基于Canopen現(xiàn)場總線的大跨徑門機(jī)起重設(shè)備同步糾偏控制應(yīng)用案例。

一．門機(jī)起重設(shè)備的特殊性：

門機(jī)起重設(shè)備的安全性要求越來越突出，安全第一的概念在控制中越來越重要，按照規(guī)定,40米以上的大跨徑門機(jī)必須加裝雙軌同步糾偏控制，以防止左右雙軌的門機(jī)輪子超偏而啃軌甚至脫軌的事故發(fā)生，出于安全的要求，門機(jī)左右雙軌的輪子需要多點(diǎn)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(jī)起重設(shè)備的環(huán)境特殊性，又決定了這些信號傳感器及傳輸?shù)倪x擇的特殊性：

1．現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境，變頻器、大電機(jī)及高低壓電源系統(tǒng)，信號電纜常常與動(dòng)力線一同布排，現(xiàn)場的電氣干擾很嚴(yán)重。

2．設(shè)備移動(dòng)性，長移動(dòng)距離，接地困難。

3．信號傳遞距離要求遠(yuǎn)，信號數(shù)據(jù)的安全可靠性要求高。

4．同步控制需要信號傳遞實(shí)時(shí)性高，可靠。

5．很多是戶外使用，防護(hù)等級、溫度等級要求高，而工人培訓(xùn)程度低，對產(chǎn)品使用寬容性要求高。

二．絕對值多圈編碼器在門機(jī)起重設(shè)備應(yīng)用的意義：

在門機(jī)起重設(shè)備的位置傳感器使用中，有電位器、接近開關(guān)、增量編碼器、單圈絕對值編碼器、多圈絕對值編碼器等等，相比較而言，電位器可靠性低，精度差，使用角度有死區(qū)；接近開關(guān)、超聲波開關(guān)等只是單點(diǎn)位置的信號而不連續(xù)；增量編碼器信號抗干擾差，信號不能遠(yuǎn)傳，停電位置丟失；單圈絕對值編碼器只能在360度內(nèi)工作，如果變速擴(kuò)大測量角度，精度就差了，如果直接單圈使用通過記憶實(shí)現(xiàn)多圈控制，在停電后，由于風(fēng)吹、下滑或人為移動(dòng)而失去位置。只有絕對值多圈編碼器是可以真正在門機(jī)起重設(shè)備中安全使用的，其不受停電抖動(dòng)的影響，可長距離、多圈數(shù)工作特性，內(nèi)部全數(shù)字化，抗干擾，信號也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全傳輸。所以，從門機(jī)起重設(shè)備安全性的角度出發(fā)，絕對值多圈編碼器是必然的選擇。

三．Canopen絕對值編碼器在門機(jī)起重設(shè)備中的應(yīng)用推薦

CAN-bus(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。例如，在汽車電子、自動(dòng)機(jī)械、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控、船舶海運(yùn)、電梯控制、消防安全、醫(yī)療器械等各領(lǐng)域，CAN-bus都具有不可比擬的優(yōu)越性，尤其是目前正在風(fēng)頭上的高速鐵路、風(fēng)力發(fā)電，Can-Bus更是首選的信號標(biāo)準(zhǔn)。

CAN-bus以其開發(fā)維護(hù)的低成本、高總線利用率、很遠(yuǎn)的傳輸距離(最遠(yuǎn)可達(dá)10Km)、高速的傳輸速率(最高可達(dá)1Mbps)、根據(jù)優(yōu)先級的多主結(jié)構(gòu)、可靠的錯(cuò)誤檢測和處理機(jī)制，全面彌補(bǔ)了傳統(tǒng)RS-485網(wǎng)絡(luò)的低總線利用率、單主從結(jié)構(gòu)、無硬件錯(cuò)誤檢測的不足，使用戶能組建起穩(wěn)定、高效的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，從而產(chǎn)生最大的實(shí)際價(jià)值。在起重設(shè)備等較惡劣應(yīng)用環(huán)境中，由于Can-bus具有可靠的信號錯(cuò)誤檢測和處理機(jī)制，對于強(qiáng)干擾和無可靠接地的情況，仍能夠較好地傳輸數(shù)據(jù)，而其硬件錯(cuò)誤自檢、多主站可冗余的特點(diǎn)，更是保證了控制設(shè)備的安全性。

Canopen是基于CAN-bus總線的開放式協(xié)議，由CiA協(xié)會(huì)管理，主要應(yīng)用于車輛工業(yè)、工業(yè)機(jī)具、智能建筑、醫(yī)療器械、航海機(jī)具、實(shí)驗(yàn)室器材及研究領(lǐng)域，Canopen規(guī)范允許以廣播方式傳遞訊息，也支持點(diǎn)對點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)，用戶通過Canopen對象字典來執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。尤其是Canopen具有抗干擾及多主站應(yīng)用特性，可以形成實(shí)際的主站冗余備份，而實(shí)現(xiàn)控制的更安全。

Canopen與其它的信號形式比較，其數(shù)據(jù)傳遞的更可靠，更經(jīng)濟(jì)通用，更安全(設(shè)備報(bào)錯(cuò))。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(lián)信號，距離遠(yuǎn)時(shí)或受干擾時(shí)，信號的延遲而使得時(shí)鐘與數(shù)據(jù)信號不再同步，發(fā)生數(shù)據(jù)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(guān)口或主站失效而造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓等。以上這些在起重設(shè)備中的使用，有時(shí)可能是致命的，因此可以說Canopen信號在起重設(shè)備中使用具有其更可靠，更經(jīng)濟(jì)，更安全。

上海精浦機(jī)電的Canopen絕對值編碼器，由于其信號輸出的高速性，其在功能設(shè)置中，可設(shè)置編碼器絕對值角度位置值與變化速度值一同輸出，例如，前兩個(gè)字節(jié)輸出絕對值角度(可多圈)位置，第三個(gè)字節(jié)輸出速度值，第四個(gè)字節(jié)輸出加速度值(可選)，這在起重設(shè)備紛紛應(yīng)用變頻器的情況下很有幫助，速度值可以作為變頻調(diào)速的反饋，而位置值可以作為精確定位及同步控制，可以有速度與位置的雙閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)精確定位、同步控制、停車防搖擺、安全區(qū)域控制防碰撞、速度安全保護(hù)等，而Canopen的特有的多主站特性，可以實(shí)現(xiàn)接收控制器的主站冗余備份，備份控制器參數(shù)可設(shè)置在主控制器的后面，一旦主控制器系統(tǒng)失效，備份控制器可以承擔(dān)起最后的安全保護(hù)控制，從而實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的各項(xiàng)安全性控制。

門機(jī)起重設(shè)備的大電機(jī)啟動(dòng)及戶外使用，其編碼器信號電纜長，相當(dāng)于一根長天線，現(xiàn)場信號端的浪涌過壓保護(hù)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(hù)很難實(shí)現(xiàn)，(大電機(jī)啟動(dòng)或雷擊產(chǎn)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(lián)，如加入浪涌保護(hù)，信號傳輸延遲破壞了同步性而信號不穩(wěn)定。Canopen信號是高速異步或廣播發(fā)送，對于插入浪涌保護(hù)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(hù)器，可以更安全的使用。

四．Canopen控制器PFC

由于Canopen信號的先進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(nèi)部32位的CPU單元、液晶顯示與設(shè)置按鍵的人機(jī)操作界面，24點(diǎn)開關(guān)I/O與多路模擬量I/O，并具有2G的SD存儲(chǔ)卡，可記錄開機(jī)關(guān)機(jī)、程序事件記錄，從而實(shí)現(xiàn)黑匣子記錄功能，可故障分析及防止工人違規(guī)操作。

08年以來，各大著名品牌的PLC廠家近期都已經(jīng)增加了Canopen接口或正在計(jì)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(shè)備的應(yīng)用中逐漸成為主流。

五．典型應(yīng)用案例

1．門機(jī)大車行走同步糾偏—由兩個(gè)Canopen絕對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(shí)，Canopen絕對值編碼器可同時(shí)輸出速度反饋，通過控制器提供變頻器調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)小糾偏、大糾偏，超偏停車等控制。

2．速度安全保護(hù)—Canopen絕對值編碼器同時(shí)輸出位置值與速度值(無需外部計(jì)算的直接輸出)，對于速度保護(hù)有更快的反應(yīng)。

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(gè)控制器可根據(jù)用戶需要增加，安全備份。

4．安全紀(jì)錄功能，PFC201控制器具有2G的SD存儲(chǔ)卡，可事件紀(jì)錄(黑匣子)，以實(shí)現(xiàn)故障分析及防止工人違規(guī)操作(安全紀(jì)錄檢查)，達(dá)到更安全的控制。

5．停車定位防搖擺—利用Canopen絕對值編碼器的位置、速度同時(shí)輸出特性，可實(shí)現(xiàn)停車定位與緩速減速的雙閉環(huán)控制，可合理停車速度、位置曲線，減少停車時(shí)吊點(diǎn)的搖擺。

6．典型應(yīng)用介紹：

廣東中山跨海大橋工地大跨徑門機(jī)起重設(shè)備同步糾偏控制，約60米跨徑，門機(jī)高度50多米，兩個(gè)編碼器信號至PFC控制器電纜總長度180米。選配：

1．Canopen絕對值多圈編碼器—Gemple的絕對值多圈編碼器，2個(gè)：

GMX425RE10RCB，防護(hù)等級外殼IP67，轉(zhuǎn)軸IP65；溫度等級-25度—80度。

2．Canopen控制器—Gemple的基于Canopen的控制器：

PFC201-----不僅可以作為主控制器，也可以作為冗余的備份控制器。

3．Canopen信號端口浪涌保護(hù)器：SI-024TR1CO(推薦)

4．編碼器信號電纜：F600K0206