編碼器在起重行業同步糾偏控制上的應用

基于Canopen現場總線的大跨徑門機起重設備同步糾偏控制應用案例。


　　
　　一．門機起重設備的特殊性：
　　
　　門機起重設備的安全性要求越來越突出，安全的概念在控制中越來越重要，按照規定,40米以上的大跨徑門機必須加裝編碼器雙軌同步糾偏控制，以防止左右雙軌的門機輪子超偏而啃軌甚至脫軌的事故發生，出于安全的要求，門機左右雙軌的輪子需要多點同步控制，速度、位置等信息的可靠反饋直接涉及到控制安全可靠，而門機起重設備的環境特殊性，又決定了這些信號傳感器及傳輸的選擇的特殊性：
　　
　　1．現場復雜的工作環境，變頻器、大電機及高低壓電源系統，信號電纜常常與動力線一同布排，現場的電氣干擾很嚴重。
　　
　　2．設備移動性，長移動距離，接地困難。
　　
　　3．信號傳遞距離要求遠，信號數據的安全可靠性要求高。
　　
　　4．同步控制需要信號傳遞實時性高，可靠。
　　
　　5．很多是戶外使用，防護等級、溫度等級要求高，而工人培訓程度低，對產品使用寬容性要求高。
　　
　　二．值多圈編碼器在門機起重設備應用的意義：
　　
　　在門機起重設備的位置傳感器使用中，有電位器、接近開關、增量編碼器、單圈值編碼器、多圈值編碼器等等，相比較而言，電位器可靠性低，精度差，使用角度有死區；接近開關、超聲波開關等只是單點位置的信號而不連續；增量編碼器信號抗干擾差，信號不能遠傳，停電位置丟失；單圈值編碼器只能在360度內工作，如果變速擴大測量角度，精度就差了，如果直接單圈使用通過記憶實現多圈控制，在停電后，由于風吹、下滑或人為移動而失去位置。只有值多圈編碼器是可以真正在門機起重設備中安全使用的，其不受停電抖動的影響，可長距離、多圈數工作特性，內部全數字化，抗干擾，信號也可以實現遠距離安全傳輸。所以，從門機起重設備安全性的角度出發，值多圈編碼器是必然的選擇。
　　
　　三．Canopen值編碼器在門機起重設備中的應用推薦
　　
　　CAN-bus（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網，是上應用廣泛的開放式現場總線之一。作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中。例如，在汽車電子、自動機械、智能大廈、電力系統、安防監控、船舶海運、電梯控制、消防安全、醫療器械等各領域，CAN-bus都具有不可比擬的優越性，尤其是目前正在風頭上的高速鐵路、風力發電，Can-Bus更是的信號標準。
　　
　　CAN-bus以其開發維護的低成本、高總線利用率、很遠的傳輸距離（zui遠可達10Km）、高速的傳輸速率（zui高可達1Mbps）、根據優先級的多主結構、可靠的錯誤檢測和處理機制，全面彌補了傳統RS-485網絡的低總線利用率、單主從結構、無硬件錯誤檢測的不足，使用戶能組建起穩定、的現場總線控制系統，從而產生zui大的實際價值。在起重設備等較惡劣應用環境中，由于Can-bus具有可靠的信號錯誤檢測和處理機制，對于強干擾和無可靠接地的情況，仍能夠較好地傳輸數據，而其硬件錯誤自檢、多主站可冗余的特點，更是保證了控制設備的安全性。
　　
　　Canopen是基于CAN-bus總線的開放式協議，由CiA協會管理，主要應用于車輛工業、工業機具、智能建筑、醫療器械、航海機具、實驗室器材及研究領域，Canopen規范允許以廣播方式傳遞訊息，也支持點對點收發數據，用戶通過Canopen對象字典來執行網絡管理、數據傳輸等操作。尤其是Canopen具有抗干擾及多主站應用特性，可以形成實際的主站冗余備份，而實現控制的更安全。
　　
　　Canopen與其它的信號形式比較，其數據傳遞的更可靠，更經濟通用，更安全（設備報錯）。這些特性與其它輸出的比較：并行輸出信號—輸出功率元件過多易損，芯線過多易斷且電纜成本高；SSI輸出信號—稱為同步串聯信號，距離遠時或受干擾時，信號的延遲而使得時鐘與數據信號不再同步，發生數據跳變；Profibus-DP總線信號—接地及電纜線要求高，成本過高，主站不可選性，且一旦總線連接關口或主站失效而造成整個系統的癱瘓等。以上這些在起重設備中的使用，有時可能是致命的，因此可以說Canopen信號在起重設備中使用具有其更可靠，更經濟，更安全。
　　
　　西安德伍拓自動化公司推出的的Canopen值編碼器，由于其信號輸出的高速性，其在功能設置中，可設置編碼器值角度位置值與變化速度值一同輸出，例如，前兩個字節輸出值角度（可多圈）位置，第三個字節輸出速度值，第四個字節輸出加速度值（可選），這在起重設備紛紛應用變頻器的情況下很有幫助，速度值可以作為變頻調速的反饋，而位置值可以作為定位及同步控制，可以有速度與位置的雙閉環控制，從而實現定位、同步控制、停車防搖擺、安全區域控制防碰撞、速度安全保護等，而Canopen的特有的多主站特性，可以實現接收控制器的主站冗余備份，備份控制器參數可設置在主控制器的后面，一旦主控制器系統失效，備份控制器可以承擔起zui后的安全保護控制，從而實現起重設備的各項安全性控制。
　　
　　門機起重設備的大電機啟動及戶外使用，其編碼器信號電纜長，相當于一根長天線，現場信號端的浪涌過壓保護就很重要，過去用并行信號編碼器或增量編碼器，信號芯纜多，每路的浪涌過壓保護很難實現，（大電機啟動或雷擊產生的浪涌電壓），常常編碼器信號有端口燒壞；而SSI信號為同步串聯，如加入浪涌保護，信號傳輸延遲破壞了同步性而信號不穩定。Canopen信號是高速異步或廣播發送，對于插入浪涌保護器沒有太多的影響，故此，如果Canopen編碼器及接收的控制器加入浪涌過壓保護器，可以更安全的使用。
　　
　　四．Canopen控制器PFC
　　
　　由于Canopen信號編碼器的先進性與安全性，目前許多PLC廠家與控制器廠家紛紛加上了Canopen接口，以實現Canopen控制，例如施耐德、GE、倍福、貝加萊等等，Gemple的PFC控制器是基于Canopen接口的小型控制器，其包含內部32位的CPU單元、液晶顯示與設置按鍵的人機操作界面，24點開關I/O與多路模擬量I/O，并具有2G的SD存儲卡，可記錄開機關機、程序事件記錄，從而實現黑匣子記錄功能，可故障分析及防止工人違規操作。
　　
　　08年以來，各*的PLC廠家近期都已經增加了Canopen接口或正在計劃增加Canopen接口，無論是選擇具有Canopen接口的PLC還是選擇Gemple的PFC控制器，基于Canopen接口的控制將在起重設備的應用中逐漸成為主流。
　　
　　五．典型應用案例
　　
　　1．門機大車行走同步糾偏—由兩個Canopen值多圈編碼器檢測左右輪行走的同步性，信號輸出至Canopen接口的控制器PFC同步比較，同時，Canopen值編碼器可同時輸出速度反饋，通過控制器提供變頻器調速控制，實現小糾偏、大糾偏，超偏停車等控制。
　　
　　2．速度安全保護—Canopen值編碼器同時輸出位置值與速度值（無需外部計算的直接輸出），對于速度保護有更快的反應。
　　
　　3．安全冗余控制—利用Canopen的多主站冗余特性，PFC201控制器可雙冗余備份，第二個控制器可根據用戶需要增加，安全備份。
　　
　　4．安全紀錄功能，PFC201控制器具有2G的SD存儲卡，可事件紀錄（黑匣子），以實現故障分析及防止工人違規操作（安全紀錄檢查），達到更安全的控制。
　　
　　5．停車定位防搖擺—利用Canopen值編碼器的位置、速度同時輸出特性，可實現停車定位與緩速減速的雙閉環控制，可合理停車速度、位置曲線，減少停車時吊點的搖擺。

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