本文選自《起重運輸機械》雜誌，如需轉載，請註明出處
作者：傅笑寒 趙重年 周永良
摘 要：基於某裝卸搬運設備自動對正系統模糊控制策略，分析確立了自動對正系統電控單元設計的總體思路，研究了自動對正系統電控單元的硬體選型及自動對正模糊控制算法的程序實現，完成了該裝卸搬運設備自動對正系統電控單元的設計，並通過試驗數據採集進行了檢驗驗證。
關鍵詞：裝卸搬運設備；自動對正系統；電控單元
Abstract: Based on the fuzzy control strategy of the automatic alignment system of a loading and unloading equipment, the overall design idea of the electronic control unit of the automatic alignment system is analyzed and established, the hardware selection of the electronic control unit of the automatic alignment system and the program realization of the fuzzy control algorithm of the automatic alignment are studied, the design of the electronic control unit of the automatic alignment system of the loading and unloading equipment is completed, and such design is verified through test data collection.
Keywords: handling equipment; automatic alignment system; electric control unit
根據某裝卸搬運設備的作業場地及作業性能要求，設計了自動對正系統，並在該裝卸搬運設備自動對正系統模糊控制策略的基礎上[1]，研究了該裝卸搬運設備自動對正系統模糊控制硬體選型、程序實現及試驗驗證情況。
1 自動對正電控單元設計思路
自動對正過程中，PLC 利用四個探臂的角度信號計算得到該裝卸搬運設備的航向角作為輸入，利用航向角進一步計算得到門架機幾何中心橫向位移作為輸入，根據航向角的數值，選擇蟹行轉向模式或者正常轉向模式。若為蟹行轉向模式，調用蟹行轉向控制程序，從控制器兩個埠輸出PWM 信號（脈寬調製信號）控制電液比例多路閥閥芯的開度和方向，從而完成蟹行轉向對正。若為正常轉向模式，經與模糊控制離線數據表比對，調用正常轉向控制程序，從控制器兩個埠輸出PWM 信號控制電液比例多路閥閥芯的開度和方向，從而通過正常轉向完成軸線自動對正[2]。該裝卸搬運設備轉向系統控制由主，由兩塊PLC 控制器配合實現轉向。
2 硬體選型
選用EPEC2024 控制器，如圖1 所示。轉向控制單元的主、從PLC 控制器之間的通信可通過EPEC2024控制器CAN-BUS 總線實現[3]。主從控制器硬體連接的部分原理如圖2 所示。
該裝卸搬運設備PLC 控制器安裝如圖3 所示。主車組PLC 用於自動對正的模擬量輸入8 路，其中包括轉向輪偏轉角4 路和軸線自動對正探臂傳感器4 路，開關量輸入1 路；副車組PLC 用於自動對正的模擬量輸入8 路：轉向輪偏轉角4 路和軸線自動對正探臂傳感器4 路。主車組與副車組輸出模擬量均為轉向電磁閥8 路。
主PLC 控制器向CAN 總線輸出主車組基準輪實際轉角，並接收從PLC 控制器副車組實際轉角信號，從PLC 接收主PLC 輸出信號並輸出副車組實際轉角信號。控制器之間通過8 芯導線連接，再分別連接在CAN1 和CAN2 上。
圖1 EPEC2024PLC 控制器
圖2 主從控制器硬體連接原理
圖3 PLC 實際安裝位置圖
3 自動對正模糊控制算法程序實現
模糊控制器在PLC 上的實現方法是把模糊控制程序作為整個PLC 控制程序的一個子程序，包括數據的讀取、模糊推理和控制信號輸出，通過中斷調用子程序完成模糊控制[4]。完成自動對正自適應神經網絡模糊控制算法設計的基礎上，實時控制過程只需計算出輸入變量模糊化後的橫向位移量和航向角，然後直接查詢模糊控制表，獲得控制量的變化值，再乘以比例因子，即可以作為輸出控制被控對象。
為了在PLC 中實現系統的模糊控制，PLC 程序須具備以下3 個功能：1）輸入變量的模糊化處理；2）查詢模糊控制表，得到模糊控制器的輸出值；3）輸出變量的反模糊化處理。即由模糊控制表查詢得到的輸出值，通過比例因子對其進行反模糊化處理，得出實際的控制量，然後通過PLC 進行輸出，對被控對象進行相應控制。
該裝卸搬運設備具有運輸- 裝卸作業轉換、20 英尺貨櫃和40 英尺貨櫃等作業模式以及正常轉向、原地轉向、蟹行、平移等轉向模式[5]。為完成各作業模式和轉向模式下的轉向控制，編寫用戶程序，主要包括主循環、變角度轉向、固定角度轉向和調整轉向等子程序模塊[6]。本文重點研究主循環模塊[5] 中的「其他」程序塊，即自動對正轉向模式模塊，其程序流程如圖4 所示。
圖4 自動對正模塊程序流程圖
4 試驗數據採集驗證
在搭建完成的電控系統上，將設計的自動對正控制算法反映成相應的PLC 控制程序，利用CoDeSys 軟體輸入PLC 控制器進行試驗。
根據檢測探臂和主副車組連接擺臂上安裝的傳感器，調用程序解算出該裝卸搬運設備的轉向輪轉角和預定行駛速度，驅動該裝卸搬運設備與貨櫃軸線自動對正。利用攝像機記錄顯示器中裝卸搬運設備自動對正過程中轉向輪實時轉角，整理可得到數據點與其擬合曲線圖。從擬合曲線可以看出，完成自動對正的過程中，轉向輪實際轉角與仿真分析得到的轉向輪轉角基本吻合。
5 結論
研究了某裝卸搬運設備自動對正系統電控單元的整體設計思路、硬體環境和軟體編程實現等，將所設計的控制算法應用於實車PLC，並進行了試驗驗證。結果表明，該裝卸搬運設備可以有效完成自動對正，得到的試驗結果與仿真結果基本吻合，也證明所述控制算法的合理性和可行性。
參考文獻
[1] 白雪峰，李紅勳，孟祥德．某貨櫃裝卸搬運機轉向控制算法設計[J]．軍事交通學院學報，2017,19（6）：75-80．
[2] 趙重年，王文強，王青峰．貨櫃裝卸搬運機自動對正系統運動學分析[J]．起重運輸機械，2018（10）：134-138．
[3] 汪小光．可編程控制器原理及應用[M]．北京：機械工業出版社，1994．
[4] 曾光奇，胡均安，王東，等．模糊控制理論與工程應用[M]．武漢：華中科技大學出版社，2000．
[5] 趙重年，白雪峰，王文強．貨櫃搬運機轉向系統控制算法研究[J]．起重運輸機械，2018（12）：109-112．
[6] 牛善田，王青峰，李昊天．專用設備轉向系統電控單元設計[J]．起重運輸機械，2018（6）：126-128．