基于編碼器技術的抓斗自動追繩控制方法

戴毅斌 陶慶永 李其全 將驁寰

江蘇蘇港智能裝備產業創新中心有限公司

1 引言

四繩抓斗是港口散貨碼頭常見的裝卸屬具,存在3個方面的主要問題:①抓斗上升過程中,由于抓斗閉斗不嚴,造成灑料;②抓斗上升過程中,由于開閉電機速度或轉矩比起升電機快,造成開閉機構元器件維修率高、故障率高;③抓斗開閉操作是司機手動完成,對司機依賴度高,智能化、自動化程度低。

抓斗開閉控制更多依靠司機的經驗,通過觀察鋼絲繩的狀態或抓斗閉合程度實現手動開閉斗。抓斗在上升過程中,沒有應用自動追繩技術,抓斗灑料或僅依靠開閉電機提升重物是散貨碼頭普遍存在的現象。為了改善這種情況,可讓開閉機構比起升機構多上升一段鋼絲繩,或設定開閉機構速度比起升機構速度快,但會導致開閉機構的元件比起升機構元件磨損得快,大幅提高開閉機構維修率。針對這種現象,研究基于編碼器技術的抓斗自動追繩控制方法。

2 方案設計

2.1 方法概述

散貨碼頭常用的四索鋼絲繩抓斗是通過4根獨立的鋼絲繩分別與起升機構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動組合,實現抓斗的升降和開閉(見圖1)。解決自動追繩問題需從支持鋼絲繩和開閉鋼絲繩的運行速度入手。利用編碼器技術,預設支持機構鋼絲繩和開閉機構鋼絲繩差值,通過計算測算出實際鋼絲繩繩差值,以控制電機運行,實現自動追繩。

1.支持機構鋼絲繩(支持卷筒) 2.開閉機構鋼絲繩(開閉卷筒)圖1 四索鋼絲繩抓斗

2.2 絕對值編碼器的安裝

在起升鋼絲繩和開閉鋼絲繩卷筒端部位置分別安裝1個絕對值編碼器,用于起升、開閉鋼絲繩位置檢測和標定。絕對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]。

絕對值編碼器通過Profiu-DP總線通訊接口與PLC實現數據傳輸,然后通過PLC內部設定好的程序對比前后數據,由此得出不同鋼絲繩卷筒的旋轉角度、速度等運行狀況。

2.3 開斗、閉斗設定及位置標定

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

在上述設定過程中,將讀取出3組數據,這3組數據一直儲存在PLC寄存器中,直到本次貨船完全裝卸結束或司機重新進行抓斗設定。

第一組數據為開斗設定的數據,開斗設定后,將開閉鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值H2設置為與支持鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值H1相同。

第二組數據為閉斗設定的數據,閉斗設定后,將開閉鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值減去支持鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值獲得常數K,即H2-H1=K。

第三組數據為物料位置標定的數據,標定后將得到一個起升高度位置值h1,令H1=h1。

2.4 追繩控制方法

當司機抓斗設定完成后,進入正常抓斗作業。抓取物料閉斗完成后,抓斗上升到物料位置標定位置h1,開始檢測開閉鋼絲繩和支持鋼絲繩的繩差ΔK實際,即開閉鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值減去支持鋼絲繩卷筒的絕對值編碼器值,將ΔK實際與常數K進行比較。

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

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

(3)當ΔK實際不等于常數K的持續時間超過6 s,說明抓斗抓到硬塊無法閉合,或追繩邏輯控制出現問題,此時起升機構將報警停機處理,司機根據抓斗實際情況,選擇下降開斗操作,將物料放空,重新循環操作,或者重新進行一次抓斗繩差設定。

(4)當ΔK實際等于常數K時,說明此時抓斗閉合屬于理想狀態,PLC程序進入同步運行控制:將開閉電機實際輸出轉矩和實際輸出速度作為支持電機輸入指令,這樣時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個電機負載上。同時,只要起升高度比設定的高度值h1高,PLC將不斷檢測ΔK實際值,出現與常數K偏差時就執行自動追繩指令。

控制邏輯流程圖見圖2。

圖2 邏輯控制方法

3 結語

該方法簡單實用,在不改變機械結構基礎上,通過PLC系統采集起升機構鋼絲繩編碼器數據值,通過運算、比較實現抓斗鋼絲繩自動追繩控制,整個過程不需要人工進行控制。該方法可對開閉機構提供有效保護,防止開閉鋼絲繩過載運行,從而提高抓斗裝卸的安全性。