所有電子吊秤起重機(jī)在生產(chǎn)制造中，根據(jù)規(guī)范和客戶要求，均規(guī)定額定的載荷重量，為了保護(hù)起重設(shè)備本身，在起重機(jī)規(guī)范中，每種起重機(jī)必須安裝稱重系統(tǒng)，能準(zhǔn)確測(cè)量出所承載物體的重量，以確保起重機(jī)本身不受損壞。那么，安裝重量稱重系統(tǒng)就成為每種起重機(jī)必須的一套系統(tǒng)。
1.國(guó)內(nèi)安裝的稱重系統(tǒng)一般構(gòu)成
2.國(guó)內(nèi)外稱重系統(tǒng)工作原理對(duì)比分析
稱重傳感器通過采集器處理通過 ＲS485 送給控制器，同樣地，ＲS485 信號(hào)經(jīng)過電流變送器轉(zhuǎn)換模擬量信號(hào)再傳入起重機(jī)主控系統(tǒng)中( 一般為 PLC) ，信號(hào)經(jīng)過了諸多硬件環(huán)節(jié)，而國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)重量傳感器、采集器、電流變送器等硬件和市場(chǎng)諸多的其他電子產(chǎn)品一樣，使用在起重機(jī)設(shè)備時(shí)，并未考慮到起重機(jī)的復(fù)雜工況，導(dǎo)致硬件不穩(wěn)定或使用壽命短。故障率極高。而這種模式在國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中，幾乎成了定式。
國(guó)外產(chǎn)品中，其動(dòng)作原理和相關(guān)計(jì)算方法實(shí)際是類同的，實(shí)際操作中也能基本維持比較穩(wěn)定的工作狀態(tài)，但由于其控制器采購成本巨大，實(shí)際在應(yīng)用中卻難于推廣應(yīng)用。
但無論是國(guó)內(nèi)和國(guó)外的產(chǎn)品，精兵簡(jiǎn)政才是最直接最有效的并且是故障率最低的一種方式，對(duì)于客戶而言，準(zhǔn)確的實(shí)施保護(hù)，穩(wěn)定的運(yùn)行，維護(hù)成本低是客戶想要理想結(jié)果。隨著可編程邏輯控制器的發(fā)展，其運(yùn)算速度越來越快，對(duì)于復(fù)雜計(jì)算也能輕而易舉的實(shí)現(xiàn)，起重機(jī)的稱重控制器的工作能否由 PLC 完成呢，答案是肯定的。
3.以ABB為例，說明在如何直接在PLC中完成起重機(jī)的稱重
原設(shè)計(jì)中，起重機(jī)重量傳感器信號(hào)進(jìn)入控制器進(jìn)行處理，控制器輸出的一路硬件為 ＲS232 進(jìn)入 PLC 串口模塊，PLC 直接接收重量信號(hào); 控制器輸出的另外一路為掛艙 I / O( snagload) 信號(hào)，該信號(hào)通過中間繼電器的觸點(diǎn)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器的 I / O 接口板，以最快的速度停止電機(jī)的動(dòng)作。具體詳見:
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根據(jù)以上原理圖，如果將上述功能轉(zhuǎn)移到 PLC 中，則要同樣實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)功能，及在 PLC CPU 執(zhí)行稱重計(jì)算和 Snagload 信號(hào)的送出，除此以外，還要考慮一個(gè)運(yùn)算速度的問題，特別是對(duì)于 Snag-load 的信號(hào)，當(dāng)起重機(jī)發(fā)生掛艙時(shí)，需要第一時(shí)間進(jìn)行保護(hù)，立即停止起重機(jī)的相關(guān)動(dòng)作。下面我們就上述問題逐一分析并解決。
首先，在 PLC 內(nèi)解決重量計(jì)算的問題，常規(guī)的重量傳感器的控制器接收 4 － 20ma 的信號(hào)，根據(jù)理想線性變化的原理，在控制器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)運(yùn)算，同時(shí)控制器還對(duì)干擾失真的部分信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
但對(duì)于直接進(jìn)入 PLC 的模擬信號(hào)，通過 PLC AI 模塊進(jìn)行輸入，PLC 讀到的數(shù)據(jù)是原始的模擬量的數(shù)據(jù)。
根據(jù)重量傳感器線性變化的特點(diǎn)( 理想) ，我們?nèi)我庖?guī)定 2 個(gè)點(diǎn)，就可以確定斜率 K 和補(bǔ)償值 B，實(shí)際上，由于稱重系統(tǒng)的“0”點(diǎn)和額定載荷的“40”噸的兩個(gè)點(diǎn)是做保護(hù)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，松繩保護(hù)的重量一般在“0”點(diǎn)附近，超重是在額定載荷超過 10% 附近，同時(shí)額載的 80% 通常作為我們重量的預(yù)警。因此，我們通常選擇這兩個(gè)點(diǎn)作為稱重系統(tǒng)的兩個(gè)點(diǎn)。
根據(jù) Y = KX + B 二元一次方程，稱重時(shí)，能分別知道“0”T 和 “40”T 的 Y 和 X 值，這樣，我們便能通過計(jì)算，分別計(jì)算出 K 和 B 值，也就確定了這條線性變化的直線。明白了其計(jì)算原理，通過編程，則可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算。
然而在實(shí)際應(yīng)用中，通過基本原理計(jì)算的重量卻往往出現(xiàn)報(bào)警，重量偏差較大，這又是怎么回事呢。原來，原設(shè)計(jì)中，LOAD-CELL 模擬量信號(hào)進(jìn)入控制器，控制器首先消除干擾源，然后再進(jìn)行計(jì)算處理。而 PLC AI 輸入模塊則是標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，無法在硬件上改動(dòng)以達(dá)到消除干擾的目的。通過分析，我們不難找到，模擬量的干擾源來自幾個(gè)方面: 容性的靜電感應(yīng)、感性的電磁感應(yīng)、和電源質(zhì)量本身的射頻或諧波的干擾等。我們可以通過提高開關(guān)電源的性能和使用類似雙屏蔽的線路達(dá)到減低干擾源的目的。而事實(shí)上，吊機(jī)整體鋼結(jié)構(gòu)和使用 IGBT、可控硅等功率原件這些客觀存在的固有干擾，其實(shí)是無法完全消除干擾源的，因此，需要在編程計(jì)算時(shí)使用更有技巧的計(jì)算。因此在編程時(shí)也需要加入“濾波”使來源數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際狀況，在此，引入一階滯后濾波計(jì)算，即是在輸出時(shí)將上次輸出的值引入進(jìn)行運(yùn)算。這樣雖帶來了靈敏度減低，但卻增加了穩(wěn)定性，實(shí)質(zhì)上也消除了尖峰值。
需要說明的是，snagload( 掛艙) 保護(hù)的運(yùn)算是不得加裝任何過濾裝置的，因此在硬件上消除干擾必須要盡可能做到完善，現(xiàn)在一般吊機(jī)最基本的掛艙保護(hù)只有通過LOADCELL 的電子掛艙保護(hù)，雖然現(xiàn)在很多掛艙增加了液壓油缸掛艙保護(hù)，但最第一時(shí)間反映掛艙情況的則是電子掛艙，掛艙保護(hù)在設(shè)計(jì)時(shí)須盡量減少運(yùn)算的環(huán)節(jié)，最好是將重量轉(zhuǎn)成相應(yīng)的輸入原始值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)掛艙動(dòng)作，PLC 直接輸出進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器，緊急停止驅(qū)動(dòng)器，以最短的路徑和時(shí)間來實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作的停止。
有了前端消除干擾，數(shù)據(jù)輸入的穩(wěn)定性增加了，根據(jù) Y = KX + B 的方式編程如下:
GeneralInterlockＲeady－外部條件Ton2(In:= GeneralInterlockＲeady，
PT:= WaitingTime，
Q =＞GeneralInterlockOk)
(* Load cell value stored in a variable *)LoadCellLeft1Act:= LoadCellLeft1ActValue．Value;LoadCellLeft2Act:= LoadCellLeft2ActValue．Value;LoadCellＲight1Act:= LoadCellＲight1ActValue． Value;
if CalibrationChecked then
LoadCellLeft1ActOut．Value:= LoadCellLeft1Act * Load-CellLeft1LoadScale + LoadCellLeft1TareOffset;
LoadCellLeft2ActOut．Value:= LoadCellLeft2Act * Load-CellLeft2LoadScale + LoadCellLeft2TareOffset;
LoadCellＲight1ActOut．Value:= LoadCellＲight1Act* LoadCell-Ｒight1LoadScale + LoadCellＲight1TareOffset;
LoadCellＲight2ActOut．Value:= LoadCellＲight2Act* LoadCell-Ｒight2LoadScale + LoadCellＲight2TareOffset;
.jpg)
常規(guī)的程序是需要手動(dòng)計(jì)算的，當(dāng)使用上述程序，則只要稱重一次，則可將 K 和 B 值保留，并一直沿用，直至原始數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移，則需要在此核準(zhǔn)重量，重新計(jì)算對(duì)應(yīng)的K / B 值。
消除了數(shù)值瞬時(shí)異動(dòng)問題，LOADCELL 稱重是不是就穩(wěn)定了呢，在實(shí)際應(yīng)用中，由于吊機(jī)工作特性，重量的漂移還受到加減速或是啟動(dòng)和停止的瞬間。這是由于吊載物在啟動(dòng)和停止瞬間加減速度是最大的，根據(jù)F = ma，鋼絲繩(即loadcell) 需要承載的重量除了吊載物外，還需要加上ma的重量，在實(shí)際操作中，啟動(dòng)和停止的瞬間的最大差值可能達(dá)到10T 左右，雖然loadcell 反映了實(shí)際承受的重力，但卻無法客觀反映實(shí)際吊載的重力，因此，仍需要消除在加減速過程中帶來的重量變化。吊機(jī)在操作過程中各種工況并不是有規(guī)律性的，吊載重量可能每次不同，人為給定的速度也可能每次不同。也就無法規(guī)定一個(gè)勻加速或勻減速作為一個(gè)定值“a”作為計(jì)算的依據(jù)，并且，如果通過計(jì)算每個(gè)時(shí)刻的“a”值來計(jì)算增加的承載力，是一個(gè)精密和復(fù)雜的計(jì)算，也不適合用于 PLC 編程。在調(diào)試過程中，通過拍攝波形圖，我們不難發(fā)現(xiàn)，重力增加最大的時(shí)候發(fā)生在吊載物在啟動(dòng)和停止的瞬間，這個(gè)時(shí)刻也恰巧是加減速最大的時(shí)候，也是速度給定和速度反饋偏差最大的時(shí)候，一般在驅(qū)動(dòng)器調(diào)試中，給定和反饋的偏差值不大于 3% ，是屬于正常偏差范圍，而正常作平滑運(yùn)動(dòng)時(shí)，均不會(huì)超過 1% ，超過 1% 的正常工況則大部分屬于在加減速時(shí)刻。因而，當(dāng)給定和反饋值大于 1% 時(shí)，可以給出一定的重量補(bǔ)償值。那么這個(gè)補(bǔ)償值又該如何確定呢，假定上下運(yùn)動(dòng)物體的最大運(yùn)動(dòng)速度為 2． 5 米 / 秒，加減速時(shí)間為4S，根據(jù) Vt － V0 = at，再根據(jù) F = ma，不難算出在最大加減速時(shí)，理論上可產(chǎn)生增加的 F 為是當(dāng)時(shí)載重量的 62． 5% ，通過動(dòng)滑輪的轉(zhuǎn)換，仍可達(dá)到 31． 25% ，因此，假定額定負(fù)載為 40T，最大設(shè)定補(bǔ)償值可以為 40* 31． 5% = 12． 6T，因此在加減速期間，可以將其最大值設(shè)定為 52． 6T，這樣就避免了在啟動(dòng)和停止瞬間的超重值了( 程序量比較多，在此不作詳解) 。
4.總結(jié)
我們可以根據(jù)計(jì)算出來的重量值，分別設(shè)定，單角、單邊、掛艙和總重量的報(bào)警設(shè)定值，同時(shí)，設(shè)定在著箱時(shí)的松繩值。單角和單邊需要根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)的安全系數(shù)來確定，而且也要考慮鋼絲繩的承載力，總重量的超重報(bào)警一般設(shè)定為 110% 。由此，吊機(jī)中的重量稱重和保護(hù)系統(tǒng)就全部完成了。
