橋式抓斗卸船機取料模式控制系統的設計

王海群，趙煥章，徐 梅

WANG Hai-qun1, ZHAO Huan-zhang2, XU Mei1

（1. 河北聯合大學 電氣工程學院，唐山 063009；2. 曹妃甸實業港務有限公司，唐山 063200)

0 引言

橋式抓斗卸船機是專業的散貨卸船設備，可以接卸礦石、煤炭等。隨著中國港口行業的高速發展，接卸船舶噸位日益增大，港機的設計能力也在不斷的增大。在需要提高卸船效率的情況下，很多控制系統存在一定的缺陷，或者抓斗抓滿物料，導致嚴重過載；或者抓斗無法抓滿，效率較低。另外，接卸的物料具有多樣性的特點，有的粘度很高，有的含水量很大。因此，針對不同的物料需要不同的卸料模式，研發了橋式抓斗卸船機的淺挖、正常挖和深挖功能以及水料模式和印粉模式的控制系統，將極大程度地提高卸船效率，拓寬了港口對特殊物料的適應性。

1 橋式抓斗卸船機系統概述

橋式抓斗卸船機安裝在碼頭軌道上。卸船時抓斗從船艙內抓取礦石放入漏斗，物料經振動給料器、分叉溜槽卸至碼頭皮帶機，然后通過皮帶機系統送入堆場。橋式抓斗卸船機設置了抓斗起升及開閉機構、小車運行機構、大車行走機構、懸臂俯仰機構、懸臂固定裝置、灑水除塵裝置、繞繩系統、抓斗、漏斗、振動給料機、落料回收裝置、自行式司機室、機器房、電氣室、第二司機室、電氣控制系統、監視及報警系統、供電、照明、防塵、計量以及機器房內的維修起重機、電梯、防火裝置，另外還裝設各種安全保護和指示裝置，如超負荷限止器、單班作業量計量裝置、航空信號燈、風速儀、夾輪器、錨定及防風系纜裝置、電氣保護裝置。

2 橋式抓斗卸船機取料模式的控制要求

橋式抓斗卸船機取料模式的控制要求如圖1所示。以曹妃甸橋式抓斗卸船機設計接卸鐵礦礦石容重2.2t/m3～3.2t/m3，額定64噸的抓斗為例。

首先五種取料模式共同的控制要求。司機室要求有主令手柄，能夠給出抓斗起升、下降、打開、閉合及主小車運行等命令。這些命令通過Profibus從司機室傳輸到PLC，在各種故障檢測和位置連鎖符合要求的情況下，PLC給變頻器發出命令，進而驅動相應的電機完成設定動作。針對放料，要求司機室有振動給料器和艙壁振動器控制按鈕，其信號通過遠程ET200M的I/O模塊采集到PLC中，通過相關連鎖，給艙壁振動電機和振動給料器發送電機運行命令。

在抓取物料方面，設深挖、正常挖和淺挖三個模式。在司機室聯動臺上設置一個四位選擇開關，分別對應三種模式，一個預留。設置深挖程度增減按鈕各一個，每按一下按鈕，給PLC傳送一個增或減信號，進而在程序中對相應的增減量進行處理，每次增減對應總增減量的5%。同時，抓斗深挖量通過司機室CMS顯示，司機可以根據顯示量進行方便的調節。調節完畢進行作業時，若選取深挖模式，則在閉斗時，支持繩自動下降一定的程度，保障抓斗能夠充分下沉，進而抓滿斗。

水料模式、印粉模式和正常物料模式，在司機室設置一個四位選擇開關（一個預留）。正常情況下選擇正常物料模式，當遇到特殊物料時，對應選擇水料或印粉模式。水料和印粉模式比較特殊，需要控制使用頻率，因此，司機室采用這兩種模式后，需要中控室給一個允許信號，否則模式無效。并且每次控制后，需要進行重新選擇，否則模式自動回歸到正常物料模式。

圖1 橋式抓斗卸船機取料模式

3 系統硬件結構設計

橋式抓斗卸船機的控制系統采用的是西門子S7-400系列，由CPU416-2、電源PS407、以太網通訊模塊、數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊、高速計數模塊、ET200通訊模塊、光電耦合器、HUB、工控機及外部的限位、按鈕、主令控制器等檢測輸入裝置組成。該系統共包括12個從站，為司機室控制屏、左操作臺、右操作臺、電氣房PLC屏、電氣房控制屏、大車操作站、漏斗操作站等。PLC通過Profibus通訊與變頻器部分直接連接，互相傳輸數據。通過光電耦合器連接電氣房、司機室等從站，互相傳輸數據。通過光電耦合器與中控室進行遠程數據傳輸。通過以太網連接到HUB，然后通過HUB連接本機無線通訊系統、電氣房工控機和司機室工控機。工控機為本系統的上位機，可以實時監控和修改PLC程序，可以查詢CMS系統。

電氣主回路主要由6KV上機電纜、電纜卷盤、高壓開關柜、主變壓器、輔助變壓器、變頻器和驅動電機組成。

4 系統軟件設計

1) 系統正常物料的軟件設計

正常物料采用深挖、淺挖和正常挖三種模式，其程序流程圖如圖2所示。作業時，司機首先要判斷所抓取物料的密度，根據密度來選擇抓取物料的模式，抓斗抓取物料命令通過變頻器驅動電機實現相關動作。

圖2 取料模式流程圖

2) 水料模式和印粉模式的軟件設計

水料和印粉這兩種物料性質截然相反，前者下料過快，后者易堵斗。這兩種物料的解決方案中都包含一斗一放的作業模式（抓一斗物料放入漏斗，等把漏斗里的物料清空后，然后再抓下一抖物料放入漏斗），只有這樣才能實現正常作業，否則，要么下料不及時，造成漏斗堵塞，要么形成大料頭，直接壓停皮帶。給料模式程序如圖3所示。

圖3 一斗一放的給料模式程序

采取一斗一放的模式控制水料的下落，這樣即使一斗料全部同時落到碼頭皮帶上，壓停皮帶，清料時間也會大大縮短。當然也需要保證物料不灑落到沿線，減輕工人的勞動強度。那么當抓斗往漏斗里放料時，不要一次把抓斗完全打開，而是把抓斗打開一點，放一會物料，然后再開一點，這樣一點一點地控制，直到物料放完為止，這樣可以比較好的控制物料下放速度。在司機室增加一個抓斗開按鈕，每按一下按鈕，抓斗打開命令動作5秒鐘，這樣避免了一斗物料同時涌到皮帶上的狀況。

印粉也需要一斗一放，如果兩三斗料積到一起，漏斗就會堵死，流動性十分不好。需要艙壁振動器投入使用才能在一定程度上把物料震落，但仍然會出現堵斗的現象。經實際調研，發現在開斗瞬間，啟動艙壁振動器，效果會好很多。

漏斗壁上三個振動電機同時控制，分叉上電機走哪條皮帶，就啟動哪個。司機室或者漏斗操作站控制后，電機空開不跳閘，艙壁振動電機運行允許，滿足上述條件后，在艙壁振動電機運行請求命令下，電機接觸器得電吸合，電機運行。其中每按一次，電機運行8秒。當選擇在司機室作業時，選擇印粉模式，當抓斗打開時，艙壁振動器自動得電運行8秒。這樣可以實現物料落到漏斗內的一瞬間，漏斗振動，加快物料下料速度，而又不需要人為去操作艙壁振動器。

5 結束語

橋式抓斗機卸船取料模式控制系統在曹妃甸實業港務有限公司調試完畢后，于2012年5月正式投入使用。在同樣的物料情況下，每斗的循環時間沒有變化，但每斗的滿斗率有了很大的提高，對于比重比較小的料，每斗至少多抓5噸左右，每小時至少提高300噸左右。使平均生產效率達到了1800t/h～2000t/h。結果表明，橋式抓斗卸船機取料模式符合實際工況，能夠有效提高卸船效率，具有很高的實用價值和推廣價值。

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