自動(dòng)垃圾抓斗起重機(jī)電氣控制方案
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1.1設(shè)備在工藝過(guò)程中的任務(wù)
抓斗吊作業(yè)車(chē)間有一個(gè)16M*16M物料池,四個(gè)投料口,用于抓斗從物料池抓取物料按需投放各個(gè)投料口,由運(yùn)輸車(chē)從外面運(yùn)至并傾倒于物料池。
1.2電控設(shè)備的主要組成部分、工作原理
中控室內(nèi)設(shè)有1套上位機(jī),可同時(shí)對(duì)2臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行監(jiān)控,并設(shè)1套聯(lián)動(dòng)臺(tái)用于2臺(tái)(一臺(tái)用一臺(tái)備)起重機(jī)的調(diào)試與手動(dòng)操縱。
起重機(jī)各機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)使用西門(mén)子變頻器,并加裝防搖卡,根據(jù)工藝要求自動(dòng)調(diào)整輸出頻率和電壓,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行中的加減速與抓斗的搖擺控制。
起重機(jī)的控制采用西門(mén)子的觸摸屏和可編序控制器(PLC)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整操作和全自動(dòng)程序控制。
物料池使用施克激光掃描儀來(lái)識(shí)別料位高度,并把信息轉(zhuǎn)送PLC控制抓斗移至高位抓取物料。投料口使用施克超聲波探測(cè)儀來(lái)判別抓斗應(yīng)投放位置。
運(yùn)輸車(chē)作業(yè)通道由激光傳感器做安全防護(hù)。所有設(shè)備之間均以有線或無(wú)線以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳送與監(jiān)控。
1.3控制系統(tǒng)安全防護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)
1、抓斗與運(yùn)輸車(chē)的安全防護(hù)
2、物料池料位的探測(cè)
3、抓斗防傾,防搖,自動(dòng)沉抓
4、大小車(chē)的定位準(zhǔn)確度
5、稱(chēng)重裝置
6、兩臺(tái)起重機(jī)的防撞
2.電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案
2.1解決方案框圖
方案簡(jiǎn)述
如上圖所示,起重機(jī)采用DP現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式,由PLC、變頻器和絕對(duì)值編碼器構(gòu)成整個(gè)通訊系統(tǒng),同時(shí)每臺(tái)起重機(jī)有對(duì)應(yīng)的觸摸屏進(jìn)行操作控制和狀態(tài)顯示。同時(shí),中控室內(nèi)還設(shè)有1套上位機(jī),可同時(shí)對(duì)2臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。上位機(jī),觸摸屏以及PLC之間采用高速以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)監(jiān)控。
2.2自動(dòng)運(yùn)行介紹
2.21抓斗與運(yùn)輸車(chē)輛的安全防護(hù)介紹
1、設(shè)定抓斗從物料池運(yùn)行至各個(gè)料口的運(yùn)行軌跡,使之不應(yīng)與運(yùn)輸車(chē)輛的作業(yè)通道相同與相交。(不得相同,盡量不應(yīng)交)
2、畫(huà)定運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)行作業(yè)通道,使之不應(yīng)與抓斗的運(yùn)行軌跡相同與相交。(不得相同,盡量不應(yīng)交)
3、畫(huà)定運(yùn)輸車(chē)輛在物料池的6個(gè)傾卸物料點(diǎn),由激光傳感器測(cè)定傾卸物料點(diǎn)是否有運(yùn)輸車(chē)輛在作業(yè)。
4、如果抓斗運(yùn)行軌跡與運(yùn)輸車(chē)輛通道相交,則相交點(diǎn)設(shè)起重機(jī)位置傳感器與運(yùn)輸車(chē)輛激光傳感器,并設(shè)運(yùn)輸車(chē)輛通行紅綠燈。
當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行到相交點(diǎn)位置傳感 器時(shí),則運(yùn)輸車(chē)輛通道紅燈亮,提醒運(yùn)輸車(chē)輛司機(jī)注意避讓。
當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行需經(jīng)過(guò)相交時(shí),如有運(yùn)輸車(chē)輛在相交點(diǎn),則激光傳感器控制天車(chē)暫停運(yùn)行避讓車(chē)輛通過(guò)。
5、當(dāng)抓斗吊在物料池抓取物料時(shí),激光傳感器控制天車(chē)避讓6個(gè)傾卸物料點(diǎn)的作業(yè)車(chē)輛。
2.22物料池料位的探測(cè)介紹
物料池料位的高度探測(cè)使用施克激光掃描儀測(cè)定*高位,并經(jīng)PLC控制抓斗在避開(kāi)傾卸物料點(diǎn)的作業(yè)車(chē)輛從*高位抓取物料。
2.23自動(dòng)控制原理和操作介紹:
起重機(jī)大車(chē)、小車(chē)、起升機(jī)構(gòu)均采用變頻驅(qū)動(dòng),對(duì)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行位置數(shù)據(jù)采集均使用旋轉(zhuǎn)編碼器。
起升機(jī)構(gòu)的位置編碼器安裝與卷筒同軸,這樣可以比較直接的檢測(cè)抓斗的下放位置。
對(duì)于大車(chē)和小車(chē),編碼器應(yīng)安裝在特定的檢測(cè)輪上并配有復(fù)位點(diǎn)以消除累積誤差。
可編程控制器(PLC)通過(guò)DP總線讀取編碼器的反饋信號(hào)以計(jì)算各機(jī)構(gòu)當(dāng)前的位置。計(jì)算出抓斗所處的實(shí)際位置,達(dá)到自動(dòng)控制的目的。
具體工藝描述如下:
抓料:吊車(chē)張開(kāi)的抓斗(無(wú)料狀態(tài))能在自動(dòng)控制下運(yùn)行到經(jīng)PLC給定的物料池料位的*高點(diǎn),并下降到抓料的高度,閉合抓斗并下沉抓取物料,完成抓料過(guò)程。抓料不足時(shí)、抓料超重時(shí)在觸摸屏有重量顯示和超重報(bào)警。
投料:吊車(chē)閉合的抓斗(有料狀態(tài))下,由投料口超聲波測(cè)定應(yīng)投口,經(jīng)PLC控制按即定運(yùn)行軌跡運(yùn)行至指定投料口,并下降到投料的高度,自動(dòng)稱(chēng)重并記錄該斗物料的重量,開(kāi)啟抓斗將物料投入到料斗中,自動(dòng)完成投料過(guò)程。
稱(chēng)重:抓斗起重機(jī)設(shè)有物料量計(jì)算機(jī)稱(chēng)重系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳感裝置配有無(wú)線傳輸器件,投料時(shí)自動(dòng)稱(chēng)重、去皮。信號(hào)自動(dòng)傳輸?shù)絇LC并在觸摸屏上顯示。上位機(jī)完成計(jì)量、累計(jì)和打印報(bào)表等作業(yè)。
自動(dòng)泊車(chē):操作員點(diǎn)擊“泊車(chē)”按鈕,抓斗起重機(jī)張開(kāi)的抓斗(無(wú)料狀態(tài))能自動(dòng)提升至設(shè)定的高度,小車(chē)自動(dòng)行走到設(shè)定的位置,大車(chē)自動(dòng)行走到泊車(chē)位置,抓斗自動(dòng)下降到設(shè)定的高度,自動(dòng)完成泊車(chē)的全過(guò)程。
運(yùn)行行程:在起重機(jī)大車(chē)運(yùn)行(X軸)、小車(chē)運(yùn)行(Y軸)、起升機(jī)構(gòu)(Z軸)的適當(dāng)位置裝設(shè)運(yùn)行傳感器,使控制系統(tǒng)準(zhǔn)確了解起重機(jī)(抓斗)的空間位置,自動(dòng)完成尋址工作。在特征點(diǎn)如投料口中心、控制室保護(hù)區(qū)等還設(shè)有行程保護(hù)開(kāi)關(guān),在三維空間的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)地址傳感器,進(jìn)行誤差校正。在區(qū)域的端點(diǎn)設(shè)有常規(guī)的行程限位開(kāi)關(guān)等保護(hù)裝置。上述信息經(jīng)信號(hào)線路傳送到控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)指揮系統(tǒng)PLC中,使控制系統(tǒng)準(zhǔn)確了解起重機(jī)抓斗的空間位置,故障提示及排除辦法。
2.3系統(tǒng)監(jiān)控
2.3.1觸摸屏
單機(jī)觸摸屏選用西門(mén)子電氣TP1200系列的10.2”觸摸屏,該觸摸屏為65536真彩TFT,集成2路RS485協(xié)議接口和1路以太網(wǎng)接口,32M內(nèi)存,可用USB下載程序
2.3.2 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上位機(jī)系統(tǒng)選用西門(mén)子電氣WINCC7.0系列SCADA解決方案。
WINCC7.0 是一個(gè)完全集成的工業(yè)控制解決方案,通過(guò)提供可靠、靈活、高性能的監(jiān)控系統(tǒng),極大地提升了客戶(hù)的投資回報(bào)率。簡(jiǎn)單易用的配置工具和強(qiáng)大的功能使您能夠針對(duì)各種規(guī)模的應(yīng)用進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)并部署解決方案。WINCC7.0 的特性,如全面的冗余、可擴(kuò)展性、以及無(wú)與倫比的靈活性使其在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出。
WINCC7.0提供一個(gè)現(xiàn)成的、完整的系統(tǒng)軟件包,所有的功能都已經(jīng)內(nèi)置,它包含了各種驅(qū)動(dòng)程序和各種擴(kuò)展功能。這些功能緊密結(jié)合在一起,從而使系統(tǒng)具有更**的性能和可靠性。不同于其他的基于 PC 的工業(yè)控制系統(tǒng),WINCC7.0從設(shè)計(jì)之初就是為了滿(mǎn)足企業(yè)利用單一而完整的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行各種規(guī)模、不同復(fù)雜度控制的需求,并保持系統(tǒng)的高性能和高可靠性。
在本方案中,如果僅用于起重機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控,則可使用下面的結(jié)構(gòu):
3功能特點(diǎn)
3.1 高精度定位
大、小車(chē)行走至各工位能準(zhǔn)確定位和主鉤上升、下降位置是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位的關(guān)鍵所在,同時(shí)要求定位精度控制在±20mm以?xún)?nèi)。從經(jīng)濟(jì)性和可靠性出發(fā),我們選用絕對(duì)值編碼器定位技術(shù)方案,每臺(tái)起重機(jī)的大車(chē)、小車(chē)和主鉤分別加裝絕對(duì)值編碼器,用于實(shí)時(shí)檢測(cè)兩機(jī)構(gòu)的位移量。絕對(duì)值編碼器*大的特點(diǎn)是:可以實(shí)時(shí)記憶當(dāng)前位置,即使在系統(tǒng)斷電的情況下也能準(zhǔn)確記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)。有力保證了系統(tǒng)的可靠性。下面以大車(chē)定位說(shuō)明,我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)定位控制,保證±20mm精度要求。
我們選用8位256線編碼器,編碼器裝在大車(chē)隨動(dòng)輪上,對(duì)中安裝。這樣,隨動(dòng)輪每轉(zhuǎn)1周,絕碼器也跟隨轉(zhuǎn)1周,那么絕對(duì)值編碼器每個(gè)脈沖的分辨率為隨動(dòng)輪周長(zhǎng)的1/256。例如:假設(shè)隨動(dòng)輪的周長(zhǎng)1000mm,則分辨率: 1000/256=3.9mm,接近4mm,因此大車(chē)的定位分辨率完全可以滿(mǎn)足±20mm的要求。
在定位控制上,我們采取的伺服控制的多點(diǎn)定位控制技術(shù),運(yùn)行曲線見(jiàn)下圖:
大車(chē)行走在高速區(qū)時(shí),實(shí)現(xiàn)快速加速,全速運(yùn)行,通過(guò)編碼器的實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析可得出當(dāng)大車(chē)接近到達(dá)工位時(shí),變頻器快速減速,以較低的速度進(jìn)行滑行區(qū),以克服起重機(jī)慣性的影響。一般我們將滑行的速度控制在1-2Hz以?xún)?nèi),假設(shè)大車(chē)速度在2m/min內(nèi);當(dāng)大車(chē)完全到達(dá)工位時(shí),系統(tǒng)立即停止變頻器運(yùn)行,抱閘動(dòng)作,整個(gè)動(dòng)作過(guò)程時(shí)間不足0.5秒鐘。在0.5秒內(nèi),我們可以計(jì)算出大車(chē)的理論*大位移量:2000/60*0.5mm=16mm,可以滿(mǎn)足±20mm的要求。實(shí)踐證明,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師調(diào)試,定位精度可以進(jìn)一步提高。
主鉤定位方式因與大車(chē)定位原理一樣,這里不再贅述。
3.2 防搖技術(shù)
本系統(tǒng)的防搖技術(shù)采用電子防搖,電子防搖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。采用ABB專(zhuān)用的防遙功能塊,使得編程簡(jiǎn)單,圖形化編程 ,界面友好。系統(tǒng)的防搖功能可以選擇投入或切除。
大、小車(chē)行走時(shí),大小車(chē)加速和減速過(guò)程中,防搖功能均起作用。
通過(guò)該功能,抓斗沒(méi)有明顯搖晃,擺幅次數(shù)少于2次,擺角小于1度。
3.3 稱(chēng)重技術(shù)
在上位機(jī)上主要是行車(chē)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)可以生成班、日、月的報(bào)表,為防止數(shù)據(jù)溢出,在本系統(tǒng)的“稱(chēng)重管理”界面上有2個(gè)清零按鈕,分別是“A車(chē)數(shù)據(jù)清零”,“B車(chē)數(shù)據(jù)清零”。該按鈕的操作需要有工程師權(quán)限方可清零。
本系統(tǒng)中有三個(gè)操作員權(quán)限,分別是Operator1,Operator2,Operator3。另外還有一個(gè)Engineer的工程師權(quán)限,當(dāng)?shù)顷懙氖遣僮鲉T權(quán)限時(shí),該按鈕將被鎖定,點(diǎn)擊操作將不會(huì)觸發(fā)后臺(tái)的數(shù)據(jù)清零。
清零按鈕
稱(chēng)重管理界面主要顯示了兩臺(tái)車(chē)一天的實(shí)時(shí)信息,分別是:A車(chē),B車(chē),兩車(chē)合計(jì)實(shí)時(shí)的重量值。
3.4稱(chēng)重管理
在報(bào)表打印界面有報(bào)表顯示區(qū)域、查詢(xún)的日期時(shí)間選擇和查詢(xún)的區(qū)間選擇。在進(jìn)入到該界面后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跟隨到當(dāng)日的日期,用戶(hù)也可以根據(jù)需要選擇以前的歷史日期,選擇好后點(diǎn)擊相應(yīng)的查詢(xún)區(qū)間會(huì)顯示當(dāng)時(shí)的日期和該區(qū)間內(nèi)的查詢(xún)數(shù)據(jù)。
查詢(xún)數(shù)據(jù)選擇
在報(bào)表的顯示區(qū)域顯示數(shù)據(jù)管理的相應(yīng)操作按鈕,查詢(xún)數(shù)據(jù)出來(lái)后用戶(hù)可以用以上的按鈕對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
Download和Upload進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳和下載。
HideCols用來(lái)隱藏相應(yīng)的列,在打印時(shí)可根據(jù)實(shí)際需求隱藏相應(yīng)的列從而篩選出自己想要的打印數(shù)據(jù)。
Showall用來(lái)顯示所有的列。
Print用來(lái)打印查詢(xún)出的報(bào)表。
Seting報(bào)表做相關(guān)的設(shè)置。
Refresh用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。
“上”、“下”、“左”、“右”用來(lái)在報(bào)表上進(jìn)行移位操作。
另外報(bào)表具備排序功能,用戶(hù)可以選擇相應(yīng)的列,以該列的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)正序和反序的排序。
報(bào)表查詢(xún)顯示
數(shù)據(jù)的備份,該數(shù)據(jù)存在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中,為防止操作員誤刪,數(shù)據(jù)庫(kù)放在C盤(pán)的根目錄下,在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,用戶(hù)可以將該數(shù)據(jù)庫(kù)備份下來(lái)進(jìn)行分析。也可以將D盤(pán)備份好的空數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制到C盤(pán)根目錄下替換。
3.5限位及保護(hù)
在起重機(jī)上必要的限位和保護(hù)是行車(chē)正常工作的必要前提。
本臺(tái)起重機(jī)的保護(hù)有主鉤的上限位,下限位,大車(chē)的左停止和左減速,大車(chē)的右停止和右減速,小車(chē)的前停止和前減速,后停止和后減速。
由編碼器做出來(lái)的保護(hù)有主鉤的上減速限位,坑內(nèi)的前停止和前減速,坑內(nèi)的左停止和左減速和右停止和右減速。另外在由坑內(nèi)向坑外移動(dòng)時(shí)會(huì)有一個(gè)主鉤的高度限制,防止抓斗未提到一定高度而越坑。
為應(yīng)對(duì)緊急情況的出現(xiàn),在聯(lián)動(dòng)臺(tái)上有一個(gè)帶防護(hù)罩的急停按鈕和柜門(mén)上的急停按鈕,用來(lái)緊急切斷行車(chē)的總電源即總斷路器的分勵(lì)脫扣機(jī)構(gòu)(此急停為應(yīng)對(duì)緊急情況,平時(shí)停車(chē)切勿操作)。
為確保在行車(chē)上作業(yè)人員的安全,在大車(chē),小車(chē)和聯(lián)動(dòng)臺(tái)上各設(shè)有急停按鈕,即有人員上車(chē)維護(hù)時(shí)需通過(guò)以上按鈕給整臺(tái)車(chē)斷電。另外在大車(chē)的門(mén)上有兩個(gè)門(mén)限位,人員上車(chē)后如不關(guān)閉大車(chē)門(mén),大車(chē)機(jī)構(gòu)將無(wú)法動(dòng)作。
行車(chē)的主鉤和小車(chē)由變頻器提供相應(yīng)的保護(hù),出現(xiàn)故障請(qǐng)查詢(xún)變頻器面板上的故障代碼。大車(chē)和油泵由熱繼電器進(jìn)行保護(hù),當(dāng)熱繼電器動(dòng)作時(shí)請(qǐng)檢查該機(jī)構(gòu)的工作情況然后給熱繼電器復(fù)位。
3.6一般故障與處理
故 障 名 稱(chēng)(代碼) | 發(fā) 生 故 障 原 因及處理方法 |
1 起重機(jī)無(wú)法送電合閘 |
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2 主鉤不會(huì)工作 |
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3 主鉤沒(méi)有高速 |
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4 小車(chē)不會(huì)工作 |
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5大車(chē)不會(huì)工作 |
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6 抓斗不能動(dòng)作 |
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7 防搖效果不明顯 |
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8 機(jī)構(gòu)的位置與觸摸屏上的位置有明顯的偏差 |
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故障報(bào)警
該界面用來(lái)顯示行車(chē)上的故障信息,提示操作人員行車(chē)現(xiàn)在的狀態(tài)。主要的故障有:各個(gè)急停的動(dòng)作,三項(xiàng)保護(hù)器,各機(jī)構(gòu)變頻器和編碼器的故障信息,鋼絲繩防跳的故障,抓斗電機(jī)和大車(chē)電機(jī)的故障,大小車(chē)防搖故障,防傾斜下限提示和各個(gè)機(jī)構(gòu)的編碼器數(shù)據(jù)偏差過(guò)大報(bào)警。
一般的故障報(bào)警后,操作員需先查看相應(yīng)設(shè)備的實(shí)際情況,并記錄相應(yīng)的故障信息和故障代碼為維護(hù)人員提供幫助,然后按故障復(fù)位鍵進(jìn)行復(fù)位。如果復(fù)位不了,請(qǐng)通知相應(yīng)的維護(hù)人員進(jìn)行處理。
在這里編碼器數(shù)據(jù)偏差過(guò)大時(shí)依據(jù)各機(jī)構(gòu)限位所在該坐標(biāo)的位置確定的,當(dāng)超出范圍時(shí),請(qǐng)檢查相應(yīng)的編碼器復(fù)位限位是否工作正常。