一种基于5G网络的自动化起重机控制系统及其方法与流程

一种基于5g网络的自动化起重机控制系统及其方法
技术领域
1.本发明涉及起重机领域，尤其涉及一种基于5g网络的自动化起重机控制系统及其方法。


背景技术：

2.起重机，属于特种设备，是工厂里一种常见的搬运设备，一般通过起重机吊运体积较大、比较重的物件。在工作的过程中，地面工人先将被搬运的物件进行捆绑，驾驶员在起重机驾驶室内操作，实现对物件的起吊搬运。这一工作过程都需要人员进行干预，全靠工人凭经验和表面观察，找出物件的重心，然后对物件进行捆绑、起吊搬运。由于每个人的经验和主观意识不一，经常需要反复多次捆绑、起吊，才能达到安全起吊和搬运的要求，并且由于视距较远、建筑遮挡物、光线等原因，驾驶员很难直接观察吊具处的作业状况，影响作业效率，容易造成设备损坏和人员损伤。
3.随着社会的快速发展，加快发展智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，企业对起重机的要求也越来越高，传统的手动驾驶已逐渐不能满足企业的需求。越来越多的工厂追求智能化和自动化，并将起重机与企业其他设备联网，组建自动化工厂。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于5g网络的自动化起重机控制系统及其方法，以解决现有技术上述所提到的技术问题。
5.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种基于5g网络的自动化起重机控制系统，包括主控制系统、次控制系统、5g网络、运行机构和检测模块，所述次控制系统设在运行机构上，次控制系统与运行机构和检测模块进行信息交互，次控制系统发送运行机构的运行指令和接收检测模块的数据信息，所述运行机构包括大车机构、小车机构和末端起重机构，所述检测模块设在运行机构上，且用于检测得到大车机构、小车机构和末端起重机构当前位置、速度和角度的数据信息，所述主控制系统设在主控室内，次控制系统通过5g网络与主控制系统进行信息交互。
6.进一步地，所述检测模块包括测距仪、超声波传感器和角度传感器，所述大车机构、小车机构和末端起重机构上均设有所述测距仪，大车机构和所述末端起重机构上均设有所述超声波传感器，所述末端起重机构上设有所述角度传感器。
7.进一步地，所述大车机构包括桥架、轨道和大车移动驱动，所述桥架沿所述轨道直线移动设置，所述大车移动驱动与所述桥架直线驱动连接。
8.进一步地，所述小车机构包括滑动小车和小车移动驱动，所述滑动小车沿所述桥架直线移动设置，所述小车移动驱动与所述滑动小车直线驱动连接。
9.进一步地，所述末端起重机构包括升降移动的抬升装置和设在抬升装置移动端的末端执行器，所述末端执行器设在桥架的下方。
10.进一步地，所述检测模块还包括多个变频器，所述变频器分别连接小车移动驱动、大车移动驱动和抬升装置。
11.进一步地，所述检测模块还包括极限行程开关和接近开关传感器，所述大车机构和所述末端执行器上均设有所述极限行程开关，所述末端执行器上设有与极限行程开关配合的接近开关传感器。
12.进一步地，所述检测模块还包括视频监控摄像机。
13.进一步地，所述检测模块还包括机器视觉扫描仪。
14.本发明还提供了基于5g网络的自动化起重机控制系统的运行方法，步骤如下：
15.s1，首先，在主控制系统内下发指令，该指令通过5g网络传送给次控制系统，次控制系统接到指令后先对任务指令进行解析，判断任务类型是属于采集、诊断或搬运，从而执行相应的任务；
16.s2:在对物体进行搬运前，次控制系统驱动末端起重机构，使其到达安全高度，然后移动大车机构和小车机构，使机器视觉扫描仪对被搬运物件进行扫描，并将信息通过5g网络传送给主控制系统，主控制系统分析信息并找出物件的重心位置进而将信息发送给次控制系统；
17.s3：次控制系统驱动大车机构、小车机构和末端起重机构进行移动，并通过检测模块实时得到大车机构、小车机构和末端起重机构位置，使得末端执行器可以对物件进行抓取；
18.s4:次控制系统控制抬升装置提高物件的高度，等物件被提升到指定高度后，移动小车机构和大车机构使得物件搬运到指定位置，在搬运过程中，检测模块将大车机构、小车机构和末端起重机构的实时位置以及角度信息发送给主控制系统，主控制系统同时判断数据是否异常。从而实现起重机的远程监控和自动化运行。
19.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
20.1.本发明通过5g网络使主控制系统与次控制系统实现快速信息交互。控制系统通过交互的信息，自动识别物件的重心位置，实现起重机自动识别、自动抓取和搬运物件，全流程无需人工干预，从而将起重机融合到工厂整体的自动化系统中，实现了起重机的远程监控、诊断和全自动运行，提高了工厂的生产效率以及促进了信息化的建设。
附图说明
21.图1为本发明的整体连接示意图；
22.图2为本发明结构分布示意图；
23.图中：
24.1、主控制系统；2、次控制系统；3、5g网络；4、运行机构；41、小车机构；42、大车机构；43、末端起重机构。
具体实施方式
25.下面，结合附图1和图2以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
26.本发明实施例提供了一种基于5g网络的自动化起重机控制系统及其方法，如图1和图2所示，一种基于5g网络的自动化起重机控制系统，包括主控制系统1、次控制系统2、5g网络3、运行机构4和检测模块，主控制系统1设在地面或距离起重机较远的控制室内，次控制系统2设在运行机构4上，次控制系统2与运行机构4和检测模块进行信息交互，次控制系统2发送运行机构4的运行指令和接收检测模块的数据信息，具体的，运行机构4包括大车机构42、小车机构41和末端起重机构43，如图2所示，大车机构42包括桥架、轨道和大车移动驱动，大车移动驱动与所述桥架直线驱动连接，桥架在大车移动驱动的驱动下，桥架可以沿轨道直线往复移动，一般大车移动驱动为电机驱动，电机连接减速器，减速器与大车机构42的车轮转动驱动连接，小车机构41则沿着桥架直线往复运动，小车机构41包括滑动小车和小车移动驱动，滑动小车设在桥架的上，沿桥架直线往复移动设置，小车移动驱动与滑动小车直线驱动连接，小车驱动一般也采用电机驱动通过减速器与小车机构41的车轮转动驱动连接，小车机构41的移动方向与大车的移动方向为互相垂直的，相当于坐标轴中的x轴和y轴，末端起重机构43设在滑动小车上，末端起重机构43包括升降移动的抬升装置和设在抬升装置移动端的末端执行器，末端执行器设在桥架的下方，抬升装置设在滑动小车上，在一些实施例中，末端起重机构43含有重量检测功能，在搬运不同重量的物体时，主控制系统1能根据不同的重量载荷，做出不同决策，从而实现最合理的起升速度控制。现有技术中可以直线升降的装置有多种，如升降杆，本实施例中采用了通过卷筒的转动回收或放出钢丝绳的方式实现钢丝绳下端末端执行器的升降，控制卷筒的转动的驱动装置也为电机，上述电机均受到次控制系统2的控制，抬升装置的升降运动相当于z轴，因此大车机构42、小车机构41和抬升装置构成一个完整的三维坐标系，检测模块设在运行机构4上，且用于检测得到大车机构42、小车机构41和末端起重机构43当前位置、速度和角度的数据信息，主控制系统1设在地面的主控室内，次控制系统2通过5g网络3与主控制系统1进行信息交互，在本实施例中，主控制系统1和次控制系统2均采用采用带有pn通讯口的西门子s7-1200系列的plc控制器，主控制系统1为远程plc控制器，次控制系统2包括末端执行器plc控制器和主plc控制器，上述数据信息通过5g网络3输送给主控制系统1，主控制系统1内预先设置好对应的三维坐标体系，当得到次控制系统2发送来的数据信息，可以输送到三维坐标体系中，从而方便控制运行机构4进行下一步的决策运行。
27.具体的，所述检测模块包括测距仪、超声波传感器和角度传感器，所述大车机构42、小车机构41和末端起重机构43上均设有所述测距仪，该系统大车机构42、小车机构41、末端起重机构43均采用德国leuze公司的ams348i系列激光测距仪，该系统使用的激光测距仪支持profinet总线通讯协议，重复精度可达1mm，从而实现对各机构进行精确的位置检测以及自动定位控制。
28.大车机构42和所述末端起重机构43上均设有所述超声波传感器，所述末端起重机构43上设有所述角度传感器。末端执行器plc控制器通过模拟量方式与超声波传感器、和角度传感器进行数据的交互，从而得到当前物件的倾斜角度。次控制系统2的主plc控制器与末端执行器plc通过无线局域网通讯的方式进行数据的交互，次控制系统2可设置多段减速位置，从而能柔性地调节起重机的减速与停止。
29.进一步地，检测模块还包括多个变频器，所述变频器均采用汇川cs710系列变频器，配有支持profinet总线通讯协议的扩展卡以及集成防摇摆功能软件包，分别连接小车
移动驱动、大车移动驱动和抬升装置。在搬运物体的过程中，次控制系统2可以根据物件在空中的高度以及角度传感器得到物件的倾斜角度，智能化地对数据进行运算并给出合理的速度控制，使物体在搬运的过程中，达到平稳、高效的防摇摆效果。
30.进一步地，为了提供限位保护功能，所述检测模块还包括极限行程开关和接近开关传感器，所述大车机构42和所述末端执行器上均设有所述极限行程开关，所述末端执行器上设有与极限行程开关配合的接近开关传感器，次控制系统2与极限行程开关通过硬接线方式连接，作为极端情况下的安全保护。
31.进一步地，所述检测模块还包括视频监控摄像机和机器视觉扫描仪，机器视觉扫描仪可以对被搬运的物体做一次全面的扫描，并将扫描的结果通过5g网络3将网络信号发送给主控制系统1，主控制系统1通过算法分析，找出物件的重心位置，方便后续的抓取和搬运；所述视频监控摄像机设为多个，一般设在小车机构41和桥架上，多个视频监控摄像机可以将当前画面的视频信号连接到一个交换机中，再通过5g网络3传输到地面的主控室内，从而使操作管理人员不用亲临现场，在地面的主控室中就能对生产现场进行实时监督和管理，提高了生产效率。
32.本发明还提供了基于5g网络的自动化起重机控制系统的运行方法，步骤如下：
33.s1，首先，在主控制系统1内下发指令，该指令通过5g网络3传送给次控制系统2，次控制系统2接到指令后先对任务指令进行解析，判断任务类型是属于采集、诊断或搬运，从而执行相应的任务；
34.s2:在对物体进行搬运前，次控制系统2驱动末端起重机构43，使其到达安全高度，然后移动大车机构42和小车机构41，使机器视觉扫描仪对被搬运物件进行扫描，并将信息通过5g网络3传送给主控制系统1，主控制系统1分析物件的信息并找出物件的重心位置进而将信息发送给次控制系统2；
35.s3：次控制系统2驱动大车机构42、小车机构41和末端起重机构43进行移动，并通过检测模块实时得到大车机构42、小车机构41和末端起重机构43位置，使得末端执行器可以对物件进行抓取或固定连接；
36.s4:次控制系统2控制抬升装置提高物件的高度，等物件提升到指定高度后，移动小车机构41和大车机构42使得物件搬运到指定位置，在搬运过程中，检测模块将大车机构42、小车机构41和末端起重机构43的实时位置和角度发送给主控制系统1，主控制系统1同时判断数据是否异常。从而实现起重机的远程监控和自动化运行。
37.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。