一种抓斗式卸船机用作业监控设备的制作方法
【专利摘要】一种抓斗式卸船机用作业监控设备，包括通过数据通讯总线与卸船机PLC和操作台PLC连接的PCB线路板，卸船机PLC设置有抓斗起升位置编码器，操作台PLC设置有小车位置编码器，卸船机PLC和操作台PLC均设置有总线接口；PCB线路板设置有作业监控装置，作业监控装置由外部设备电源供电，作业监控装置外接一显示单元；作业监控装置设置的接口模块通过数据通讯总线与卸船机PLC和操作台PLC的抓斗起升位置编码器、小车位置编码器和总线接口信号线路连接并监控抓斗和小车的工作状况。本实用新型解决了抓斗式卸船机载荷的摇摆问题，实现了抓斗式卸船机的半自动化作业监控，降低了人员成本和导致人身伤亡的事故率，提高了生产效率。
【专利说明】一种抓斗式卸船机用作业监控设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种控制设备，尤其涉及一种应用于抓斗式卸船机在装卸货物时监控其抓斗和小车正常工作的控制设备。
【背景技术】
[0002]为了响应国家在大力倡导节能减排的号召，同时随着人力成本逐步提高，目前，在各个大型生产型企业中都在提高设备自动化的程度，通过减少岗位人员来降低生产成本，所以无人操作全自动产品倍受青睐。在钢铁生产行业中尤其如此，而目前中国的钢铁企业中向来是员工众多，通常一个岗位都是几个人，人力成本压力很大。
[0003]其中，作为钢铁企业的重要生产设备之一-桥型抓斗式卸船机，该抓斗式卸船机是用在散货码头生产作业的主要机械之一。该抓斗式卸船机在作业过程中，由于小车的加减速和负载的提升动作以及外界重力、风力因素引起的扰动等会引起抓斗的来回摆动，这不但增加了倾覆事故发生的可能性，而且严重影响了生产作业效率的提高。
[0004]但是，在现有技术下的电子防摇和抓斗卸船机半自动作业控制设备核心技术一直是掌握在外方手中，而且不作为软件单独出售，只随硬件配套销售，造成抓斗卸船机电控部分价格昂贵。因此对电子防摇进行研究，开发具有自主知识产权的抓斗卸船机半自动作业控制设备就显得十分必要了。
[0005]综上所述，目前迫切要求一种能应用于抓斗式卸船机的作业控制设备，解决对操作员经验的过分依赖性，从而大幅度的提高作业安全性和工作效率，所以抓斗式卸船机的自动作业控制设备的核心问题就是小车的定位和负载防摆控制的研究。
实用新型内容
[0006]为了解决现有技术下的抓斗式卸船机在作业过程中，由于小车的加减速和负载的提升动作以及外界重力、风力因素引起的扰动等会引起抓斗的来回摆动而导致可能发生倾覆事故和严重影响了生产作业效率的问题，本实用新型提供了一种抓斗式卸船机用作业监控设备，通过设计的防摇监控功能，有效解决起重机起升载荷在运行过程中摇摆的问题，从而的节省大量人力成本，同时实现抓斗卸船机的半自动化作业监控，从而大幅度提高生产效率，降低生产成本，并且使得导致人身伤亡的重大安全事故率大幅度降低。本实用新型的具体结构如下所述:
[0007]一种抓斗式卸船机用作业监控设备，包括通过数据通讯总线与卸船机PLC和操作台PLC连接的PCB线路板，其特征在于:
[0008]所述的卸船机PLC设置有抓斗起升位置编码器，而操作台PLC设置有小车位置编码器，且卸船机PLC和操作台PLC均设置有总线接口 ；
[0009]所述的PCB线路板上设置有一作业监控装置，该作业监控装置由外部设备电源供电，且该作业监控装置外接一显示单元；
[0010]所述的作业监控装置设置的接口模块通过数据通讯总线与卸船机PLC和操作台PLC的抓斗起升位置编码器、小车位置编码器和总线接口信号线路连接。
[0011]根据本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其特征在于，所述的作业监控装置包括电源电路、总线接口电路、总线解码电路、起升编码器接口电路、起升编码器数据转换电路、小车编码器接口电路、小车编码器数据转换电路、中央控制处理电路、存储器电路、键盘电路、显示电路和抗干扰检测电路，其中，电源电路的一端与外部设备电源连接，而另一端则与其余所有的电路连接并为其供电，总线接口电路的一端与卸船机PLC和操作台PLC的总线接口连接，而总线接口电路的另一端则与总线解码电路连接，起升编码器接口电路的一端与卸船机PLC的抓斗起升位置编码器连接，而另一端则与起升编码器数据转换电路连接，小车编码器接口电路的一端与操作台PLC的小车位置编码器连接，而另一端则与小车编码器数据转换电路连接，中央控制处理电路设置在整个PCB线路板的中部，该中央控制处理电路的一端分别与总线解码电路、起升编码器数据转换电路和小车编码器数据转换电路连接，而中央控制处理电路的另一端则分别与存储器电路、键盘电路、显示电路和抗干扰检测电路连接。
[0012]根据本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其特征在于，所述的显示电路与一外接的显示单元连接，将整个作业监控装置的数据情况直观地显示在显示单元上。
[0013]本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其具体作用分为两点:一是防摇监控系统的实现，二是半自动化作业监控系统的实现。
[0014]其中第一点-防摇监控系统的实现，对于抓斗式卸船机而言防摇监控系统就是要实现在抓斗式卸船机运行过程中能够通过防摇技术利用载荷的摇摆产生最优摇摆曲线进行抛料和取料。该技术将实现在运行过程中载荷不产生大幅度的摇摆，在运行到目标位置时，起升机构处于可以立即进行取料或放料的工作状态。
[0015]根据卸船机的特点，本实用新型采用了卸船机PLC设置的抓斗起升位置编码器与起升编码器接口电路连接，起升编码器接口电路再与起升编码器数据转换电路连接并将获得的抓斗起升位置信号送入中央控制处理电路处理并反馈的监控方法。
[0016]该监控方法建立描述抓斗受控运动过程的运动方程，给出控制变量的允许取值范围，指定运动过程的初始状态和目标状态，并通过作业监控装置反馈给卸船机PLC，即监控卸船机抓斗的初始状态为小车运行前的抓斗无摆动，目标状态为到达指定的位置停止并且抓斗无摆动。
[0017]在解决了防摇监控功能的技术问题之后，本实用新型需要实现的另一个技术难点是实现抓斗式卸船机的半自动化作业监控系统。
[0018]本实用新型通过操作台PLC设置的小车位置编码器，可以测量出小车行走的距离，当到达目标位置后，小车完成卸料动作返回，在半自动化运行过程中，通过位置和限位来控制小车的动作，虽然简单，但由于动作存在变化的加减速过程，位置控制不精确的问题。所以本实用新型采用了操作台PLC的小车位置编码器与小车编码器接口电路连接，小车编码器接口电路再与小车编码器数据转换电路连接并将获得的小车位置信号送入中央控制处理电路处理并反馈的监控方法。
[0019]该监控方法通过已知的小车启动速度，目标速度，加速度，和要行走的距离，可以通过物理公式，计算出小车在每段时间内，小车应有的速度和加速度，并通过作业监控装置反馈给操作台PLC，从而通过时间的变化，在每段步进阶段给以不同的速度和加速度，以实现精确的位置控制。
[0020]使用本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备获得了如下有益效果:
[0021]1.本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备解决了抓斗式卸船机载荷的摇摆问题，将防摇监控技术国产化，填补国内技术相应领域的技术空白；
[0022]2.本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备实现了抓斗式卸船机的半自动化作业监控，从而减少了抓斗式卸船机的操控人员，降低了人员成本和导致人身伤亡的事故率，提高了生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备的具体结构示意图；
[0024]图2为本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备的具体安装实施图。
[0025]图中:1-数据通讯总线，2-卸船机PLC，3-操作台PLC，4-PCB线路板，5_外部设备电源，6-显示单元，A-作业监控装置，Al-电源电路，A2-总线接口电路，A3-总线解码电路，M-起升编码器接口电路，A5-起升编码器数据转换电路，A6-小车编码器接口电路，A7-小车编码器数据转换电路，AS-中央控制处理电路，A9-存储器电路，AlO-键盘电路，All-显示电路，A12-抗干扰检测电路。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备做进一步的描述。
[0027]实施例
[0028]一种抓斗式卸船机用作业监控设备，包括通过数据通讯总线I与卸船机PLC2和操作台PLC3连接的PCB线路板4，卸船机PLC设置有抓斗起升位置编码器，而操作台PLC设置有小车位置编码器，且卸船机PLC和操作台PLC均设置有总线接口 ；
[0029]PCB线路板上设置有一作业监控装置A，该作业监控装置由外部设备电源5供电，且该作业监控装置外接一显示单元6 ；
[0030]作业监控装置A设置的接口模块通过数据通讯总线I与卸船机PLC和操作台PLC的抓斗起升位置编码器、小车位置编码器和总线接口信号线路连接。
[0031]作业监控装置A包括电源电路Al、总线接口电路A2、总线解码电路A3、起升编码器接口电路A4、起升编码器数据转换电路A5、小车编码器接口电路A6、小车编码器数据转换电路A7、中央控制处理电路AS、存储器电路A9、键盘电路AlO、显示电路Al I和抗干扰检测电路A12，其中，电源电路的一端与外部设备电源5连接，而另一端则与其余所有的电路连接并为其供电，总线接口电路的一端与卸船机PLC和操作台PLC的总线接口连接，而总线接口电路的另一端则与总线解码电路连接，起升编码器接口电路的一端与卸船机PLC的抓斗起升位置编码器连接，而另一端则与起升编码器数据转换电路连接，小车编码器接口电路的一端与操作台PLC的小车位置编码器连接，而另一端则与小车编码器数据转换电路连接，中央控制处理电路设置在整个PCB线路板4的中部，该中央控制处理电路的一端分别与总线解码电路、起升编码器数据转换电路和小车编码器数据转换电路连接，而中央控制处理电路的另一端则分别与存储器电路、键盘电路、显示电路和抗干扰检测电路连接。
[0032]显示电路All与一外接的显示单元6连接，将整个作业监控装置A的数据情况直观地显示在显示单元上。
[0033]本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其具体作用分为两点:一是防摇监控系统的实现，二是半自动化作业监控系统的实现。
[0034]其中第一点-防摇监控系统的实现，对于抓斗式卸船机而言防摇监控系统就是要实现在抓斗式卸船机运行过程中能够通过防摇技术利用载荷的摇摆产生最优摇摆曲线进行抛料和取料。该技术将实现在运行过程中载荷不产生大幅度的摇摆，在运行到目标位置时，起升机构处于可以立即进行取料或放料的工作状态。
[0035]根据卸船机的特点，本实用新型采用了卸船机PLC设置的抓斗起升位置编码器与起升编码器接口电路A4连接，起升编码器接口电路再与起升编码器数据转换电路A5连接并将获得的抓斗起升位置信号送入中央控制处理电路AS处理并反馈的监控方法。
[0036]该监控方法通过卸船机PLC设置的抓斗起升位置编码器建立描述抓斗受控运动过程的运动方程，给出控制变量的允许取值范围，指定运动过程的初始状态和目标状态，并通过作业监控装置A反馈给卸船机PLC，即监控卸船机抓斗的初始状态为小车运行前的抓斗无摆动，目标状态为到达指定的位置停止并且抓斗无摆动。
[0037]在解决了防摇监控功能的技术问题之后，本实用新型需要实现的另一个技术难点是实现抓斗式卸船机的半自动化作业监控系统。
[0038]本实用新型通过操作台PLC设置的小车位置编码器，可以测量出小车行走的距离，当到达目标位置后，小车完成卸料动作返回，在半自动化运行过程中，通过位置和限位来控制小车的动作，虽然简单，但由于动作存在变化的加减速过程，位置控制不精确的问题。所以本实用新型采用了操作台PLC的小车位置编码器与小车编码器接口电路A6连接，小车编码器接口电路再与小车编码器数据转换电路A7连接并将获得的小车位置信号送入中央控制处理电路AS处理并反馈的监控方法。
[0039]该监控方法通过已知的小车启动速度，目标速度，加速度，和要行走的距离，可以通过物理公式，计算出小车在每段时间内，小车应有的速度和加速度，并通过作业监控装置A反馈给操作台PLC，从而通过时间的变化，在每段步进阶段给以不同的速度和加速度，以实现精确的位置控制。
[0040]在本实施例中，整个半自动化作业监控分为12时段:
[0041]第I时段制动器打开；
[0042]第2时段小车从静止加速到第一段给定速度；
[0043]第3时段小车以第一段速度匀速运行；
[0044]第4时段小车从第一段速度加速到全速；
[0045]第5时段小车全速匀速运行；
[0046]第6时段小车从全速减速到第一段速度；
[0047]第7时段小车反向速度运行(速度过零点，同时实现甩斗)；
[0048]第8时段小车加速到反向全速；
[0049]第9时段小车反向全速匀速运行；
[0050]第10时段小车减速到第一段速度；[0051]第11时段小车以第一段速度匀速运行；
[0052]第12时段小车减速到零。
[0053]本实用新型的一种抓斗式卸船机用作业监控设备解决了抓斗式卸船机载荷的摇摆问题，将防摇监控技术国产化，填补国内技术相应领域的技术空白；且本实用新型实现了抓斗式卸船机的半自动化作业监控，从而减少了抓斗式卸船机的操控人员，降低了人员成本和导致人身伤亡的事故率，提高了生产效率。本实用新型适用于各种抓斗式卸船机在装卸货物时监控其抓斗和小车正常工作的领域。
【权利要求】
1.一种抓斗式卸船机用作业监控设备，包括通过数据通讯总线(I)与卸船机PLC (2)和操作台PLC (3)连接的PCB线路板(4)，其特征在于: 所述的卸船机PLC (2)设置有抓斗起升位置编码器，而操作台PLC (3)设置有小车位置编码器，且卸船机PLC和操作台PLC均设置有总线接口 ； 所述的PCB线路板(4)上设置有一作业监控装置(A)，该作业监控装置由外部设备电源(5)供电，且该作业监控装置外接一显示单元(6); 所述的作业监控装置(A)设置的接口模块通过数据通讯总线(I)与卸船机PLC (2)和操作台PLC (3)的抓斗起升位置编码器、小车位置编码器和总线接口信号线路连接。
2.如权利要求1所述的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其特征在于，所述的作业监控装置(A)包括电源电路(Al)、总线接口电路(A2)、总线解码电路(A3)、起升编码器接口电路(A4)、起升编码器数据转换电路(A5)、小车编码器接口电路(A6)、小车编码器数据转换电路(A7)、中央控制处理电路(A8)、存储器电路(A9)、键盘电路(A10)、显示电路(All)和抗干扰检测电路(A12)，其中，电源电路的一端与外部设备电源(5)连接，而另一端则与其余所有的电路连接并为其供电，总线接口电路的一端与卸船机PLC (2)和操作台PLC (3)的总线接口连接，而总线接口电路的另一端则与总线解码电路连接，起升编码器接口电路的一端与卸船机PLC的抓斗起升位置编码器连接，而另一端则与起升编码器数据转换电路连接，小车编码器接口电路的一端与操作台PLC的小车位置编码器连接，而另一端则与小车编码器数据转换电路连接，中央控制处理电路设置在整个PCB线路板(4)的中部，该中央控制处理电路的一端分别与总线解码电路、起升编码器数据转换电路和小车编码器数据转换电路连接，而中央控制处理电路的另一端则分别与存储器电路、键盘电路、显示电路和抗干扰检测电路连接。
3.如权利要求2所述的一种抓斗式卸船机用作业监控设备，其特征在于，所述的显示电路(All)与一外接的显示单元(6)连接，将整个作业监控装置(A)的数据情况直观地显示在显示单元上。
【文档编号】B66C13/06GK203781678SQ201420040368
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】张子才, 张文龙 申请人:宝山钢铁股份有限公司