摘要：本论文主要对桥式起重机上的多种定位技术进行分析和研究，结合桥式起重机的特性和要求，开发了适合桥式起重机各个机构的定位部件及自动定位控制系统，有助于提高桥式起重机自动定位控制系统的定位性能和定位精度，减少桥式起重机在定位过程中故障的发生，从而使桥式起重机运行更为可靠安全，有利于实现智能化桥式起重机的应用和推广。

关键词：定位技术，桥式起重机，控制系统

一、引言

桥式起重机作为特种设备产品，有其自身的特点和特殊要求，是一种以间隙、重复工作方式通过起重吊钩或其他取物装置升降或平移重物的特种起重机械产品，广泛应用于工程建设、交通运输和工矿企业等部门。近年来，我国提出“中国制造2025”发展战略和“一带一路”等利好倡议政策，着眼建设智能制造强国，提升我国制造业转型升级，重塑中国智能制造产业新核心竞争优势，提出智能化工厂的建设，其市场对智能型桥式起重机的需求越来越多，也对桥式起重机的性能和技术提出了更高的要求。但传统的桥式起重机智能化程度低、定位精度差、故障维修率高，亟需优化和改善桥式起重机定位控制系统。而桥式起重机要想实现自动控制作业，起重机的定位是最为重要的关键技术。

二、定位技术

随着科学技术的飞速发展，工业自动化和智能化的广泛推广，桥式起重机中的定位技术也在不断发展和更新。下面介绍几种在桥式起重机上应用较多的定位方式。

2.1基于机械式限位开关的定位

桥式起重机上起升机构和大小车运行机构的机械式限位开关作定位，是起重机最为传统的一种定位形式，主要作用是对桥式起重机起升机构和大小车运行机构的安全位置区域的限制定位。当运行机构运行到一定位置时，桥式起重机上的限位装置触动机械式限位开关动作，停止相应的运行机构朝此方向运行。但是，在这种定位形式下，桥式起重机相应机构停止前会产生减速滑行，其定位精度较差。

2.2基于光电检测定位

光电检测装置在桥式起重机的应用主要用于起重机运行机构或多台桥式起重机之间的防撞检测定位，主要采用红外光电检测和激光测距仪。当采用红外光电检测时，因桥式起重机运行中存在晃动，通常采用的光电开关类型为红外光电发射元件和反射板的形式，其检测的距离可选择设定，但检测定位的精度不高，且对使用的工作环境要求较高。而激光测距仪要比红外光电检测精度高，但是激光测距仪对某些颜色存在失真的现象，如激光检测点发射到黑色物体表面时，激光检测仪就检测不到距离数据，同时，激光检测仪对使用的工作环境要求较高，成本投入也较大。

2.3基于绝对值编码器定位

绝对值编码器是目前最为常用的位置检测元器件，其具有检测精度高、响应速度快、抗干扰性强、安装维护方便和安全可靠稳定等特点，在桥式起重机控制系统的定位中应用最为广泛。绝对型编码器是利用二进制码方式进行光电转换，并通过物理码盘来记录位置，而码盘位置是唯一确定，在断电或故障情况下位置值不会丢失，无需进行频繁的校准，位置记录实时准确。

2.4基于条形码扫描定位

条形码扫描定位采用的是条形扫码器对一定位置钢尺上的相应条形码进行扫描，读取条形扫码器的实时位置信号。由于其条形码的独特性，对安装要求较高，且对工作环境要求也较高，一般应用在工作环境较为干净的桥式起重机大车运行机构上。

三、定位技术在桥式起重机上的应用

3.1桥式起重机自动定位控制系统概述

桥式起重机自动定位控制系统主要由起升定位部件、小车定位部件、大车定位部件、低压配电部分、PLC控制系统、各个机构变频调速系统、操纵控制装置及HMI、专用抓取装置、3D激光扫描系统以及电线电缆等组成。 

桥式起重机自动定位控制系统的基本工作原理是当操纵控制台发送操纵指令给PLC控制模块，激光3D扫描系统开启对所要抓取的物体区域实时位置数据采集，同时PLC控制系统结合起升定位部件、小车定位部件、大车定位部件等的检测位置距离以及激光3D扫描系统采集的数据，通过PLC内部程序的计算及处理，规划出最优抓取物体的移动路径后，分别发送相应的移动指令给起升变频器、大车变频器和小车变频器进行相应的移动到要抓取物体的位置，通过专业抓取装置进行物体的抓取。

3.2起升定位部件

桥式起重机自动定位系统中的起升定位系统采用起升定位绝对值编码器和高精度起升高度检测仪相结合，对起升高度检测数据进行实时采集，并通过安装在起升卷筒旁的光电开关进行起升高度的校正，从而对起重机的高度进行自动定位。其中，高度绝对值编码器采用的是德国倍加福P+F公司的多圈绝对值编码器PVM58N-011AGR0BN产品，而高度测距仪采用德国易福门IFM的01D405产品。

3.3小车定位部件

小车定位部件采用德国倍加福P+F公司的直线位置编码系统WCS产品。直线位置编码系统WCS由感应标尺和阅读头组成，感应标尺安装在主梁上，与小车运行轨道平行，而阅读头安装在小车架上，阅读头与感应标尺为非接触式，距离在50mm范围内，当小车运行时阅读头沿感应标尺移动，可实时读出感应标尺数值反馈给控制系统。

3.4大车定位部件

大车定位采用国产的格雷母线作为定位测量主部件，德国哥廷公司RFID磁钉做校正模式进行校验。格雷母线是采用多组电缆芯线按不同步长的规律编排制成的一条母线，通过电磁感应形成电磁编码，经解析后获得感应装置的绝对地址信息，以非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障，能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5毫米，可以实现桥式起重机大车自动定位。同时，大车位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备。

磁钉是一种无源器件，特殊的RFID的线圈通过电磁感应产生电压和电流，为地标内的微小芯片提供足够的电力。而磁钉内含数据储存单元，使用专用的读码器天线能发出电磁波对其范围内的磁钉供电激活，激活的磁钉能发出包含储存信息的电磁波。该桥式起重机自动定位控制系统的磁钉工作频率为128KHz,安装在校验位置处。

3.5激光3D扫描系统

激光3D扫描系统主要用于对起重机下方生产车间所要抓取的物件进行高频率扫描，获取所要抓取的物件的外形轮廓，确定所要抓取的物件精确位置，进行精确定位。

四、结束语

通过实践对定位技术的应用，该桥式起重机自动控制系统运行良好，性能可靠，提高了桥式起重机的定位性能和定位精度，减少了桥式起重机在定位过程中故障的发生，提升了桥式起重机的工作效率，使得桥式起重机运行更为可靠安全，有利于实现智能桥式起重机的推广，能很好地满足使用要求和各项参数指标，从而达到预期的使用效果。

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