韋 俊

北部灣港欽州碼頭有限公司

1 引言

散雜貨碼頭裝卸貨物種類(lèi)繁雜,各類(lèi)散雜貨比重不盡相同,同一抓斗抓取的貨物重量有較大的出入,抓取過(guò)重會(huì)觸發(fā)力矩超載限制無(wú)法起吊,因此需反復(fù)開(kāi)斗釋放物料,導(dǎo)致卸船效率低、耗能大。通過(guò)對(duì)合斗系統(tǒng)軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì),可以將抓斗抓取物料重量限制在額定范圍內(nèi),從而避免重復(fù)開(kāi)斗釋放物料,提升卸船效率,降低電能消耗。

2 軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

2.1 提升機(jī)構(gòu)構(gòu)成及抓斗抓料原理

提升機(jī)構(gòu)由2套獨(dú)立的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)成(見(jiàn)圖1)。電機(jī)通過(guò)齒形聯(lián)軸器與卷筒相連接,卷筒通過(guò)鋼絲繩與抓斗滑輪連接。當(dāng)抓斗處于完全打開(kāi)狀態(tài),置于船艙內(nèi)料面上,抓斗在卷筒牽引力作用下提升滑輪抓取物料;同時(shí),支持卷筒在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,以一定速度下放抓斗,對(duì)物料進(jìn)行深挖,抓取滿載物料。

1.提升卷筒 2、7.聯(lián)軸器 3.支持變頻器 4.支持電機(jī) 5.開(kāi)閉卷筒 6.提升鋼絲繩 8.開(kāi)閉電機(jī) 9.開(kāi)閉鋼絲繩 10.滑輪 11.開(kāi)閉變頻器圖1 提升機(jī)構(gòu)組成

2.2 合斗控制缺陷分析

在抓斗抓取物料的合斗階段,支持機(jī)構(gòu)變頻器采用速度模式,以控制轉(zhuǎn)速為目的,以一定的轉(zhuǎn)速下放抓斗,達(dá)到深挖目的,此時(shí)電機(jī)輸出扭矩須為保持該速度而適時(shí)調(diào)整。合斗結(jié)束時(shí),鋼絲繩往往處于松弛狀態(tài),鋼絲繩擺幅大,易形成纏繞,甚至引發(fā)鋼絲繩跳出滑輪槽等故障,影響卸船效率。在抓斗提升物料階段,支持機(jī)構(gòu)變頻器采用力矩控制模式,通過(guò)調(diào)整輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定輸出轉(zhuǎn)矩,但平衡效率較低,且單電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行,鋼絲繩長(zhǎng)期負(fù)荷重,對(duì)壽命損傷大。

3 抓斗合斗控制設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)

合斗抓取物料階段,支持變頻器控制方式在速度模式和轉(zhuǎn)矩模式間相互切換,達(dá)到限制下放抓斗速度的目的,從而實(shí)現(xiàn)限制抓斗抓取物料的重量并解決支持繩過(guò)度松弛問(wèn)題。

3.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

在司機(jī)駕駛室操作聯(lián)動(dòng)臺(tái)建立觸摸屏HMI與起重機(jī)控制器PLC通訊網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)人機(jī)數(shù)據(jù)信息交互。其系統(tǒng)硬件框架圖見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件框架圖

操作人員可方便地通過(guò)HMI對(duì)起重機(jī)系統(tǒng)軟件部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行選擇操作。選擇啟用(不啟用)重量抓取限制系統(tǒng),并操作“抓貨量遞增(遞減)”按鍵對(duì)合斗抓取物料重量進(jìn)行限制。

3.3 速度限制程序

變頻器運(yùn)行分為轉(zhuǎn)矩模式和速度模式,可切換控制模式,達(dá)到限制速度目的。

在合斗階段,選擇變頻器為轉(zhuǎn)矩模式,以控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,并進(jìn)行速度限制。抓斗完全打開(kāi)后,抓取物料分2階段:①迅速?gòu)埦o處于松弛狀態(tài)鋼絲繩;②在抓斗自重作用下閉合抓斗。對(duì)抓斗閉合速度進(jìn)行限制,可達(dá)到限制抓取物料重量的目的。

速度限制程序見(jiàn)圖3。

圖3 速度限制程序

圖3中,抓斗抓取物料階段,程序段1常開(kāi)點(diǎn)H_t p[11]閉合,線圈H_t p[14]得電,信號(hào)輸出AQ0028=3,變頻器改變?yōu)榱乜刂颇Ｊ健Ｍ瑫r(shí)對(duì)電機(jī)實(shí)際速度進(jìn)行采樣判斷,實(shí)際速度大于450 r/min時(shí),觸發(fā)速度上限H_t p[12],變頻器切換為速度模式運(yùn)行,并給定速度AQ0027=0 r/min。電機(jī)速度由450 r/min開(kāi)始減速。當(dāng)速度低于440 r/min時(shí),復(fù)位線圈H_t p[12],變頻器切換為轉(zhuǎn)矩模式,在抓斗自重作用下,倒拉卷筒反轉(zhuǎn)深挖,下降速度開(kāi)始加快,當(dāng)速度超過(guò)450 r/min時(shí)運(yùn)行模式再次改變。如此反復(fù),電機(jī)速度被限制在440～450 r/min之間,達(dá)到限制速度的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后,操作人員可根據(jù)物料狀態(tài)特征,在卸船首抓的合斗階段,設(shè)置與抓取目標(biāo)重量相對(duì)應(yīng)的“速度限制”上限存儲(chǔ)單元R00450以及下限存儲(chǔ)單元R00440的數(shù)值,改變抓斗深挖速度,從而達(dá)到限制物料抓取重量的目的;同時(shí)在轉(zhuǎn)矩模式下始終提供向上的轉(zhuǎn)矩,支持繩一旦有松弛趨勢(shì)將迅速被消除,有效解決合斗結(jié)束鋼絲繩過(guò)度松弛的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)變頻運(yùn)行模式的切換,限制抓斗深挖速度,控制物料抓取重量,解決了因抓斗超載而反復(fù)開(kāi)斗釋放物料的問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),在同一設(shè)置下應(yīng)用于同一貨種,抓斗抓取物料重量限制效果穩(wěn)定。