关键词：桥架行车；大车纠偏；ATV930变频器；M241 PLC

1  项目背景及改造目的

该项目的改造对象是污水处理厂的药水添加池上的桥架行车。该行车用于抽取池底的淤泥水，水池长度即行车的单边行走距离为50米，水池宽度即桥架跨距为20米。需要24小时往复运行。

由于属于早期建设，使用年限较久，桥架和轨道地基都有形变，行走时啃轨严重，导致车轮使用周期缩短，维护周期缩短，成本上升。应使用方的要求承接本项目，对该行车增加纠偏功能，从而降低和避免啃轨现象。

2  啃轨的产生机理与初始解决方案以及存在问题

2.1  啃轨的产生机理与初始解决方案

行车的行走由桥架左右两台电机驱动，而车轮和轨道经过长期磨损后，车轮及其凸沿就有些不均匀的磨蚀，轨道及其凸沿的也有不均匀的磨蚀，造成两边运动的阻力时刻不一致，从而在相同速度给定的情况下（一台或两台变频器驱动），两边的速度有偏差，造成两边累积行程不相等，从而走偏，进而导致车轮与轨道的边沿急剧摩擦，称为啃轨的现象。反过来啃轨又进一步加剧行走不匀，引起走偏和车轮与轨道的进一步损伤。

所以大车纠偏的初始方案是：

在左右两边车轮上安装编码器，将车轮当前的速度和累积行程实时测量和累加出来。按照主从的方式，将一边定义为主轮，另一边定义为从轮；将从轮的累积行程与主轮的累积行程比较，获得偏差，据此计算从轮电机的速度补偿量，对从轮的速度进行校正，从而进行纠偏操作。初始硬件配置如表1所示。

                                   

2.2  遇到的问题

由于在发生啃轨时会产生剧烈的震动，另外钢轨连接处的间隙和接头的不平整，都将造成震动；每次震动都将影响到编码器的数据采集和实际位置不符。并且这种实时的速度补偿会有难以预料的超调或滞后，故利用累积行程的偏差进行主从速度的补偿的方法效果不尽如意。

3  基于车轮与轨道位置关系的最终纠偏方案

3.1  桥架状态

实际上，桥架的车轮与轨道上是否跑偏，左偏或右偏，向左倾斜或向右倾斜是可以实时监控的，跟累积行程不一定完全相关。只要在每个车轮附近与轨道的凸沿相对的位置安装接近开关，检测车轮与轨道的相对位置，根据接近开关信号组合判断出当前桥架的状态。

接近开关的安装位置如图1所示。

（图中：1、2、3、4为接近开关；A为桥架主体；B、C、D、E为桥架行走车轮；a、b为轨道。）

图1 接近开关和桥架位置图

跑偏的4种状态穷举如图2所欧式。

3.2  施耐德大车纠偏功能块

事实上，施耐德的SoMachine自动化配置与编程软件有已经开发成熟且对外开放的大车行走纠偏功能块，可以直接利用，这个功能块可以用于各个基于SoMachine软件的硬件平台，如M218, M241, M251, M258等等。

                                                               图3 纠偏功能块图形

本模块设计非常完善，考虑到了桥架的各种状态和处理方式，包括自动模式和手动模式。

下面以程序的方式对项目实施过程分步进行描述：

（1）硬件配置增补

如上所述，为了表示桥架的状态，需要接近开关作为项目的配置增补。

（2）桥架的状态

如程序，除整体偏左，整体偏右，向右倾斜和向左倾斜外，还有无歪斜和轨道可能太宽两种情形，这两种情形不需要纠偏。

注：定义正转为前行，反转为后退；右变频器/电机为主机，左变频器/电机为从机。
    

（3）功能块接口输入和输出

（4）各种状态时的速度修正

例如：整体偏右时，从机需要加速，在主速度的基础上加上自动纠偏速度；

      整体偏左时，从机需要减速，在主速度的基础上减去自动纠偏速度；

      向右倾斜时，若前行，则从机的速度需要在主速度的基础上加上自动纠偏速度；若后退，则从机的速度需要在主速度的基础上减去自动纠偏速度。

      向左倾斜时，若前行，则从机的速度需要在主速度的基础上减去自动纠偏速度；若后退，则从机的速度需要在主速度的基础上加上自动纠偏速度。

（5）手动时不进行速度修正

（6）手动纠偏

在作业前的准备阶段，利用遥控按钮盒进行手动纠偏，这时不做高速运行，而是仅仅以另外定义的纠偏速度进行左右调整。

例如：桥架向左倾斜时，可以以另外定义的纠偏速度让主机前行，让从机后退来进行对位操作。

（7）主速度与纠偏叠加速度的确定

根据使用方的要求，我们设置了三档主速度，分别为20Hz、30Hz和45Hz。纠偏时叠加的速度较关键，若是太小则纠偏太慢，以可能出现啃轨；若是太大则行车运行时晃动较大，不够平稳。经测试，取主速度的10%比较合适。

4  结论

施耐德御程家族ATV930系列是一款新型的用于采矿冶金、污水水理、石油化工、食品饮料以及机械制造等行业的变频器，功能强大，调试方便；施耐德M241等基于SoMachine平台的控制器集成了很多适用于各种应用的功能块，编程简单，维护方便。本改造项目结合两者之优势，实施周期短，运行效果好，业主表示满意，顺利通过验收。

作者简介：

李勇忺，男，1975年出生于四川省西充县，1994年于成都电子科大电子技术专业毕业。

从事施耐德工业自动化调试10余年，调试过：起重行业、包装行业、木工机械行业、水处理行业、工业用水、食品机械 等行业。

现在职成都众业达电器有限责任公司自动化工程师。