1概述
起重机由于车轮速度不一（如轮径不同；传动机构不同步；制动器松紧差异；车轮摩擦力变化等）；两条大车轨道水平差异超标；车体重心移动（小车位移；钩头摆动等）；车轮组的安装误差等；在电动机受控相同的情况下，加之跨度长，运行距离远等特点，使得起重机大车行走时，极易发生啃轨现象。既影
起重机的稳定运行，又给生产工作带来安全隐患。为解决啃轨问题，人们通常采用润滑车轮轮缘和轨道侧面，加装水平轮，调整车轮安装精度以及断电纠偏等方法，不仅效果不理想,而且实施困难。考虑到由于早期行车采用二次电阻调速，我们研制了一套值编码器、abs制动器、显示控制仪等为主要设备构成的起重机大车自动纠偏系统，并把这一研究设计成果应用在了起重机大车纠偏中。经过现场的调试和运行，这套系统能够对起重机大车车身发生的偏斜进行自动的纠正，使啃轨现象得到消除，满足了现场生产要求。
2自动纠偏系统的控制原理
2.1自动纠偏控制系统的主要思想
当起重机大车运行时，在没有发生啃轨的情况下，安装在大车两侧相对应的车轮组会同时运行在同一水平线上。即使他们之间存在着误差，这个误差也会是在允许范围内而且始终保持不变。在这样的情况下，车轮轮缘和轨道之间就不会产生挤压。反之在大车运行时，两侧车轮组相对位置产生了偏差即行程差，那么这就会使行车车体相对于轨道发生偏斜，造成车轮轮缘与轨道之间发生挤压形成啃轨。如果在两侧车轮组行程差大于允许值时，对两侧车轮转速进行调节：降低相对位置超前一侧车轮的转速，提高相对位置在后一侧车轮的转速，或者保持一侧车轮的转速不变，提高或降低另一侧车轮的转速，使两侧车轮的行程差始终在允许的范围内。这样就可以有效的防止啃轨现象的发生。（本项目中采用保持相对位置在后一侧电动机转速不变，相对位置超前一侧电动机进行单独调节的方式进行纠偏）基于这种思想，我们在大车两侧从动轮上分别安装了两台值编码器,用来检测大车每一侧车轮的行程值。两侧的电动机制动器分别由控制仪独立进行控制。由控制仪采集编码器读数并控制两侧的行程差在一定的范围内，控制仪内部设置两个阀值点，当行程差大于行车跨度千分之三时，输出信号进行纠偏，当行程差小于行车跨度千分之一时，纠偏停止，从而达到自动纠偏的目的。
2.2原理的补充说明
在本项目中纠偏控制的行程差是车轮一侧的行程值减去另一侧的行程值的结果。一般行程差要控制在行车跨度的千分之一以内。当行程差小于行车跨度的千分之一时，则行车不需要纠偏；当行程差大于行车跨度的千分之一而小于行车跨度的千分之三时，则说明两侧车轮相对位置已经不在同一条直线上并超出了允许范围，行车车体发生了偏斜，需要进行纠偏；当行程差大于行车跨度的千分之三时，则说明行车车体已经偏斜严重，需要停车进行纠偏。
如行车大车轮的直径是800mm，行程400m，整个行程大车车轮将旋转400/（0.8×3.14）≈159转。为了防止车轮打滑给编码器反馈数值造成的误差，编码器安装在从动车轮处，并与车轮同轴。为了测量的，我们采用8192个脉冲的编码器，这样大车每旋转一周运动的距离将被编码器等分为8192份反馈，我们的测量精度将是800*3.14/8192≈0.3mm,因此我们可以将大车车轮行程值的测量精度控制在0.5mm以内。
在系统中，因为s行程差是通过两侧编码器反馈数值作差的计算得出的，所以编码器反馈数值的准确性决定着计算行程差的准确性，也决定着控制仪对纠偏程序是否执行判断的准确性。在编码器的工作运行中由于车轮存在打滑现象，所以编码器计数值将是存在误差的，并且是不可避免的，随着大车运行距离的增大，该误差将不断累积，由于起重机大车的运行距离一般都很长，所以编码器的累积误差对系统控制的影响是不可忽略的。为此，我们控制仪设置了消除编码器累积误差的置零按钮开关，从而达到消除编码器累积误差的目的。
3自动纠偏系统的硬件组成和软件实现
3.1系统的硬件组成
在系统硬件组成中，我们采用两台值编码器分别测算大车两侧车轮相对位置。采用cjm-ii型通用双路纠偏仪进行自动纠偏程序的控制。采用两台韩国abs制动器分别控制两侧电动机。
3.2软件编程的数学依据
程序的编辑不仅来源于对控制原理的分析与实现，也来源于对具体问题的数学处理。
编码器读数与大车行程的计算值的关系如下:
s=m/k+jn（3-1）
公式（3-1）中s：大车行程的计算值
m：编码器读数
k：比例系数
jn：编码器新校正值（jn=0n=0）
其中比例系数k是通过下面公式（3-2）得到的，公式如下：
k=（m1-m2）/s0（3-2）
公式（3-2）中m1：大车位置1编码器的读数
m2：大车位置2编码器的读数
s0：大车位置变化值（实际测量值）
在测算编码器比例系数时，大车的运行距离暂时还不能够通过程序计算得出，需要人为用米尺测量。编码器系数的求出需要多次测量后取平均值以减小误差。
编码器新校正值是通过公式（3-3）得到的，公式如下：
jn=l-s+jn-1（3-3）
公式（3-3）中jn：编码器新校正值
jn-1：编码器旧校正值（jn-1=0n=0）
l：编码器校验点位置（距零点的实际位置）
行程差是通过公式（3-4）得到的，公式如下：
（3-4）
公式（3-4）中s行程差：大车两侧车轮的位置偏差
s门：大车门腿侧相对零点的行程值
s梁：大车梁腿侧相对零点的行程值
3.3软件编程的顺序功能图
自动纠偏的程序采用plc中的梯形图编写，作为独立一个块在起重机主程序中被调用。由于程序略微复杂，不能在这里一一说明，所以只介绍程序
表3-1程序变量表
4自动纠偏系统的调试和运行
4.1编码器与plc的通讯
编码器与plc的成功通讯是自动纠偏功能实现的基础。首先要在plc中添加倍加福值编码器的gsd文件，以使在plc的硬件组态中加载编码器。编码器与plc采用的是dp通讯。在通讯的建立中还需要注意以下几点：
²plc硬件组态中分配给编码器的地址要与编码器拨码开关的地址一致；
²如果编码器为通讯终端设备应该将编码器中“on/off”开关拨到“on”;如果编码器不作为终端设备则应拨到“off”；
²编码器中连接器接线要与plc的一侧连接器的接线一致；
²倍加福编码器指示灯为绿色时说明通讯正常。
4.2计算编码器转换系数
根据公式（3-2）可知，我们要进行编码器系数的计算要进行以下步骤：
²记录当前编码器数值
²大车运行一段距离后停止，记录编码器数值
²测量大车实际运行距离
²根据公式算出系数
²重复进行以上步骤，求取平均值
4.3确定编码器旋转方向及零点
本项目中以大车轨道左侧停止限位作为大车运行起始的零点,大车两侧车轮的行程值都是相对于这个零点得出的。定下零点后，定义大车远离零点方向运行为向右运行,靠近零点方向运行为向左运行。调整编码器旋转方向使其在大车向右运行时，读数逐渐增大，大车向左运行时读数逐渐减小。在大车零点的位置上把编码器原始的读数清零。清零的方法是在plc监控变量里把十六进制的80000000赋给编码器的输出域pqd【3】。（编码器的第三十二位遇到高信号时才允许修改编码器的码数内容。）
4.4校验磁性开关
校验磁性开关的步骤是为了确保大车在运行时车身所带的磁性开关能准确的感应到每一个校验点。大车左右运行一个来回，观察每次经过校验点时，磁性开关是否正常触发。
4.5纠偏控制的运行
在没有投入自动纠偏系统控制下的大车两侧行程差如下图所示：
图4-1大车两侧行程差（没投入纠偏）
从图4-1中可以看出在纠偏系统没有投入的情况下，大车在运行将近10米的距离时两侧车轮的行程差就已经大于大车跨度的千分之一即0.04米，此时车轮与轨道挤压并发出响声。
在投入自动纠偏系统控制下的大车两侧行程差如下：
图4-2大车两侧行程差（投入纠偏）
从图4-2中可以看出在纠偏系统投入的情况下，大车两侧车轮的行程差刚大于0.04米就开始减小并在大车运行1米左右后重新降到允许范围内。在纠偏系统的控制下，两侧车轮的行程差能够始终控制在0.04米范围内。
4.6纠偏调试中遇到的问题
当大车运行停止时编码器反馈的数值突然增大，反复运行都是如此。经检查发现，值编码器与车轮的连接轴松动是造成这个问题的原因，在紧固编码器与车轮的连接轴后问题得到解决。
5结束语
通过对现场实际运行情况的测量监控得出：
1.由编码器测算出的两侧车轮相对于零点的位置值与实际测量值误差小于0.5mm，测量精度达到了控制要求。
2.每隔30米感应开关正确触发一次，编码器校正程序执行一次。编码器累积误差得到有效的消除。
3.每一台起重机在400多米的轨道上往返运行期间，每当行程差大于0.04米时，纠偏程序都会自动执行纠偏程序。全过程纠偏次数一般在10~18次左右。
4.纠偏进行时和纠偏后的起重机大车运行稳定，纠偏投入的情况下车轮与轨道之间挤压发出的声响次数明显减少。
5.纠偏系统的投入减轻了现场工作人员对大车车轮维护的工作负担，延长了车轮的使用寿命，提高了行车运行的可靠性和稳定性。
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企业名称 上海楚嘉自动化科技有限公司
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行车同步纠偏示意图
主轴 la
下行 上行
从轴
d3-d2-d1 lbd1 d2
注：la：主轮位移值
lb：从轮位移值
d1：从轮超主轮的差值（一次左纠值）
d2：从轮超主轮的差值（二次左纠值）
-d1：主轮超从轮的差值（一次右纠值）
-d2：主轮超从轮的差值（二次右纠值）
d3：主从轮的差值（停机值）
·说明：（上行时）la=lb：正常运行
la-lb=d1时：从轴减小频率
la-lb=-d1时：主轴减小频率
la-lb=d2时：从轴减小频率
la-lb=-d2时：主轴减小频率
当la和lb的差值达到d3时，必需停机。
（下行时）la=lb时：正常运行
la-lb=d1时：主轴减小频率
la-lb=-d1时：从轴减小频率
la-lb=d2时：主轴减小频率
la-lb=-d2时：从轴减小频率
当la和lb的差值达到d3时，必需停机。