基于智能控制的門座起重機多工況快速切換系統

柳 堯

江蘇蘇港智能裝備產業創新中心有限公司

1 引言

門座起重機(以下簡稱門機)是目前港口散貨碼頭裝卸流程中普遍應用的重要設備。在貨物種類多樣的碼頭,為了滿足多種貨物裝卸要求,需配置不同裝卸類型、不同裝卸工況的門座起重機,導致運營成本增加、不常用的門機設備易損壞等后果。因此,研發一種門機多工況快速切換系統,對實現一機多用具有現實意義。

2 系統方案設計

2.1 硬件配置

系統由吊具電纜卷筒、多芯吊具電纜、電磁吸盤、液壓抓斗、集裝箱吊具、全自動智能切換控制柜、吊具電纜插頭、插座、工況設備接線箱等部分組成。

2.1.1 吊具電纜卷筒和多芯吊具電纜

在門機象鼻梁的位置安裝一套電纜卷筒裝置,通過安裝絕對值編碼器與變頻器實現通訊控制,將起升機構鋼絲繩的速度信號傳遞給電纜卷筒系統,從而保證吊具電纜卷筒中多芯控制電纜隨起升鋼絲繩同步上下,避免電纜磨損。多芯吊具電纜的纜芯數與集裝箱吊具控制系統信號線的纜芯數相等,并作為公共電纜,具體形式見圖1。

1.吊具電纜卷筒 2.吊具控制多芯電纜圖1 吊具電纜卷筒和吊具電纜

2.1.2 電磁吸盤與液壓抓斗

電磁吸盤通過使內部線圈接通直流電源產生磁力,經過導磁面板,將接觸在面板表面的鋼材吸住;線圈失電,磁力消失,從而取下鋼材。

液壓抓斗是通過液壓泵為液壓油缸提供動力,從而驅動多個顎板的開合抓取和卸出散狀物料的一種吊具裝置。外部提供AC 380 V電源給液壓泵,當接通正向電時,液壓泵閉斗,由于液壓泵有保壓、泄壓保護裝置,閉斗通電11 s后斷開電源;當接通反向電時,液壓泵開斗,散放貨物,同樣通電11 s后斷開,進入下一次循環裝卸作業。具體原理圖見圖2。

圖2 液壓抓斗原理圖

2.1.3 集裝箱吊具

集裝箱吊具通過其端部橫梁四角的旋鎖與集裝箱的頂角配件連接,由司機操作控制旋鎖的開閉、導板上下、吊具旋轉等動作,進行集裝箱裝卸作業。在門機上配置的集裝箱吊具一般為電液驅動的全自動旋轉式伸縮吊具,吊具采用伸縮雙箱梁結構,能滿足20 ft、40 ft國際標準集裝箱的裝卸。吊具具有旋轉和平移調心功能,旋轉速度不低于1 r/min,左右平移調心范圍為±1 200 mm。吊具鎖銷(旋鎖)采用高強度合金鋼制造,設計電氣和機械聯鎖裝置,即當鎖銷位置不到位時,吊具不能起升;鎖銷沒有完全插入集裝箱角配件情況下,鎖銷不能轉動;部分旋鎖鎖在鎖孔外部時,吊具不能起升;開鎖狀態下,出現旋鎖掛到障礙物時,吊具不能起升。吊具四角和中部位置還設有導板裝置,方便司機快速對其鎖孔鎖銷進行操作。具體接口見表1。

表1 集裝箱吊具控制與門機PLC通訊接口

2.1.4 全自動智能切換控制柜

在門機電氣房設置一個吊具電纜全自動智能切換控制柜,在各不同工況的設備上配置接線箱,可根據不同工況,自動切換所需的吊具電纜控制回路。

吊具電纜插頭采用魏德米勒56芯插頭,并在各個工況設備上配置相對應的插座。

切換控制柜內設置3組插排,其輸出端的接線端子與多芯吊具電纜的纜芯一一對應連接。其中第一插排的輸入端與電磁吸盤控制系統的電磁鐵直流電源線連接,第二插排的輸入端與液壓抓斗控制系統的液壓泵交流電源線連接,第三插排的輸入端與集裝箱吊具控制系統的信號線連接。第一、第二、第三插排和多芯吊具電纜的各路分支電路上分別設有接觸器,PLC通過不同的中間繼電器分別控制各分支電路上接觸器的通斷。

2.2 方案實施

在常規機械式抓斗或吊鉤裝卸門機的基礎上,對電路結構進行改進,實現電磁吸盤、液壓抓斗和集裝箱吊具等不同工況快速切換的功能。將原有電磁吸盤、液壓抓斗和集裝箱吊具的直流回路、交流回路、信號回路,通過匯流排拆分成多芯回路,到達設備端后,再將拆分的多芯回路按原有規律匯總在一起,從而實現在多工況之間進行快速切換。具體原理見圖3。

圖3 全自動智能切換控制原理圖

2.2.1 電磁吸盤控制方案

切換柜第一插排將2芯的電磁鐵直流電源線信號拆分成了56芯電纜信號,其中電磁鐵直流電源線信號的P相和N相分配的芯數相等,P相通過第一匯流排拆分成了第1～27芯,N相通過第一匯流排拆分成了第28～54芯,第55芯和第56芯設為一個信號反饋點和一個信號公共點。上述電纜經過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中。電磁吸盤接線箱內設有與多芯吊具電纜連接的第四插排,通過第四插排將多芯電纜信號再次匯流為2芯的電磁鐵直流電源線信號,接入電磁吸盤的控制回路。電磁吸盤上設有多芯插座,與電纜卷筒上的多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和電磁吸盤的接線箱。具體方案接線圖見圖4。

圖4 電磁吸盤方案接線圖

2.2.2 液壓抓斗控制方案

切換柜第二插排將3芯的液壓泵交流電源線信號拆分成了56芯電纜信號,其中液壓泵交流電源線U相、V相和W相分配的電纜芯數相等,U相通過第二匯流排拆分成第1～18芯,V相通過第二匯流排拆分成第19～36芯,W相通過第二匯流排拆分成37～54芯,第55芯和第56芯設為一個信號反饋點和一個信號公共點。上述電纜經過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中,液壓抓斗接線箱內設有與多芯吊具電纜連接的第五插排,通過第五插排將多芯電纜信號匯流為3芯的液壓泵交流電源線信號,接入液壓抓斗的控制回路;液壓抓斗上設有多芯插座,多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和液壓抓斗的接線箱。具體方案接線圖見圖5。

圖5 液壓抓斗方案接線圖

2.2.3 集裝箱吊具控制方案

切換柜第三插排將集裝箱吊具控制信號線拆分為56芯電纜信號,經過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中。集裝箱吊具接線箱內設有與多芯吊具電纜連接的第六插排,通過第六插排將多芯電纜信號根據圖紙設計的1～56芯接線順序接入集裝箱吊具的控制回路。集裝箱吊具上設有多芯插座,與多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和集裝箱吊具的接線箱。具體方案接線圖見圖6。

3 控制操作流程

在門機司機室左聯動臺上設有多種工況的選擇開關,包括抓斗、吊鉤、液壓抓斗、電磁吸盤、集裝箱吊具。

(1)選擇“抓斗或吊鉤”工況時,通過吊具電纜卷筒手動操作按鈕“吊具收纜”,將吊具電纜收到指定位置,并通過回插裝置固定。回插裝置設有限位保護,只有吊具電纜固定到位后,抓斗或吊鉤工況才能正常運行作業;回插裝置不固定到位,則起升機構無法運行,防止吊具電纜插頭劇烈晃動或插頭進水而損壞吊具電纜。

(2)當選擇“電磁吸盤”工況時,通過吊具電纜卷筒手動操作按鈕“吊具放纜”,將吊具電纜放至地面電磁鐵附近,將吊具電纜插頭插入電磁鐵上電纜插座,接通電磁吸盤系統電源,斷開液壓抓斗電源和集裝箱吊具電源。當電磁鐵上插座連接信號反饋正常時,PLC輸出中繼C410K2運行信號,電磁吸盤吊具電纜回路的Y2KM1～Y2KM18接觸器吸合,電磁吸盤系統處于正常狀態,可進行裝卸作業。

(3)選擇“液壓抓斗”工況時,操作“吊具放纜”按鈕,將吊具電纜放至地面液壓抓斗附近,將吊具電纜插頭插入液壓抓斗上電纜插座,接通液壓抓斗系統電源,斷開電磁吸盤電源和集裝箱吊具電源。當液壓抓斗上插座連接信號反饋正常時,PLC輸出中繼C40K1運行信號,液壓抓斗吊具電纜回路的Y1KM1～Y1KM18接觸器吸合,液壓抓斗系統處于正常狀態,可進行裝卸作業。

(4)選擇“集裝箱吊具”工況時,操作“吊具放纜”按鈕,將吊具電纜放至地面集裝箱吊具附近,將吊具電纜插頭插入吊具上電纜插座,接通集裝箱吊具系統電源,斷開電磁吸盤電源和液壓抓斗電源。當吊具上插座連接信號反饋正常時,PLC輸出中繼C40K3運行信號,集裝箱吊具吊具電纜回路的Y3KM1～Y3KM18接觸器吸合,吊具系統正常,可進行裝卸作業。

(5)當工況選擇、電源空開反饋信號、插座連接反饋信號三者不一致時,吊具電纜回路接觸器就不吸合,防止燒壞元件或線路。吊具電纜切換控制回路原理圖見圖7。

圖7 吊具電纜回路自動智能切換控制回路原理圖

4 結語

經測試,該系統無需更換線路,全自動智能快速切換不同工況設備的電纜線路,對不同物料進行裝卸作業;操作安全、快捷,可減少生產成本,避免單功能設備長期不工作造成的資源浪費以及設備損壞。