CN103832928B - 垃圾抓斗起重机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾抓斗起重机的控制系统，属于垃圾处理设备的自动控制领域。该系统包括：电气传动子系统、PLC控制子系统、联动操作台和称量子系统，电气传动子系统、联动操作台与称量子系统分别与PLC控制子系统连接；还包括：抓斗坐标式水平定位子系统，与PLC控制子系统连接，用于对垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置检测，将位置检测结果向PLC控制子系统发送，使PLC控制子系统根据位置检测信号，向电气传动子系统发送控制垃圾抓斗起重机的控制指令。该系统通过设置抓斗坐标式水平定位子系统，实现了准确检测垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置，不但提高了控制的准确性，也提高了控制的自动化程度。

Description

垃圾抓斗起重机的控制系统

技术领域

本发明涉及垃圾处理设备的自动控制领域，特别是涉及一种用在垃圾抓斗起重机上的控制系统。

背景技术

目前，垃圾抓斗起重机自动控制系统基本都是采用“操作联动台＋PLC＋变频器调速装置”的控制方式。操作人员在垃圾坑上方的司机室内，通过操作联动台上的摇杆和按钮实现进料和坑内垃圾的搬运、搅拌、倒垛等任务。这种控制方式基本能满足垃圾抓斗起重机的工艺要求，缺点：（1）垃圾抓斗起重机各个行走机构没有精确的位置检测，只在一些特定的位置设置定位开关，所有工况都完全由操作人员手动完成，自动化程度不高，存在资源浪费。（2）控制方式受PLC控制系统及通讯系统的制约，一旦PLC或通讯出现故障，垃圾抓斗起重机将无法运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种垃圾抓斗起重机的控制系统，解决了现有的垃圾抓斗起重机自动控制系统存在的自动化程度不高、受PLC控制系统机通讯系统制约的问题，能实现自动的控制垃圾抓斗起重机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种垃圾抓斗起重机的控制系统，包括：电气传动子系统、PLC控制子系统、联动操作台和称量子系统，所述电气传动子系统、联动操作台与称量子系统分别与所述PLC控制子系统连接；还包括：

抓斗坐标式水平定位子系统，与所述PLC控制子系统通信连接，用于对所述垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置检测，将位置检测结果向所述PLC控制子系统发送，使所述PLC控制子系统所述位置检测信号，向所述电气传动子系统发送控制垃圾抓斗起重机的控制指令。

本发明的有益效果为：通过设置抓斗坐标式水平定位子系统，实现了准确检测垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置，避免无法快速精确定位抓斗，不能自动高速平移抓斗，从而不能准确、自动控制垃圾抓斗起重机的问题。该系统不但提高了控制的准确性，也提高了控制的自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的垃圾抓斗起重机的控制系统结构图；

图2为本发明实施例提供的抓斗坐标式水平定位子系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的包含PLC控制子系统的控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种垃圾抓斗起重机的控制系统，如图1所示，该系统包括：电气传动子系统、PLC控制子系统、联动操作台和称量子系统，电气传动子系统、联动操作台与称量子系统分别与PLC控制子系统连接；还包括：抓斗坐标式水平定位子系统，与PLC控制子系统连接，用于对垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置检测，将位置检测结果向PLC控制子系统发送，使PLC控制子系统根据位置检测信号，向电气传动子系统发送控制垃圾抓斗起重机的控制指令。

如图2所示，上述控制系统中，抓斗坐标式水平定位子系统包括：

绝对值编码器和定位开关；其中，

绝对值编码器设置在垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的被动车轮上，检测车轮的转速，通过计算得到大、小车行走机构运行的距离；该绝对值编码器安装在被动车轮上，是为了防止车轮打滑导致测量误差，保证了绝对值编码器的精度，也确保了抓斗坐标式水平定位子系统的精度；

定位开关设置在大、小车行走机构的轨道两侧，与PLC控制子系统连接，能在到达检测位置时被大、小车行走机构上的绝对值编码器触发，触发后向PLC控制子系统发送发送位置检测信号。定位开关按功能划分有两组：一组安装在大、小车行走机构的轨道的两端，共有6个，用来控制大、小车行走机构的减速、停车，以及实现防碰撞功能（即图2中所示的减速定位开关、停车定位开关、防碰撞定位开关）。另一组按轨道的长度平均安装，共有6个，大概每15米安装一组，用来复位绝对值编码器的读数（即图2中所示的复位定位开关）。

如图3所示，上述控制系统中，联动操作台还包括：人机界面子系统，接收人工操作输入的控制垃圾抓斗起重机的控制指令并发送至PLC控制子系统。

上述控制系统中，人机界面子系统包括：触控屏和与触控屏电连接的处理模块；处理模块，用于在触控屏上显示操作界面，并发送触控屏接收的指令。

如图3所示，上述控制系统中，PLC控制子系统包括：电源模块、CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块；其中，

数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块分别与CPU模块电连接；

CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块均与电源模块电连接。其中，数字量输入模块为多个，一般为6个，分别与所述CPU模块电连接；数字量输出模块为多个，一般为3个，分别与所述CPU模块电连接；

如图3所示，上述控制系统中，PLC控制子系统还包括：冗余子系统，由第二电源模块和第二CPU模块组成；其中，

所述第二CPU模块（即图3中的CPU模块2）第二数字量输入模块、第二模拟量输入模块和第二数字量输出模块分别与第二CPU模块电连接；

所述第二CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块均与第二电源模块（即图3中的电源模块2）电连接。

上述控制系统中，称量子系统采用具有通讯接口和超载报警功能的起重机电子称。

下面结合附图和具体实施例对本发明的控制系统做进一步说明。

本发明实施例提供了一种垃圾抓斗起重机的控制系统，如图1所示，该系统由电气传动子系统、PLC控制子系统、联动操作台、称量子系统和抓斗坐标式水平定位子系统组成；其中，各子系统分别与所述PLC控制子系统连接，实现对垃圾抓斗起重机进行控制，具有自动化程度高、控制精确的优点。下面分别对该控制系统的各组成子系统分别进行说明：

（1）电气传动子系统：

系统中，垃圾抓斗起重机的起升机构选用鼠笼型异步变频专用电动机，采用变频调速，变频器选用ABB ACS800系列，该变频器传动的核心是DCT-直接转矩控制。

DCT高精度的动静态速度与转矩控制，起动力矩大及较长的电机电缆，能实现上升和下降起动的平稳过渡。

速度通过触摸屏或主令控制器进行控制。由触摸屏进行控制时，系统为半自动控制状态。

手动状态时，采用主令控制器控制，分为三档，1档低速变频器输出5～8Hz，2档中速变频器输出25Hz，3档高速变频器输出50Hz。

上述两种控制方式的信号输入PLC，根据需要由程序发出运行指令，用来调整变频器的频率，对起升电动机进行控制。

垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构是实现抓斗坐标式半自动化定位，完成垃圾水平移动的重要机构，为提高生产率，大、小车行走机构设置的速度很高，半自动操作时，存在抓斗高速平移与快速精确定位的矛盾，为较好解决这一问题，为减少抓斗在进料口的摇摆。

垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构同样采用变频调速，变频器选用ABB ACS550系列，通过触摸屏或主令控制器进行控制。采用主令控制器控制，分为三档，两个方向对称。1档低速变频器输出5～8Hz，2档中速变频器输出25Hz，3档高速变频器输出50Hz。

上述两种控制方式的信号输入PLC控制子系统，根据需要由程序发出运行指令，用来调整变频器的频率，对起升电动机进行控制。上述两种控制方式的信号输入PLC，根据需要由程序发出运行指令，用来调整变频器的频率，对起升电动机进行控制。

垃圾抓斗起重机的液压抓斗的开闭由电磁阀控制，避免了电动机因频繁起动造成的过热；并且在进料口开启放料时，可根据受料需求设定抓斗开启的开度和放料过程的持续时间，避免进料口“架桥”。

（2）抓斗坐标式水平定位子系统：

如图2所述，根据技术要求，抓斗半自动化水平定位过程如下：当人工操控抓斗抓取垃圾并处于闭合状态后，选择半自动运行模式，并选择进料口，起重机自动运行到指定的垃圾焚烧炉进料口上方，然后自动打开抓斗卸料，然后再自动运行返回原取料点，等待下一循环。为实现上述功能，需要在相应位置安装定位开关，开关为行程开关或接近开关。

垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构上安装绝对值编码器，在沿垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的方向把垃圾坑划分为网格空间，网格的大小与绝对值编码器的精度有关。可以实时监视大、小车行走机构的位置，并为防碰撞提供双重保护。

（3）PLC控制子系统：

如图3所述，PLC控制子系统由电源模块（电源模块1）、CPU模块（CPU模块1）、数字量输入模块、模拟量输入模块、数字量输出模块连接组成，CPU模块执行用户程序，是整个系统的实时控制中心，数字量输入模块用以处理各机构运行信号、限位开关及液压系统电磁阀的控制信号。进一步的：PLC控制子系统还可以包括：冗余子系统，由第二电源模块(电源模块2)和第二CPU模块(CPU模块2)组成，冗余子系统作为PLC控制子系统的硬冗余系统，确保了任何时候的PLC控制子系统的可靠性，所有的重要部件都实现冗余配置。包括冗余的CPU模块、电源模件和用于冗余CPU通信的同步模块等。

具体的，PLC控制子系统可采用由电源模块、CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、数字量输出模块组成的西门子S7-400系列PLC系统，该西门子S7-400系列PLC系统具有体积小、速度快、标准化、可靠性高等特点。S7-400PLC与触摸屏、变频器、绝对值编码器等设备之间采用PROFIBUS-DP进行通讯。

（4）联动操作台与人机界面HMI子系统：

如图3所示，本发明的控制系统采用联动操作台集中控制，操作台上设有人机界面HMI、主令控制器、控制按钮及指示灯。

触摸屏采用菜单操作和全中文显示，接受来自PLC控制子系统的过程数据，用以对变频器的工作状态、各机构运行情况及系统报警信息等进行实时监控，具体功能如下：

（41）能对进入PLC的各种开关量和模拟量实现实时监控。

（42）以图形或文本的形式给出故障部位，通过文本画面指出故障内容及排除故障的方法。

（43）用电路单线图形式直观表示设备运行状态或故障部位。

（44）用虚拟仪表画面或文本形式显示抓斗的位置及运行速度。

通过具有人机界面HMI子系统的联动操作台，可以方便的实现手动控制或半自动控制垃圾抓斗起重机。

（5）称量子系统：

称量系统采用起重机专用电子秤，具有自动称量、去皮、日累计、月累计、报表打印等功能，并配有接口与PLC通讯。还具有超载报警和开关量输出的功能，可以设定2～3个起重量，输出相应开关量信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种垃圾抓斗起重机的控制系统，包括：电气传动子系统、PLC控制子系统、联动操作台和称量子系统，所述电气传动子系统、联动操作台与称量子系统分别与所述PLC控制子系统连接；其特征在于，还包括：

抓斗坐标式水平定位子系统，与所述PLC控制子系统连接，用于对所述垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的位置检测，将位置检测结果向所述PLC控制子系统发送，使所述PLC控制子系统根据所述位置检测结果，向所述电气传动子系统发送控制垃圾抓斗起重机的控制指令；

所述抓斗坐标式水平定位子系统包括：绝对值编码器和定位开关；其中，所述绝对值编码器设置在所述垃圾抓斗起重机的大、小车行走机构的被动车轮上；所述定位开关设置在所述大、小车行走机构的轨道两侧，所述定位开关与所述PLC控制子系统连接，能在到达检测位置时被所述大、小车行走机构上的所述绝对值编码器触发，触发后向所述PLC控制子系统发送发送位置检测信号；所述定位开关为两组，每组6个，一组设置在所述大、小车行走机构的轨道的两侧的端部，另一组均匀分布设置在所述大、小车行走机构的轨道的两侧。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述联动操作台还包括：人机界面子系统，接收人工操作输入的控制所述垃圾抓斗起重机的控制指令并发送至所述PLC控制子系统。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述人机界面子系统包括：触控屏和与触控屏电连接的处理模块；所述处理模块，用于在所述触控屏上显示操作界面，并发送所述触控屏接收的指令。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PLC控制子系统包括：电源模块、CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块；其中，

所述数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块分别与所述CPU模块电连接；

所述CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块均与所述电源模块电连接。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数字量输入模块和数字量输出模块均为多个。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述PLC控制子系统还包括：冗余子系统，由第二电源模块和第二CPU模块组成；其中，

所述第二CPU模块分别与所述数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块电连接；

所述第二CPU模块、数字量输入模块、模拟量输入模块和数字量输出模块均与所述第二电源模块电连接。

7.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述称量子系统采用具有通讯接口和超载报警功能的起重机电子称。