肖自立（西門(mén)子工廠自動(dòng)化工程有限公司上海第一分公司，上海 200023）

1 概述

最近這幾年，包括中國(guó)在內(nèi)的全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)制造業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)電能的消耗需求非常旺盛，很多大型電廠紛紛上馬。由于電廠發(fā)電每天要燃燒大量的煤發(fā)電，燃料煤是用大型運(yùn)輸船通過(guò)海上運(yùn)輸?shù)桨?，然后通過(guò)岸上設(shè)備把煤從船倉(cāng)里卸到岸上運(yùn)輸皮帶輸送到中央燃燒室，卸船機(jī)是碼頭前沿的重大接卸設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)工作效率起著重要的作用，因此各大港口為達(dá)到系統(tǒng)最大生產(chǎn)率，均按碼頭可?？孔畲蟠鸵筮x用高效、可靠的卸船機(jī)。由江蘇海隆公司制造的馬來(lái)西亞LBT港口生產(chǎn)的4000T/h抓斗式卸船機(jī)上的電氣系統(tǒng)采用西門(mén)子的新一代起重機(jī)電控系統(tǒng)SIMOCRANE，并由西門(mén)子負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試。而業(yè)主馬來(lái)西亞LBT港口是專門(mén)服務(wù)于TNBJ發(fā)電廠的碼頭，年吞吐量為6百萬(wàn)噸煤，因發(fā)電廠在目前3×700MW機(jī)組的基礎(chǔ)上增加了1×1000MW機(jī)組，煤吞吐量相應(yīng)增加，促使LBT港口對(duì)其現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)建。經(jīng)過(guò)多次國(guó)外調(diào)研考察，最后從中國(guó)引進(jìn)了江蘇海隆公司制造的4000T/h抓斗式卸船機(jī)，也是目前世界最大容量的卸船機(jī)，它最大生產(chǎn)效率達(dá)到4400T/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)市場(chǎng)上1500～2500T/h的常規(guī)卸船機(jī)作業(yè)效率。

圖1 卸船機(jī)整體結(jié)構(gòu)

圖2 電氣房

圖1是卸船機(jī)全景圖，我們可以看到卸船機(jī)整機(jī)可以在碼頭地面軌道上移動(dòng)（大車(chē)位移），抓斗最大抓取重量為63噸，可以在機(jī)器橫梁軌道上移動(dòng)（小車(chē)位移），抓斗上升下降（起升位移）及抓斗開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)，（實(shí)際上還有前大梁抬起俯仰機(jī)構(gòu)，由于非本篇文章論述重點(diǎn)，所以以下省略），表1為該卸船機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)。

表1 卸船機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

圖2是卸船機(jī)電氣房里的電氣控制柜，電氣房里安裝有中壓柜、變壓器、驅(qū)動(dòng)柜及低壓控制柜。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

卸船機(jī)的電控系統(tǒng)主要由控制和驅(qū)動(dòng)兩部分組成，本卸船機(jī)通過(guò)高壓電纜卷盤(pán)將地面的6kV的高壓電引入設(shè)備，經(jīng)過(guò)中壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行控制、保護(hù)，然后通過(guò)1臺(tái)3500kVA雙繞組的主中壓變壓器將6kV中壓電變?yōu)?80V低壓電為主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，通過(guò)1臺(tái)400kVA雙繞組輔助中壓變器器將6kV中壓電變?yōu)?00V低壓電為輔助回路供電。

圖3 卸船機(jī)交流系統(tǒng)主回路

如圖3所示，主驅(qū)動(dòng)回路包括ALM、起升、開(kāi)閉、小車(chē)、俯仰和大車(chē)機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)由3臺(tái)900kW ALM并聯(lián)和6臺(tái)逆變器驅(qū)動(dòng)組成，小車(chē)和俯仰共用1臺(tái)逆變器。如果10個(gè)交流驅(qū)動(dòng)沒(méi)有故障，CMS（起重機(jī)管理系統(tǒng)）沒(méi)有相應(yīng)的故障顯示，卸船機(jī)可以開(kāi)機(jī)運(yùn)行。

在緊急狀況下，可以通過(guò)按下分布在卸船機(jī)不同部位的急停開(kāi)關(guān)來(lái)停機(jī)，急停開(kāi)關(guān)安裝在司機(jī)室、電氣房、機(jī)房、俯仰操作室、大車(chē)門(mén)腿、前大梁等明顯部位，在急停時(shí)所有的抱閘立刻抱死，所有驅(qū)動(dòng)關(guān)閉，經(jīng)過(guò)300ms延時(shí)后主負(fù)荷開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。同時(shí)，故障可以通過(guò)司機(jī)室、電氣房、機(jī)房、俯仰操作室的復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位時(shí)操作手柄必須處于零位狀態(tài)。

圖4 卸船機(jī)控制系統(tǒng)回路

如圖4所示，控制方面，卸船機(jī)的PLC網(wǎng)絡(luò)由西門(mén)子S7 PLC S7 414-3 CPU 和Simotion D435以及ET-200M從站構(gòu)成硬件系統(tǒng)。CPU安裝在電氣房的PLC柜中，交流驅(qū)動(dòng)逆變器通過(guò)Drive-CliQ總線連接到Simotion D435上，D435經(jīng)由Profibus連接到PLC，速度給定值、控制字和狀態(tài)字通過(guò)Profibus數(shù)據(jù)總線傳輸。

Profibus數(shù)據(jù)總線的波特率為1.5MB/S，Drive-CliQ數(shù)據(jù)總線的波特率為12MB/S， 電氣房的所有ET-200M站和本地操作站通過(guò)Profibus連接到CPU，司機(jī)室及俯仰操作室的ET-200M站分別通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊（OLM）以及光纜連接到CPU。

中央控制器CPU通過(guò)I/O模塊將信號(hào)在外設(shè)之間傳輸，或通過(guò)繼電器將信號(hào)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。

CPU上帶有Profinet接口，通過(guò)以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)PLC和CMS之間的通訊。如CMS沒(méi)有連接或停止，卸船機(jī)的操作不會(huì)受到影響。CMS裝有STEP7編程軟件用于維護(hù)以及故障查找。

3 抓斗功能實(shí)現(xiàn)原理及程序設(shè)計(jì)

起升機(jī)構(gòu)和開(kāi)閉機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行抓斗的開(kāi)閉動(dòng)作，由兩個(gè)起升電機(jī)和兩個(gè)開(kāi)閉電機(jī)組成，當(dāng)這四個(gè)電機(jī)中的任何一個(gè)電機(jī)因?yàn)楣收蠠o(wú)法運(yùn)行的時(shí)候，都可以通過(guò)設(shè)置在電氣房WinCC中的旁路進(jìn)行旁路操作，以保證機(jī)構(gòu)能應(yīng)急運(yùn)行。但此時(shí)必須在閉斗的情況下才能正常運(yùn)行。

卸船機(jī)的起升機(jī)構(gòu)有兩個(gè)基本功能：

（1）與開(kāi)閉機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)抓斗的閉合，抓斗靠自重打開(kāi)。

（2）與開(kāi)閉機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)抓斗在卸船機(jī)高度方向上下運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)抓斗沒(méi)有張開(kāi)或閉合動(dòng)作時(shí)，抓斗上升或下降的過(guò)程中起升和開(kāi)閉以同樣的速度上升或下降。當(dāng)開(kāi)斗或閉斗時(shí)起升開(kāi)閉運(yùn)行在不同的速度。

在閉斗過(guò)程中，起升的運(yùn)行并沒(méi)有同步進(jìn)行，這樣會(huì)導(dǎo)致起升鋼絲繩的松弛，抓斗閉合之后，開(kāi)始起升時(shí)鋼絲繩會(huì)自動(dòng)張緊，通過(guò)調(diào)整PLC程序參數(shù)值松繩控制功能塊的相關(guān)數(shù)值可以調(diào)整鋼絲繩張緊速度；調(diào)整起升的力矩。如果起升力矩值超過(guò)設(shè)定值，抓斗在閉斗過(guò)程中允許下陷，為了防止在閉斗過(guò)程中抓斗下陷過(guò)快，起升下降的速度必須限制在全速的10%。

起升機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行的三種基本操作模式：

（1）外部控制箱上進(jìn)行的點(diǎn)動(dòng)操作；

（2）司機(jī)室操作臺(tái)上通過(guò)手柄進(jìn)行的手動(dòng)操作；

（3）司機(jī)室操作臺(tái)上進(jìn)行的自動(dòng)操作。

對(duì)于抓斗部分，整個(gè)機(jī)構(gòu)由四根鋼絲繩牽引控制，兩根為起升鋼絲繩分別纏繞在起升卷筒1、2上由起升機(jī)構(gòu)電機(jī)控制，兩根為開(kāi)閉鋼絲繩分別纏繞在開(kāi)閉卷筒3、4上由開(kāi)閉機(jī)構(gòu)電機(jī)控制，如圖5所示。

圖5 卸船機(jī)機(jī)械四卷筒驅(qū)動(dòng)

工作時(shí)，如果起升電機(jī)不動(dòng)，開(kāi)閉電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)通過(guò)開(kāi)閉卷筒收緊抓斗兩根開(kāi)閉鋼絲繩使抓斗閉斗，如開(kāi)閉電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，抓斗上開(kāi)閉鋼絲繩放松，抓斗斗心在重力作用下開(kāi)斗。

如果起升，開(kāi)閉電機(jī)同時(shí)正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)收緊四根鋼絲繩時(shí)，整個(gè)抓斗在鋼絲繩作用下做上升運(yùn)動(dòng)，如果起升，開(kāi)閉電機(jī)同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)放松四根鋼絲繩時(shí)，整個(gè)抓斗在重力作用下下降。

當(dāng)抓斗在載堆上閉斗取料時(shí)，起升鋼絲繩會(huì)松弛；在抓斗完全閉合之后起升鋼絲繩會(huì)自動(dòng)繃緊一直到完全繃緊。但有些情況下（這取決于物料的品種）如果起升鋼絲繩過(guò)于松弛，起升鋼絲繩上的張力太小，有可能會(huì)導(dǎo)致閉斗時(shí)抓斗在物料中挖入太深的危險(xiǎn)，就要求使抓斗的起升鋼絲繩繃緊，抓斗將不會(huì)進(jìn)一步下沉。

松繩補(bǔ)償功能僅適用于閉斗時(shí)起升鋼絲繩繃緊的情況，如果是起升或下降過(guò)程中發(fā)現(xiàn)起升或開(kāi)閉鋼絲繩松弛時(shí)，應(yīng)重新設(shè)定合適的開(kāi)閉斗位置。

（1）電流平衡

如上所述，當(dāng)抓斗上升下降時(shí)，起升、開(kāi)閉兩個(gè)電機(jī)同時(shí)工作，四根鋼絲繩同時(shí)放松或收緊，否則抓斗中的將會(huì)將在空中撒漏出來(lái)，因此此時(shí)一定要保證起升、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)速度同步。同時(shí)，抓斗及斗中煤重量必須同時(shí)均衡地被起升、開(kāi)閉四根鋼絲繩分?jǐn)?，否則幾根鋼絲繩單獨(dú)受力會(huì)有被拉斷的危險(xiǎn)，所以為了保證四根鋼絲繩受力均衡，必須做起升、開(kāi)閉電流平衡。

圖6為卸船機(jī)起升，開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部控制邏輯圖，上半部分為起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部邏輯控制圖，下半部分為開(kāi)閉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部邏輯控制圖，兩機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)Simotion通訊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖6 卸船機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部控制邏輯圖

無(wú)論是起升還是開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器，它們接收起升手柄速度給定信號(hào)，經(jīng)過(guò)斜波發(fā)生器后進(jìn)行速度PID調(diào)節(jié)，后進(jìn)入電流環(huán)進(jìn)行力矩調(diào)節(jié)，最后通過(guò)門(mén)級(jí)觸發(fā)回路對(duì)電機(jī)供電電源進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制后去控制電機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩，同時(shí)，通過(guò)用速度編碼器采集實(shí)際電機(jī)速度反饋與速度給定形成閉環(huán)控制。

當(dāng)抓斗上升，下降時(shí)，速度同步指令使能，雖然開(kāi)閉手柄速度為零，但開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器速度輸入通道同時(shí)接受起升機(jī)構(gòu)傳輸過(guò)來(lái)的起升速度值，即此時(shí)起升，開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器速度給定值一樣，通過(guò)各自速度閉環(huán)后，實(shí)際速度保持一致，從而達(dá)到速度同步。

同時(shí)，電流平衡指令使能，起升驅(qū)動(dòng)器將起升電流給定值（在速度調(diào)節(jié)器后端、電流調(diào)節(jié)器前端）傳給開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器，在開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器中，將傳輸過(guò)來(lái)的起升電流值與開(kāi)閉自身電流進(jìn)行比較，差值作為一個(gè)用戶自定義PID調(diào)節(jié)器輸入進(jìn)行PID調(diào)節(jié)積分（調(diào)節(jié)器增益、積分參數(shù)需在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整），調(diào)節(jié)器輸出值進(jìn)入開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)器速度調(diào)節(jié)器，當(dāng)起升電流大于開(kāi)閉電流時(shí)，PID調(diào)節(jié)器輸出為負(fù)值，開(kāi)閉速度調(diào)節(jié)器輸入增加一正量，導(dǎo)致速度調(diào)節(jié)器輸出增加，及開(kāi)閉電流增加，當(dāng)開(kāi)閉電流增加到與起升電流相同時(shí)，即此時(shí)PID調(diào)節(jié)器輸入為零，輸出為恒定，此時(shí)開(kāi)閉電流保持恒定與起升電流一致。反之，當(dāng)起升電流小于開(kāi)閉電流時(shí)，PID調(diào)節(jié)器輸出為正值，開(kāi)閉速度調(diào)節(jié)器增加一負(fù)量，導(dǎo)致速度調(diào)節(jié)器輸出減少，及開(kāi)閉電流減少，當(dāng)開(kāi)閉電流減少到與起升電流相同時(shí)，即此時(shí)PID調(diào)節(jié)器輸入為零，輸出為恒定，此時(shí)開(kāi)閉電流保持恒定與起升電流一致。所以，在PID調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)下，起升、開(kāi)閉電流一直保持平衡。從而實(shí)現(xiàn)電流平衡功能。

在軟件編程中，使用控制器中D C C 功能模塊“D C C_CurrentEqualControl”進(jìn)行對(duì)應(yīng)功能設(shè)定，首先比較起升機(jī)構(gòu)和開(kāi)閉機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速控制生成的電流設(shè)定值，其差值通過(guò)一個(gè)PI控制器加到開(kāi)閉機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值上。實(shí)現(xiàn)電流平衡的PI控制器可以通過(guò)P增益和積分時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)。功能引腳如圖7所示。

圖7 電流平衡軟件功能塊

通過(guò)使用該功能模塊，它可以監(jiān)控主從力矩控制中總電流是否均勻地分配到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)上。在起重機(jī)運(yùn)行中，總電流通常不能均衡分配，系統(tǒng)會(huì)比較主機(jī)和從機(jī)的設(shè)定電流，如果主機(jī)和從機(jī)設(shè)定電流之間的差值超過(guò)設(shè)定的偏差和時(shí)間，則在應(yīng)用狀態(tài)字1 中的第3位“boFaultCurrentMonitoring”被置位，具體參數(shù)含義見(jiàn)表2說(shuō)明。

表2 模塊參數(shù)含義表

（2）松繩控制

抓斗在船艙中進(jìn)行抓料作業(yè)時(shí)，如果簡(jiǎn)單地停止起升機(jī)構(gòu)，可能會(huì)使抓斗抓不滿物料而導(dǎo)致效率偏低；而如果司機(jī)將抓斗直接砸到物料堆中后直接閉斗，可能出現(xiàn)抓得太滿而導(dǎo)致過(guò)載（因?yàn)槊恳凰掖奈锪厦芏?、濕度可能存在差異，抓斗的容積不完全適合此物料）。如果在閉合抓斗時(shí)完全關(guān)閉支撐機(jī)構(gòu)的制動(dòng)，則抓斗不能深入填料，也就不能充分裝填。另一方面，如果在閉合抓斗時(shí)完全打開(kāi)支撐機(jī)構(gòu)的制動(dòng)，則可能導(dǎo)致支撐機(jī)構(gòu)的卷筒由于繩纜拉緊而加速下降，從而導(dǎo)致意外的松繩。

松繩控制可以避免出現(xiàn)上面兩種情況。借助松繩控制可以避免抓斗閉合時(shí)鋼纜松弛。此外，它還確保抓斗可以深入填料，達(dá)到最大的裝填度，當(dāng)閉合抓斗時(shí)，制動(dòng)被打開(kāi)，松繩控制使拉索保持微弱的拉力。并以低速卷起可能松弛的纜索。然后，支撐機(jī)構(gòu)的卷筒在冗余拉力下保持不動(dòng)，卷起松弛纜索后，該拉力仍能保持纜索受力并且不會(huì)影響抓斗抓取填料。抓斗通過(guò)拉緊的纜索下降?？梢哉{(diào)節(jié)該冗余力矩，但它至少必須要承擔(dān)最長(zhǎng)拉索的重量。

如果出于某些原因需要在半空中閉合抓斗，松繩控制還可以避免抓斗以無(wú)法控制的速度迅速下降。此時(shí)，抓斗會(huì)在自重作用下使絞車(chē)加速下降。但該速度同樣可以由松繩控制限制在最大下降速度（下面的特性曲線）范圍內(nèi)。

系統(tǒng)通過(guò)控制起升機(jī)構(gòu)的下沉量，不同的物料，可以設(shè)置不同的下沉量，從而簡(jiǎn)單快速地控制抓斗抓取量，使效率最優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)的主要方法是將松繩控制的輸出值作為附件轉(zhuǎn)速設(shè)定值疊加在起升速度控制環(huán)上，松繩控制的標(biāo)準(zhǔn)特性曲線如圖8所示，改良后的特性曲線如圖9所示。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)特性曲線

圖9 改良后的特性曲線

4 防搖及自動(dòng)化控制

卸船機(jī)的工作循環(huán)從抓斗抓料開(kāi)始，可分為：提升、橫行（出艙）、止擺、橫行、卸料、返回。但在實(shí)際操作中，通常在出艙階段控制小車(chē)和抓斗一邊提升一邊橫行，兩個(gè)過(guò)程不停地重疊，抓斗運(yùn)行軌跡呈拋物線狀。為了減短卸船周期，提高生產(chǎn)率，一般不會(huì)等待抓斗靜止在料斗上方才開(kāi)始卸料，而是利用抓斗的擺動(dòng)，當(dāng)抓斗擺動(dòng)到最大幅值時(shí)開(kāi)始卸料。整個(gè)控制過(guò)程主要是控制小車(chē)運(yùn)行的加速度，以達(dá)到擺動(dòng)可控的目的，通過(guò)控制擺幅來(lái)實(shí)現(xiàn)防搖。如圖10～11所示，振擺周期為T(mén) =，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)抓斗起升位置，然后通過(guò)內(nèi)部模型計(jì)算出小車(chē)的實(shí)時(shí)速度及加速度，并通過(guò)Driv-CliQ總線傳回驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制小車(chē)電機(jī)運(yùn)行。

圖10 抓斗振擺模型

圖11 小車(chē)加速度曲線

由于該卸船機(jī)起升重量大（帶抓斗為80T），速度快，滿載為160m/min，為了提高效率，同時(shí)將司機(jī)從枯燥的抓斗卸船機(jī)操作中擺脫出來(lái)，提高卸船機(jī)的作業(yè)效率，為其增加了半自動(dòng)與全自動(dòng)卸船控制系統(tǒng)。一個(gè)完整的卸料周期為：抓斗從船艙內(nèi)閉斗上升，沿著設(shè)定的運(yùn)行軌跡，避開(kāi)障礙物向料斗運(yùn)行，并在料斗上方卸料后返回到船艙上方，半自動(dòng)操作結(jié)束。然后需要司機(jī)手動(dòng)抓取物料激活自動(dòng)開(kāi)關(guān)或腳踏開(kāi)關(guān)，進(jìn)入下一周期，如果是全自動(dòng)則系統(tǒng)可以自行取料，在此期間，司機(jī)只需監(jiān)視自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)過(guò)程，以防止意外情況發(fā)生導(dǎo)致的安全事故。

圖12為運(yùn)行軌跡即卸船機(jī)全自動(dòng)作業(yè)軌跡圖。

圖12 運(yùn)行軌跡圖

下面是基本步驟說(shuō)明：

（1）（X0，Y0）：開(kāi)始上升位置。

（2）（X1，Y1）：自動(dòng)模式時(shí)抓斗安全運(yùn)行的設(shè)定點(diǎn)。在作業(yè)開(kāi)始前將抓斗移動(dòng)到船弦的上方位置，并且是在危險(xiǎn)線以上的區(qū)域內(nèi)，由司機(jī)判斷后設(shè)定。設(shè)定的原則是當(dāng)船體上下浮動(dòng)和左右搖擺的情況下，抓斗從船艙內(nèi)起升時(shí)不致碰到艙口壁，隨著卸料而使船體不斷上升，艙口上升到危險(xiǎn)線以上，所以隔一段時(shí)間要確認(rèn)安全點(diǎn)的設(shè)定，初次設(shè)定點(diǎn)最少要在船弦以上1m處。

（3）（X4，Y4）：漏斗上方的中心位置。即小車(chē)卸料時(shí)的?？奎c(diǎn)。

（4）（X2，Y2）：上升減速位置。

（5）危險(xiǎn)線a：在此線的下方為危險(xiǎn)區(qū)。即抓斗的運(yùn)行軌跡只能設(shè)在a線以上的位置，如果設(shè)在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)時(shí)，就有抓斗與漏斗相碰撞的可能。

（6）軌跡線b：通過(guò)（X1，Y1）的一條直線。是抓斗從船側(cè)向漏斗側(cè)運(yùn)行的理想軌跡。

（7）軌跡線c：抓斗從船側(cè)向漏斗側(cè)運(yùn)行的實(shí)際軌跡。

（8）軌跡線d：通過(guò)（X1，Y1），（X5，Y5）的一條直線。是抓斗從船側(cè)向漏斗側(cè)運(yùn)行的假定軌跡。

實(shí)際上自動(dòng)操作就是一個(gè)順序控制，我們用PLC程序編寫(xiě)一個(gè)自動(dòng)操作的順序控制器，通過(guò)起重機(jī)上起升/開(kāi)閉凸輪限位開(kāi)關(guān)和小車(chē)軌道上的磁力開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)，并觸發(fā)下一步的操作，形成操作循環(huán)。在PLC程序編制步序，與工作循環(huán)的步序相對(duì)應(yīng)。

在自動(dòng)操作循環(huán)中，抓斗的最佳路徑優(yōu)化非常重要，這直接關(guān)系到提高卸船機(jī)的作業(yè)效率。最佳路徑就是在PLC程序里設(shè)置一條安全線，抓斗在這條安全線以上是抓斗安全工作區(qū)域（抓斗不會(huì)碰撞到料斗、接料板、船艙等），在安全線以下是非工作區(qū)域，抓斗不能在此區(qū)域運(yùn)行，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致碰撞。進(jìn)行該早期技術(shù)研發(fā)過(guò)程中，在系統(tǒng)中除了使用PLC對(duì)外圍設(shè)備信號(hào)進(jìn)行控制外，還使用Simotion控制器對(duì)小車(chē)/起升速度與位置進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)內(nèi)部抓斗數(shù)學(xué)模型計(jì)算生成和監(jiān)控最優(yōu)化路徑及防搖計(jì)算，控制起重機(jī)平穩(wěn)高效進(jìn)行自動(dòng)化操作。

5 應(yīng)用體會(huì)

西門(mén)子新一代起重機(jī)電控系統(tǒng)將核心工藝控制的主要功能集成在Simotion中，而Simotion是針對(duì)復(fù)雜工藝和精確控制機(jī)械而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間短，穩(wěn)定性高及預(yù)留很多標(biāo)準(zhǔn)功能塊，所以它能滿足大噸位卸船機(jī)的負(fù)載大、速度高、動(dòng)態(tài)性能好等技術(shù)要求，馬來(lái)西亞LBT港4000T/h卸船機(jī)已于2014年4月1日起投入使用，運(yùn)行情況良好，至今已完成了累積近200萬(wàn)噸煤的性能考核。該卸船機(jī)項(xiàng)目整機(jī)交貨周期短，不足一年，技術(shù)難度大，而且是目前世界最大容量的卸船機(jī)，也是該碼頭運(yùn)行的起點(diǎn)，能否成功，直接影響到第二期設(shè)備的投標(biāo)。經(jīng)過(guò)多方努力，西門(mén)子最終按期完成了調(diào)試驗(yàn)收，同時(shí)穩(wěn)定的運(yùn)行效果也得到了用戶的肯定和好評(píng)。