戴毅斌 陶慶永 李其全 將驁寰

江蘇蘇港智能裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司

1 引言

四繩抓斗是港口散貨碼頭常見的裝卸屬具,存在3個(gè)方面的主要問題:①抓斗上升過程中,由于抓斗閉斗不嚴(yán),造成灑料;②抓斗上升過程中,由于開閉電機(jī)速度或轉(zhuǎn)矩比起升電機(jī)快,造成開閉機(jī)構(gòu)元器件維修率高、故障率高;③抓斗開閉操作是司機(jī)手動(dòng)完成,對(duì)司機(jī)依賴度高,智能化、自動(dòng)化程度低。

抓斗開閉控制更多依靠司機(jī)的經(jīng)驗(yàn),通過觀察鋼絲繩的狀態(tài)或抓斗閉合程度實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開閉斗。抓斗在上升過程中,沒有應(yīng)用自動(dòng)追繩技術(shù),抓斗灑料或僅依靠開閉電機(jī)提升重物是散貨碼頭普遍存在的現(xiàn)象。為了改善這種情況,可讓開閉機(jī)構(gòu)比起升機(jī)構(gòu)多上升一段鋼絲繩,或設(shè)定開閉機(jī)構(gòu)速度比起升機(jī)構(gòu)速度快,但會(huì)導(dǎo)致開閉機(jī)構(gòu)的元件比起升機(jī)構(gòu)元件磨損得快,大幅提高開閉機(jī)構(gòu)維修率。針對(duì)這種現(xiàn)象,研究基于編碼器技術(shù)的抓斗自動(dòng)追繩控制方法。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方法概述

散貨碼頭常用的四索鋼絲繩抓斗是通過4根獨(dú)立的鋼絲繩分別與起升機(jī)構(gòu)中的支持卷筒和開閉卷筒相連,由支持卷筒和開閉卷筒不同的運(yùn)動(dòng)組合,實(shí)現(xiàn)抓斗的升降和開閉(見圖1)。解決自動(dòng)追繩問題需從支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩的運(yùn)行速度入手。利用編碼器技術(shù),預(yù)設(shè)支持機(jī)構(gòu)鋼絲繩和開閉機(jī)構(gòu)鋼絲繩差值,通過計(jì)算測算出實(shí)際鋼絲繩繩差值,以控制電機(jī)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追繩。

1.支持機(jī)構(gòu)鋼絲繩(支持卷筒) 2.開閉機(jī)構(gòu)鋼絲繩(開閉卷筒)圖1 四索鋼絲繩抓斗

2.2 絕對(duì)值編碼器的安裝

在起升鋼絲繩和開閉鋼絲繩卷筒端部位置分別安裝1個(gè)絕對(duì)值編碼器,用于起升、開閉鋼絲繩位置檢測和標(biāo)定。絕對(duì)值編碼器與增量型編碼器相比,可測量位置和角度,斷電后其位置信息仍然存在,抗干擾性和可靠性都更好[1]。

絕對(duì)值編碼器通過Profiu-DP總線通訊接口與PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,然后通過PLC內(nèi)部設(shè)定好的程序?qū)Ρ惹昂髷?shù)據(jù),由此得出不同鋼絲繩卷筒的旋轉(zhuǎn)角度、速度等運(yùn)行狀況。

2.3 開斗、閉斗設(shè)定及位置標(biāo)定

在抓斗設(shè)定模式下,將抓斗打開到最大位置后,按下“開斗設(shè)定”按鈕,直到開斗設(shè)定指示燈亮,此時(shí)表示開斗設(shè)定完成;將抓斗完全閉合后,按下“閉斗設(shè)定”按鈕,直到閉斗設(shè)定指示燈亮,此時(shí)表示閉斗設(shè)定完成。將閉合的抓斗放到船艙物料表面位置后,按下“物料位置標(biāo)定”按鈕,直到位置標(biāo)定指示燈亮,此時(shí)表示標(biāo)定成功。

在上述設(shè)定過程中,將讀取出3組數(shù)據(jù),這3組數(shù)據(jù)一直儲(chǔ)存在PLC寄存器中,直到本次貨船完全裝卸結(jié)束或司機(jī)重新進(jìn)行抓斗設(shè)定。

第一組數(shù)據(jù)為開斗設(shè)定的數(shù)據(jù),開斗設(shè)定后,將開閉鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值H2設(shè)置為與支持鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值H1相同。

第二組數(shù)據(jù)為閉斗設(shè)定的數(shù)據(jù),閉斗設(shè)定后,將開閉鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值減去支持鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值獲得常數(shù)K,即H2-H1=K。

第三組數(shù)據(jù)為物料位置標(biāo)定的數(shù)據(jù),標(biāo)定后將得到一個(gè)起升高度位置值h1,令H1=h1。

2.4 追繩控制方法

當(dāng)司機(jī)抓斗設(shè)定完成后,進(jìn)入正常抓斗作業(yè)。抓取物料閉斗完成后,抓斗上升到物料位置標(biāo)定位置h1,開始檢測開閉鋼絲繩和支持鋼絲繩的繩差ΔK實(shí)際,即開閉鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值減去支持鋼絲繩卷筒的絕對(duì)值編碼器值,將ΔK實(shí)際與常數(shù)K進(jìn)行比較。

(1)當(dāng)ΔK實(shí)際大于常數(shù)K時(shí),說明開閉鋼絲繩比支持鋼絲繩上升更快,此狀態(tài)下,開閉鋼絲繩將整個(gè)抓斗提拉上升,而支持鋼絲繩只是有上升動(dòng)作指令,卻沒有輸出轉(zhuǎn)矩,整個(gè)抓斗重量全部由開閉電機(jī)承載。如果開閉機(jī)構(gòu)長時(shí)間過載運(yùn)行,將加速開閉機(jī)構(gòu)損壞,大大縮短開閉電機(jī)、開閉鋼絲繩的使用壽命。所以當(dāng)ΔK實(shí)際大于常數(shù)K時(shí),將ΔK實(shí)際減去K的值,作為支持變頻器加速值,直到檢測到ΔK實(shí)際等于常數(shù)K時(shí),解除支持機(jī)構(gòu)加速值指令,此后2套變頻器同步運(yùn)行控制。

(2)當(dāng)ΔK實(shí)際小于常數(shù)K時(shí),說明支持鋼絲繩比開閉鋼絲繩上升更快,此狀態(tài)下,抓斗未閉合緊密,抓斗內(nèi)的物料在抓斗上升過程會(huì)不停地灑漏。所以將K減去ΔK實(shí)際的值,作為開閉變頻器加速值,直到檢測到ΔK實(shí)際等于常數(shù)K時(shí),解除開閉機(jī)構(gòu)加速值指令,此后2套變頻器同步運(yùn)行控制。

(3)當(dāng)ΔK實(shí)際不等于常數(shù)K的持續(xù)時(shí)間超過6 s,說明抓斗抓到硬塊無法閉合,或追繩邏輯控制出現(xiàn)問題,此時(shí)起升機(jī)構(gòu)將報(bào)警停機(jī)處理,司機(jī)根據(jù)抓斗實(shí)際情況,選擇下降開斗操作,將物料放空,重新循環(huán)操作,或者重新進(jìn)行一次抓斗繩差設(shè)定。

(4)當(dāng)ΔK實(shí)際等于常數(shù)K時(shí),說明此時(shí)抓斗閉合屬于理想狀態(tài),PLC程序進(jìn)入同步運(yùn)行控制:將開閉電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和實(shí)際輸出速度作為支持電機(jī)輸入指令,這樣時(shí)刻保持支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩同步上升。將抓斗重量平均分配到2個(gè)電機(jī)負(fù)載上。同時(shí),只要起升高度比設(shè)定的高度值h1高,PLC將不斷檢測ΔK實(shí)際值,出現(xiàn)與常數(shù)K偏差時(shí)就執(zhí)行自動(dòng)追繩指令。

控制邏輯流程圖見圖2。

圖2 邏輯控制方法

3 結(jié)語

該方法簡單實(shí)用,在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過PLC系統(tǒng)采集起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩編碼器數(shù)據(jù)值,通過運(yùn)算、比較實(shí)現(xiàn)抓斗鋼絲繩自動(dòng)追繩控制,整個(gè)過程不需要人工進(jìn)行控制。該方法可對(duì)開閉機(jī)構(gòu)提供有效保護(hù),防止開閉鋼絲繩過載運(yùn)行,從而提高抓斗裝卸的安全性。