对大车运行状态做出判定，从而下达控制命令，纠正偏差。

3.2 基于位移传感器的偏差信息采集

目前，用于采集位移信息的传感器较多，包括涡流式、应变式、霍尔式、差动变压器、容栅、感应同步器、磁栅、模拟式位移传感器等，用于不同情况下的位移测量。本文研究的偏差位移较小，且对精度要求较高，综合考虑多种传感器性能，本文选取模拟式位移传感器作为偏差信息采集设备，利用该设备采集龙门吊大车位置偏差信息。

在实践应用中，将该设备安装到大车柔腿侧和刚腿侧，当大车开始运行时，磁场发生变化，传感器内部半导体薄片磁感应强度发生变化，在薄片的两个方向堆积电子，形成新的电场，信号以电流形式产生。将产生的位移信号转化为位置信息，与理想状态下的运行位移进行对比分析，经过计算得到偏差数值，此数值为纠偏操控主要依据。

为了提高数值精准度，本次研究利用模拟式位移传感器采集偏差信息时，先对模拟式位移传感器性能进行测试，在确定性能良好情况下，将其应用到大车两侧，对其运行数据进行采集。

3.3 纠偏控制

本研究方案选取W25F-Mui-01/03 系列位移传感器作为纠偏工具，按照上述提出的数据信息采集方案收集大车两侧位置变化信息，通过电位器元件，自动对机械运行位移产生的距离等参数进行转化处理，依据函数关系，转化为电流数值，经过PLC 模拟分析与计算，获取分析信号，在A/D 模块的控制下，将模拟信号转化为数字信号，以便柔腿侧和刚腿侧运行速度的有效控制。纠偏控制方案如下：

利用模拟式位移传感器采集柔腿侧和刚腿侧运行位置信息，经过A/D 模块，得到数字信号，分别记为位置（从）和位置（主）信息。通过构建模糊PID，分别对机械装置的力矩进行调节，设置反馈形成闭环控制系统，在电机控制下，实现对机械装置运行速度的控制，从而达到大车机械设备各个部件同步运行的目的，此时偏差得以纠正。在此方案中，主变频器是纠偏命令下达核心模块，主要对机械设备速度和力矩进行调节，在PLC 控制下，对运行速度进行限制，并调节力矩大小，综合考虑柔腿侧和刚腿侧运行位置信息，分别调节柔腿侧和刚腿侧运行速度，记为速度（从）和速度（主）。在实际操控中，根据大车机械运行实际位移信息，分别对速度（从）和速度（主）进行实时控制，从而保证大车各项参数运行处于同步状态，从而达到减小位移偏差的目的。

依据我国起重机建造规范，龙门吊大车运行期间，刚腿与柔腿之间的偏差大小不得高于0.5‰，当超过此数值时，需要立即采取纠偏处理。因此，对于纠偏工作的开展，需要控制在0.5‰以下采取纠偏处理，以免大车运行出现大的偏差造成安全事故。

将上述方案投入到实践应用中，对比位移传感器自动纠偏装置与手动纠偏装置纠偏作业启动数值大小，从而判定本文设计方案的可靠性。应用对比结果如下：

实验1：位移传感器自动纠偏装置控制误差0.3‰，手动纠偏装置控制误差0.7‰；

实验2：位移传感器自动纠偏装置控制误差0.3‰，手动纠偏装置控制误差0.9‰；

实验3：位移传感器自动纠偏装置控制误差0.3‰，手动纠偏装置控制误差0.9‰；

通过对比上述三组实验纠偏作业启动数值测试结果可知，位移传感器自动纠偏装置在大车运行偏差达到0.3‰时开始作业，及时纠正了位置偏差，而手动纠偏装置在大车运行偏差达到0.7‰以上开始作业，此动作超过了国家起重机建造规范，当刚腿与柔腿之间的偏差超过限定值后开始采取纠偏处理，导致大车运行操控安全系数偏低。因此，本文提出的位移传感器自动纠偏装置较手动纠偏装置大车控制误差更小，对大车运行纠偏帮助较大。

4 总结

本文针对龙门吊大车运行偏差问题展开研究，通过分析大车运行距离偏差问题，将偏差归结于刚腿与柔腿之间运行不同步问题，选取W25F-Mui-01/03 系列位移传感器作为主要纠偏工具，设计信息采集与纠偏控制方案。实践应用对比结果表明，与手动纠偏相比，位置传感器纠偏控制，能够及时纠偏，符合国家起重机建造规范。