1.1設(shè)備在工藝過程中的任務(wù)

　　抓斗吊作業(yè)車間有一個(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)儀來判別抓斗應(yīng)投放位置。

　　 運(yùn)輸車作業(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、大小車的定位準(zhǔn)確度

　　5、稱重裝置

　　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)輸車輛的作業(yè)通道相同與相交。（不得相同，盡量不應(yīng)交）

　　2、畫定運(yùn)輸車輛的運(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、畫定運(yùn)輸車輛在物料池的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)輸車輛在作業(yè)。

　　4、如果抓斗運(yùn)行軌跡與運(yùn)輸車輛通道相交，則相交點(diǎn)設(shè)起重機(jī)位置傳感器與運(yùn)輸車輛激光傳感器，并設(shè)運(yùn)輸車輛通行紅綠燈。

　　當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行到相交點(diǎn)位置傳感 器時(shí)，則運(yùn)輸車輛通道紅燈亮，提醒運(yùn)輸車輛司機(jī)注意避讓。

　　當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行需經(jīng)過相交時(shí)，如有運(yùn)輸車輛在相交點(diǎn)，則激光傳感器控制天車暫停運(yùn)行避讓車輛通過。

　　 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避讓6個(gè)傾卸物料點(diǎn)的作業(yè)車輛。

　　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控制抓斗在避開傾卸物料點(diǎn)的作業(yè)車輛從*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、小車、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)于大車和小車，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：吊車張開的抓斗(無料狀態(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)稱重并記錄該斗物料的重量，開啟抓斗將物料投入到料斗中，自動(dòng)完成投料過程。

　　稱重：抓斗起重機(jī)設(shè)有物料量計(jì)算機(jī)稱重系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳感裝置配有無線傳輸器件，投料時(shí)自動(dòng)稱重、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：操作員點(diǎn)擊“泊車”按鈕，抓斗起重機(jī)張開的抓斗(無料狀態(tài))能自動(dòng)提升至設(shè)定的高度，小車自動(dòng)行走到設(shè)定的位置，大車自動(dòng)行走到泊車位置，抓斗自動(dòng)下降到設(shè)定的高度，自動(dòng)完成泊車的全過程。

　　運(yùn)行行程：在起重機(jī)大車運(yùn)行(X軸)、小車運(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，通過提供可靠、靈活、高性能的監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提升了客戶的投資回報(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)之初就是為了滿足企業(yè)利用單一而完整的系統(tǒng)來進(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以內(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、小車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。下面以大車定位說明，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，因此大車的定位分辨率完全可以滿足±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)行曲線見下圖：

　　大車行走在高速區(qū)時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速加速，全速運(yùn)行，通過編碼器的實(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以內(nèi)，假設(shè)大車速度在2m/min內(nèi)；當(dāng)大車完全到達(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)算出大車的理論*大位移量：2000/60*0.5mm=16mm，可以滿足±20mm的要求。實(shí)踐證明，通過經(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、小車行走時(shí)，大小車加速和減速過程中，防搖功能均起作用。

　　通過該功能，抓斗沒有明顯搖晃，擺幅次數(shù)少于2次，擺角小于1度。

　　3.3 稱重技術(shù)

　　在上位機(jī)上主要是行車稱重?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“稱重管理”界面上有2個(gè)清零按鈕，分別是“A車數(shù)據(jù)清零”，“B車數(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

　　稱重管理界面主要顯示了兩臺(tái)車一天的實(shí)時(shí)信息，分別是：A車，B車，兩車合計(jì)實(shí)時(shí)的重量值。

　　  3.4稱重管理

　　    在報(bào)表打印界面有報(bào)表顯示區(qū)域、查詢的日期時(shí)間選擇和查詢的區(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)的查詢區(qū)間會(huì)顯示當(dāng)時(shí)的日期和該區(qū)間內(nèi)的查詢數(shù)據(jù)。

　　查詢數(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，查詢數(shù)據(jù)出來后用戶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用來顯示所有的列。

　　     Print用來打印查詢出的報(bào)表。

　　     Seting報(bào)表做相關(guān)的設(shè)置。

　　     Refresh用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。

　　     “上”、“下”、“左”、“右”用來在報(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)表查詢顯示

　　     數(shù)據(jù)的備份，該數(shù)據(jù)存在Access數(shù)據(jù)庫中，為防止操作員誤刪，數(shù)據(jù)庫放在C盤的根目錄下，在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，用戶可以將該數(shù)據(jù)庫備份下來進(jìn)行分析。也可以將D盤備份好的空數(shù)據(jù)庫復(fù)制到C盤根目錄下替換。

　　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，大車的左停止和左減速，大車的右停止和右減速，小車的前停止和前減速，后停止和后減速。

　　由編碼器做出來的保護(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上的急停按鈕，用來緊急切斷行車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)停車切勿操作）。

　　為確保在行車上作業(yè)人員的安全，在大車，小車和聯(lián)動(dòng)臺(tái)上各設(shè)有急停按鈕，即有人員上車維護(hù)時(shí)需通過以上按鈕給整臺(tái)車斷電。另外在大車的門上有兩個(gè)門限位，人員上車后如不關(guān)閉大車門，大車機(jī)構(gòu)將無法動(dòng)作。

　　行車的主鉤和小車由變頻器提供相應(yīng)的保護(hù)，出現(xiàn)故障請(qǐng)查詢變頻器面板上的故障代碼。大車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

　　故障報(bào)警

　　該界面用來顯示行車上的故障信息，提示操作人員行車現(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)和大車電機(jī)的故障，大小車防搖故障，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。

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