CN108445828B - 堆取料机半自动横行作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种堆取料机半自动横行作业方法。该作业方法司机只需操作横移主令，大车和回转自动实现联动，大车走行速度和臂架回转速度由PLC计算得出，并通过位置偏差反馈修正大车走行速度和臂架回转速度，使大车走行速度和臂架回转速度匹配，满足落料点运行轨迹垂直于轨道方向。本发明不需要对垛位长度进行规划，避免了因垛位规划过长造成的堆场空间浪费，提高了堆场空间利用率；仅需要一个横行操作手柄，通过大车走行和回转机构的联动，自动实现二者速度匹配，满足半自动化作业要求，减少司机劳动强度；采用速度内环和位置外环的双闭环控制，结合位置滞环调节，在提高控制精度的基础上，减少了控制超调、震荡。

Description

堆取料机半自动横行作业方法

技术领域

本发明涉及堆取料机作业方法，具体是一种堆取料机半自动横行作业方法。

背景技术

随着港口装卸技术的发展，货物吞吐量不断扩大，港口拥堵成为制约港口发展的一个重大障碍。如果拥有足够多的堆场空间资源，装卸工作就能够快速、准确的完成。

散货堆场一般分为几个作业线，堆取料机根据货源将物料沿轨道方向堆成不同的堆垛，提高堆场利用率就需要合理规划每个堆垛区域大小。堆取料机沿轨道方向堆取作业，垛长是码头调度人员根据船舶载重和经验估算得出。估算垛长较小，留给的垛位空间小，不能满足堆垛要求；估算的垛长较大，则作业完成后堆垛轨道侧物料将不会堆满，出现堆场空间的浪费。由于堆场作业线长度是固定的，若每个垛长估算偏大，作业线安排的堆垛将会减少，堆场的空间资源得不到充分利。

目前，港口企业堆取料机的作业方法及特点大致分以下几种：

（1）定点堆料方式：堆料时把臂架调整到适当高度，在堆料过程中需一边堆料一边调整悬臂堆料高度，直至达到要求高度后，将行走机构移动到下一个位置或者将臂架回转到下一个角度，继续从下往上堆料。这种堆料方式动作单一，消耗功率小，操作简单，也称人字堆料法。

（2）回转堆料方式：先将大车固定在某一位置，即大车暂时不动，物料按臂架悬转半径轨迹由低到高逐层进行，直至堆到要求高度。这种堆料方法缺点是繁琐，功率消耗大；优点是堆料有规则，每层物料相对物理性能基本一致，可便于采用全自动程序取料或堆料。

（3）长堆辅助法：堆料时先将臂架调整到一定高度，沿平行大车轨道方向堆料，堆至一定高度时大车前行，当大车走至规定长度后，臂架变幅至另外一处接着堆料，这样不断循环。此法的优缺点介于人字法与回转堆料法之间，可使堆料均匀，防止颗粒分层。

以上三种作业方法的一个共同点便是作业轨迹平行于大车轨道方向，作业前需要对物料的“量”进行精确判断，做好垛位规划，否则容易出现垛位长度规划不当，导致预留空间不足或空间浪费现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种堆取料机半自动横行作业方法，该作业方法省去了垛位规划，可最大化提高堆场空间利用率，解决因垛位规划不合理，导致的堆场空间浪费现象。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种堆取料机半自动横行作业方法，按下述方法进行：

通过横行操作手柄控制大车走行和回转机构联动，具体的，司机只需操作横移主令，大车和回转自动实现联动，大车走行速度和臂架回转速度由PLC计算得出，并通过位置偏差反馈修正大车走行速度和臂架回转速度，使大车走行速度和臂架回转速度匹配，满足：

u—大车走行速度；u_R—回转速度；θ—臂架回转角度；

当臂架以回转中心旋转时，头部落料点速度沿轨道平行和垂直方向分解，落料点速度的水平分量与大车走行速度大小相等、方向相反，即

时，满足落料点运行轨迹垂直于轨道方向。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有如下突出特点：

①不需要对垛位长度进行规划，避免了因垛位规划过长造成的堆场空间浪费，提高了堆场空间利用率；

②仅需要一个横行操作手柄，通过大车走行和回转机构的联动，自动实现二者速度匹配，满足半自动化作业要求，减少司机劳动强度；

③采用速度内环和位置外环的双闭环控制，结合位置滞环调节，在提高控制精度的基础上，减少了控制超调、震荡。

进一步的，本发明优化方案是：

臂架回转位置、速度，大车走行位置、速度，以及俯仰角度的数据采集通过相应机构的编码器实现，具体的：

臂架回转速度采集：通过在回转电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动；数据用于大车速度给定折算、回转速度闭环控制；

臂架回转位置采集：通过在旋转机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架头部下料口线速度分解计算、位置闭环控制；

大车走行速度采集：通过在大车电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动，数据用于大车速度闭环控制；

大车走行位置采集：通过在大车机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于位置闭环控制；

俯仰角度采集：通过在俯仰机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架水平方向有效臂长的计算。

大车和回转联动采用大车速度跟随回转速度联动，包括以下工况触发：

（1）大车减速限位或编码器减速触发，大车速度受到限制时，通过控制回转机构降速到相应范围，使横移轨迹垂直于轨道；

（2）大车过电缆坑，大车速度受到限制时，将回转限制到相应的速度，使横移轨迹垂直于轨道；

（3）全速横移，在一定的回转角度范围内，换算出大车速度大于100%的速度时，降低旋转速度，使横移轨迹继续垂直于轨道。

附图说明

图1是横行原理分析示意图；

图2是数据采集控制框图；

图3是不同的回转角度计算的回转和大车速度以及速度限制列表；

图4是回转、大车运行速度匹配图；

图5是双闭环控制框图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

参考图1，堆取料机半自动横行作业方法的横行原理是：

当臂架以回转中心旋转时，头部落料点速度沿轨道平行和垂直方向分解，落料点速度的水平分量与大车走行速度大小相等、方向相反，即

时，满足落料点运行轨迹垂直于轨道方向。

基于上述横行原理，堆取料机半自动横行作业方法按下述方法进行：

堆取料机开始运行时，首先激活PLC内部相关存储器，通过编码器读出走行和回转机构的初始位置、角度等参数；然后司机操作横移主令，大车和回转自动实现联动，大车走行速度和臂架回转速度由PLC计算得出，并通过位置偏差反馈修正大车走行速度和臂架回转速度，使大车走行速度和臂架回转速度匹配，满足：

u—大车走行速度；u_R—回转速度；θ—臂架回转角度。

参考图2，横行作业方法的实现需要完成数据采集、限速控制、连锁控制以及闭环控制等；数据采集主要通过相应机构的编码器，将臂架回转位置、速度，大车走行位置、速度，以及俯仰角度的数据等传给PLC，用于计算及闭环控制。具体的：

臂架回转速度采集：通过在回转电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动；数据用于大车速度给定折算、回转速度闭环控制；

臂架回转位置采集：通过在旋转机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架头部下料口线速度分解计算、位置闭环控制；

大车走行速度采集：通过在大车电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动，数据用于大车速度闭环控制；

大车走行位置采集：通过在大车机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于位置闭环控制；

俯仰角度采集：通过在俯仰机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架水平方向有效臂长的计算。

由于大车和回转联动采用大车速度跟随回转速度联动，所以限速控制主要针对联动时回转机构的限速。主要有以下工况触发：

（1）大车减速限位或编码器减速触发，大车速度受到限制时，通过控制回转机构降速到相应范围，使横移轨迹垂直于轨道；

（2）大车过电缆坑，大车速度受到限制时，将回转限制到相应的速度，使横移轨迹垂直于轨道；

（3）全速横移，在一定的回转角度范围内，换算出大车速度大于100%的速度时，降低旋转速度，使横移轨迹继续垂直于轨道。

本实施例中，堆取料机性能参数如下：

回转最大速度：0.11672 r/min；

回转头部最大线速度：31.5296 m/min；

大车最大速度：30 m/min；

臂架长度：43 m；

参考图3，从图3所示列表中可以看出，回转机构角度大于73度；当回转全速运行时，在大车方向上的速度将大于大车速度30m/min，需要对回转速度进行限幅处理。

参考图4，图4为对应图3绘制的曲线，横坐标为回转角度，纵坐标为回转、大车速度(单位：m/min），从图4中可以看出，回转角度大于73度，大车达到全速，之后横移运行回转速度将受限制。

由于受大车走行和回转机构自身速度限幅作用，即使相同的回转速度，臂架落料点在不同的回转角度下其水平分量也不同，因此，二者速度控制是一种动态匹配。

另外，受大风、地面皮带应力等因素影响，实际速度与计算速度存在一定偏差，使控制精度下降。此时需要根据位置偏差大小修正大车和回转机构速度给定，提高控制精度。

臂架落料点速度水平分量随回转角度不断变化，当臂架与轨道垂直时，大车速度与回转速度相等；随着回转角度变化，相同的回转速度需要匹配变化的大车速度；由于二者最大速度不同，需要根据回转角度对二者速度进行特定条件下限幅。

大车走行除了受自身最大速度限幅外，还受编码器、减速限位、停止限位、过电缆坑等特殊状态限速，回转机构需要根据这些特殊状态自动减速或停止，以满足速度匹配。

臂架头部落料点的线速度以及在大车轨道上的投影距离与等效臂长相关，当俯仰角度不同时，臂架等效长度不同，需要根据俯仰角度计算等效臂长，即：等效臂长=臂长×cos（俯仰角度）。

综合以上因素，臂架回转、大车横移运行速度匹配措施简述如下：

（1）联锁控制。

横移是联动控制，回转和大车动作需要同步；两个机构中的任意一个有联锁触发时，另一个机构也需要作出响应。如：

①横移启动时，大车夹轮器未打开，旋转也应无动作；

②横移运行时，大车停止限位动作，旋转也需停止；

③横移运行时，大车出现故障停止，旋转也需停止；

④横移运行时，旋转出现故障停止，大车也需停止。

（2）闭环控制。

控制逻辑中对横移的闭环控制为双闭环控制，包括位置闭环和速度闭环，其中位置环为外环，速度环为内环（参考图5）。

①速度闭环控制：横移运行中，回转和大车的速度往往会受到外界条件的干扰，如：大风、地面皮带拉力、轨道不平等，通过不断比较编码器采集的实际速度和给定速度的偏差，传动不断调整输出，使横移运行轨迹更加精确。此过程是横移控制中的速度内环控制。

②位置闭环控制：位置外环作为速度内环控制的补充，可以更好的提高控制精度。横移开始时，程序记忆大车和旋转的初始位置；横移运行后，根据回转角度计算出与初始位置的偏差，调整速度给定，通过不断修正速度给定，使横移运行轨迹更精确。位置修正的过程也是一种PI不断调节的过程，最终实现无静差调节。

总之，在大车运行过程中，不断的进行速度计算，并通过位置矫正修正大车速度，最终满足横行堆垛要求。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (2)

1.一种堆取料机半自动横行作业方法，其特征在于，按下述方法进行：

通过横行操作手柄控制大车走行和回转机构联动，具体的，司机只需操作横移主令，大车和回转自动实现联动，大车走行速度和臂架回转速度由PLC计算得出，并通过位置偏差反馈修正大车走行速度和臂架回转速度，使大车走行速度和臂架回转速度匹配，满足：

u—大车走行速度；u_R—回转速度；θ—臂架回转角度；

当臂架以回转中心旋转时，头部落料点速度沿轨道平行和垂直方向分解，落料点速度的水平分量与大车走行速度大小相等、方向相反，即

时，满足落料点运行轨迹垂直于轨道方向；

臂架回转位置、速度，大车走行位置、速度，以及俯仰角度的数据采集通过相应机构的编码器实现，具体的：

臂架回转速度采集：通过在回转电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动；数据用于大车速度给定折算、回转速度闭环控制；

臂架回转位置采集：通过在旋转机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架头部下料口线速度分解计算、位置闭环控制；

大车走行速度采集：通过在大车电机轴尾部安装增量编码器，并用数据线直接将速度反馈给传动，数据用于大车速度闭环控制；

大车走行位置采集：通过在大车机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于位置闭环控制；

俯仰角度采集：通过在俯仰机构上安装绝对值编码器，编码器通过ProfibusDP现场总线将数据送入PLC，数据用于臂架水平方向有效臂长的计算。

2.根据权利要求1所述的堆取料机半自动横行作业方法，其特征在于：大车和回转联动采用大车速度跟随回转速度联动，包括以下工况触发：

（1）大车减速限位或编码器减速触发，大车速度受到限制时，通过控制回转机构降速到相应范围，使横移轨迹垂直于轨道；

（2）大车过电缆坑，大车速度受到限制时，将回转限制到相应的速度，使横移轨迹垂直于轨道；

（3）全速横移，在一定的回转角度范围内，换算出大车速度大于100%的速度时，降低旋转速度，使横移轨迹继续垂直于轨道。

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