摘要:传统起重电气定位控制系统的控制结果精准度受到外界环境影响，导致系统控制定位结果精准度差，为了改善该问题，提出集装箱运输船用起重电气设备定位控制系统。采用RS485通讯方式构建起重电气设备定位控制系统的网络通讯，选择ET0707寸PLC工控机人机交互界面，并利用USBSLAVE接口，连接触摸屏和具有RS485通讯端口的控制器，使系统具有支持RS485和RS232通讯的功能。采用条码测距定位装置，固定于轨道下方和内侧腹板上，形成闭环反馈控制。依据硬件设计思路，设计编码算法流程，实现起重电气的精准定位控制。在Labview环境下进行实验分析，由实验结果可知，该系统最高定位精准度可达到96%，具有良好的控制效果。
关键词：集装箱；运输船；起重机；电气设备；定位控制；闭环反馈控制
0引言
集装箱运输船用起重机在船舶使用中较为广泛，经过多年研究，我国在船用起重电气设备应用方面取得了显著发展[1]。然而，随着现场总线技术应用要求的不断提高，对智能化设备提出了更高的要求。在经济全球化的发展趋势下，大力促进港口集装箱运输的发展，可以提高港口地区的经济效益。而在集装箱运输过程中，集装箱运输船的起重机是最为主要的集装箱装卸电气设备，对港口集装箱的船舶运输起着重要作用[2]。采用传统人工操作方式难以满足集装箱货运量的需求，因此，提高集装箱作业效率，增加货物吞吐量，降低集装箱作业成本成为集装箱运输业发展急需解决的问题[3]。在上述背景下，提出集装箱运输船用起重电气设备定位控制系统，通过该系统可以完成集装箱起重机设备的精准定位控制，可以简化集装箱装卸的步骤，并提高集装箱的装卸效率，大大降低集装箱的运输成本。
1定位控制系统设计
1.1硬件结构
采用RS485通讯方式构建起重电气设备定位控制系统的网络通讯，实现不同子系统之间的数据共享。使用WinCC软件在工控机上开发具有较强性能的人机交互界面，实现集装箱运输船用起重电气设备的定位控制。
1）工控机人机交互界面
使用ET0707寸PLC工控机人机交互界面，该界面具有触摸屏触控灵敏、性能高的优点，并且具有无视窗面创新设计，使触控更加精准。使用一线厂商器件，用料足，产品设计规划合理，方便使用，该界面使用的USBSLAVE接口。该通讯接口使用9针D型工作模式，主要用于连接触摸屏和具有RS485通讯端口的控制器，其中COMO支持RS485的通讯功能，COM2支持RS232的通讯功能。管脚设置如表1所示。
2）条码测距定位装置
该系统定位采用条码测距定位装置，条码固定于轨道下方和内侧腹板上，检测装置安装在起重机电气设备上。起重电气设备运行时，可将测量值反馈给控制系统，形成闭环反馈控制，进而使起重电气设备达到指定位置。由于条码固定，实现起重电气设备位置检测为绝对位移，不存在累积误差，满足定位精度小于等于1cm的误差要求。
1.2软件部分设计
依据硬件设计思路，设计编码算法流程如图4所示。系统根据算法设计流程，应用编程软件Matlab编写相应位移编码程序，具体定位流程如下：
步骤1
初始化系统，设定位移连续码，并将其编入集合之中；
步骤2
在集合码中尚未达到2n个码字前提下，应判断当前码字是否编入集合之中，如果重合，则完全编入其中，并及时判断当前码字位移情况；反之，则继续循环上述内容；
步骤3
如果出现当前码字与已经编入集合码字重合出现，则应先将编入集合码字作为当前码字，此时应判断码字末尾是否为0，如果是，则说明该系统为实际需要位移的结果，也是需要定位的结果；否则，不是实际需要定位的结果。
2实验验证
分别采用传统系统与所研究系统在无噪声环境下对定位结果精准度进行对比分析。可知，在起重电气设备为2时，传统系统定位结果精准度最高达到72%，而在起重电气设备为10时，达到最低为62%；在起重电气设备为2，8时，所研究系统定位结果精准度达到最高为96%，而在起重电气设备为6时，达到最低为94%。因此，在无噪声环境下，所研究系统具有更加精准的定位结果。在有噪声环境下，分别将2种系统的定位结果精准度进行对比分析。可知，在起重电气设备为2个时，传统系统定位结果精准度为38%，而所研究系统定位结果精准度为85%；在起重电气设备为6个时，传统系统定位结果精准度为35%，而所研究系统定位结果精准度为88%；在起重电气设备为10个时，传统系统定位结果精准度为20%，而所研究系统定位结果精准度为86%。因此，在有噪声环境下，研究系统的定位结果更为精准。
3结语
在全球运输集装箱化背景下，针对船用起重电气设备定位难题，提出集装箱运输船用起重电气设备定位控制系统，并确定主要设备和技术路线。根据系统开发要求，构建仿真实验平台，以此实现起重电气设备的定位控制。集装箱运输船用起重电气设备定位控制系统的研究不仅是一个改进开发的过程，而且取得了初步成果，在仿真实验平台上实现起重电气设备的自动定位，但是距离实际应用还有许多工作要研究，为今后解决问题提供帮助。
作者:张叶 单位:晋中职业技术学院
