CN112859937A - 一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，包括检测料流实际运行状态和流量信息、震动给料器的实际运行速度信息、料斗门开度状况信息以及料斗重量信息的给料机构检测单元；接收所述给料机构检测单元传送的数据信息的PLC控制单元，所述PLC控制单元对接收的数据信息进行分析、对震动给料器的运行速度、料斗门开度大小以及料流速度进行调节并输出对应的指令信息；接收所述PLC控制单元传送的指令信息的给料机构调节单元。该系统可以充分发挥出卸船机给料系统的最大作业能力，同时也降低了堵料、撒料的风险，保证了抓斗卸船机运行的高效性和可靠性。

Description

一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统
技术领域
本发明涉及抓斗卸船机控制领域，尤其涉及一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统。
背景技术
抓斗卸船机的起重量、作业循环时间以及给料系统的料流速度控制是决定设备卸船效率的几大重要因素，其中对于给料系统的料流速度的控制往往成为操作人员容易忽视的地方。目前抓斗卸船机给料系统的料流速度均是由司机根据给料系统运行状态手动进行调节，由于人工手动操作的局限性和滞后性，一定程度上限制了抓斗卸船机的最大卸船作业效率，另一方面也使给料系统存在堵料、撒料等风险。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，具体包括：
检测料流实际运行状态和流量信息、震动给料器的实际运行速度信息、料斗门开度状况信息以及料斗重量信息的给料机构检测单元；
接收所述给料机构检测单元传送的数据信息的PLC控制单元，所述PLC控制单元对接收的数据信息进行分析、对震动给料器的运行速度、料斗门开度大小以及料流速度进行调节并输出对应的指令信息；
接收所述PLC控制单元传送的指令信息的给料机构调节单元，所述给料机构调节单元至少包括HMI面板和司机室联动台操作元件，所述HMI面板用于显示给料系统运行状态，所述司机室联动台操作元件用于接收用户输入的给料系统目标作业流量信息。
进一步的，所述PLC控制单元将皮带机实际作业流量信息与给料系统目标作业流量进行比较，当判断皮带机实际作业流量低于目标作业流量时，所述PLC控制单元输出增加震动给料器的运行速度以及增大料斗门的开度的控制指令；当判断皮带机实际作业流量高于目标作业流量时，所述PLC控制单元输出降低震动给料器的运行速度料、减小料斗门开度程度的控制指令。
进一步的，所述PLC控制单元通过读取给料机构调节单元所设置的初始参数、并将给料机构检测单元传送的数据进行比较分析得出相应的料流调节方案，具体方式为：
震动给料器运行速度调节方式为：
Va＝Ka1*(W01-W00)/W00*Vn；
其中：Va为运行速度调节值，Ka1为速度调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Vn为额定速度；
料斗门开度调节方式为：
Ta＝Ka1*(W01-W00)/W00*Tn；
其中：Ta为料斗门调节运行时间，Kb1为料斗门调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Tw为料斗门全行程运行时间，其中PLC控制单元对料流速度的自动控制过程中，震动给料器运行速度调节的优先级高于料斗门开度的调节。
进一步的，所述给料机构检测单元包括地面皮带秤、料斗门位移传感器、给料机构运行状态检测元件和给料系统联锁保护开关；所述地面皮带秤用于检测皮带瞬时物料流量和累计物料流量信息、并将检测到的数据信息通过以太网协议传送至PLC控制单元；所述料斗门位移传感器用于检测料斗门开度信息；所述给料机构运行状态检测元件用于检测料斗门打开和闭合状态；所述给料系统联锁保护开关用于检测分流导板是否处于海侧或陆侧位置。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，该系统通过检测物料经料斗、料斗门、震动给料器(或给料皮带)、分叉料斗(或中继皮带)至码头地面皮带机的料流速度等状态信息、从而控制震动给料器的运行速度以及料斗门开度的大小，保证了卸船机给料系统以及码头地面皮带机作业能力的利用率，充分发挥了抓斗卸船机以及码头地面皮带机的散料运输能力。同时也解决了皮带物料溢出、堵料等问题，大幅提高散料码头的作业效率和运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明抓斗卸船机给料系统的结构示意图；
图2为本发明中给料机构检测单元的结构示意图；
图3为本发明中给料机构调节单元的结构示意图；
图4为本发明中驱动控制接线图的连接图；
图5为本发明中抓斗卸船机给料机构的结构示意图；
图6为本发明中HMI界面的展示图；
图7为本发明中系统的工作原理图。
图5中1、接料板、2、料斗、3、料斗门电液推杆、4、料斗门位移传感器、5、料斗门、6、震动给料器、7、分流导板、8、码头地面皮带机、9、皮带秤。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，U1为给料机构检测单元、U2为给料机构调节单元、U3为PLC控制单元。该系统在工作状态下，操作人员首先设置抓斗卸船机给料系统目标作业流量，利用PLC控制单元对机上或地面皮带称所反馈的实时物料流量、震动给料器(或给料皮带)实际运行速度、料斗门开度、料斗重量等数据进行实时分析，依据所分析的数据合理配置给料系统控制方案，从而分别对震动给料器(或给料皮带)运行速度以及料斗门开度进行调节，从而实现给料系统的作业流量自动控制的功能；该系统具体包括给料机构检测单元、PLC控制单元和给料机构调节单元；给料机构检测单元和给料机构调节单元与PLC控制单元之间通过以太网、Profibus DP总线以及硬线进行连接。
其中给料机构检测单元设置于抓斗卸船机给料机构以及码头地面皮带机上，便于检测给料系统以及料流实际运行情况；给料机构调节单元设置于抓斗卸船机司机室联动台上，便于司机对目标作业流量进行设置；PLC控制单元按照抓斗卸船机常规控制系统布置，设置于PLC室内。给料机构检测单元包括地面皮带秤、料斗门位移传感器、给料机构运行状态检测元件和给料系统联锁保护开关。其中地面皮带称采用TCP/IP以太网协议经以太网交换机传输至主PLC控制单元；料斗门位移传感器以硬线连接的形式传输至主PLC控制单元的AI模块，具体连接方式如图2；给料机构运行状态检测元件以及给料系统联锁保护开关以硬线连接的形式传输至主PLC控制单元的DI模块，具体连接方式如图2所示，(图中LM代表料斗门位移传感器、BG1代表料斗门打开停止限位、K01代表料斗门打开停止继电器、BG2代表料斗门闭合停止限位、K02代表料斗门闭合停止限位)。
进一步的，地面皮带秤为30系列皮带秤系统，内置60-12型速度传感器、14型称重传感器以及MT3000控制器，控制器通过接收速度传感器及称重传感器的数据，用于实现对皮带瞬时物料流量和累计物料流量进行检测，数据通过以太网协议通讯上传；料斗门位移传感器为内置于料斗门电液推杆内的直线位移传感器，用于料斗门开度的测量，输出4-20mA信号；给料机构运行状态检测元件包含有料斗门打开停止限位和料斗门闭合停止限位，二者均采用MV8H330-11Y型机械限位开关，用于检测料斗门打开和闭合状态；给料系统联锁保护开关包含有分流导板海侧位置限位和分流导板陆侧位置限位，二者均采用MV8H330-11Y型机械限位开关，用于检测分流导板是否处于海侧或陆侧位置。
进一步的，PLC控制单元包括PLC控制器、DP通讯模块、以太网交换机、AI模块、DI模块、DO模块和变频器；其中PLC控制单元用于抓斗卸船机功能的控制工作；DP通讯模块及远程子站DP模块用于PLC控制单元与远程子站之间的Profibus DP协议的通讯；以太网交换机用于PLC控制单元与皮带秤、HMI面板、变频器之间的TCP/IP协议的通讯；AI模块用于料斗门位移传感器信号的接收；DI模块用于给料机构运行状态、给料系统联锁保护、给料机构调节系统操作元件信号的接收；DO模块用于给料结构运行的驱动控制，具体接线方式见图4；变频器用于震动给料器(或给料皮带)的驱动控制，具体接线方式见图4。(图4中：Q1为震动给料器变频器配电断路器、Q2为震动给料电机1断路器、Q3为震动给料电机2断路器、Q4为料斗门推杆配电断路器、U1为震动给料器变频器、R1为震动给料器制动电阻、M1为震动给料电机1、M2为震动给料电机2、M3为料斗门推杆电机、S1为料斗门打开电磁阀、S2为料斗门闭合电磁阀、K1为料斗门推杆接触器)
给料机构调节单元由HMI面板、司机室联动台操作元件组成。HMI面板采用BL2PPC17 7000S触摸式一体机，安装Wincc软件编制HMI画面，通过OPC协议同PLC控制单元进行数据通讯，用以显示给料系统运行状态。
司机室联动台操作元件包含有给料系统手动/自动模式选择开关以及给料速度增加/减少选择开关组成，其中给料系统手动/自动选择开关采用C2SS1-10B-10型二位自锁型选择开关，用于司机对给料系统操作模式进行选择；给料速度增加/减少选择开关采用C3SS2-10B-20型三位自复位型选择开关，用于司机对给料系统目标作业流量进行调节。
其中HMI面板采用TCP/IP以太网协议经以太网交换机传输至主PLC控制单元，如图6实时显示给料系统作业状态，(图中01给料系统自动/手动模式指示灯、02目标物料流量设置值、03实际物料流量值、04料斗门开度值、05料斗内物料重量、06料斗门状态指示灯、07接料板状态指示灯、08分流导板状态指示灯、09地面皮带状态指示灯)；司机室联动台操作元件以硬线连接的形式传输至PLC控制单元的DI模块，具体连接方式如图3。联动台上的给料系统自动/手动模式选择开关S1，用于操作人员对给料系统控制模式进行选择，选至自动模式后，给料系统料流自动控制模式启动。联动台上的给料速度增加/减少设置选择开关S2用于自动模式下给料系统目标料流速度的设置，操作人员可依据抓斗卸船机及码头地面皮带机的当前最大作业能力，对目标料流速度进行设置，设置结果可在HMI面板上进行读取，完成上述设置后，目标料流速度值将被传输至PLC控制单元。
选择给料系统流量自动控制功能后，PLC控制单元首先对给料系统运行状态及联锁保护进行检测，确认正常后，给料系统流量自动控制功能正式启动。PLC控制单元将皮带秤所检测的皮带机实际作业流量同给料系统目标作业流量进行比较，当判断皮带秤所检测的皮带机实际作业流量低于目标作业流量时，通过增加震动给料器(或给料皮带)运行速度以及增大料斗门开度这两种方式，提高实际作业流量；当判断皮带称所检测的皮带机实际作业流量高于目标作业流量时，通过减小震动给料器(或给料皮带)运行速度以及减小料斗门开度这两种方式，降低实际作业流量。其中对震动给料器(或给料皮带)运行速度以及料斗门开度的调节，需控制在机构正常运行范围内，同时应优先对震动给料器(或给料皮带)的运行速度进行调节。
一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统的具体流量控制方法如下：
步骤一：在抓斗卸船机的工作过程中，操作人员于司机室联动台处操作，将给料系统自动/手动模式选择开关设置为自动模式，并依据抓斗卸船机及码头地面皮带机实际作业能力通过给料速度增加/减少选择开关对目标物料流量进行设置，设置值可在HMI界面上进行读取。
步骤二：给料系统流量自动调节功能激活后，PLC控制单元开始实时对给料机构检测单元传送的数据信息进行状态监测。
步骤三：PLC控制单元通过读取给料机构调节单元所设置的初始参数，并同给料机构检测单元所反馈的数据进行比较分析，得出相应的料流调节方案。
抓斗卸船机给料系统流量自动调节的具体控制方法如下：
震动给料器(或给料皮带)运行速度调节公式：
Va＝Ka1*(W01-W00)/W00*Vn；
其中Va为运行速度调节值，Ka1为速度调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Vn为额定速度；
料斗门开度调节公式如下：
Ta＝Ka1*(W01-W00)/W00*Tn；
Ta为料斗门调节运行时间，Kb1为料斗门调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Tw为料斗门全行程运行时间。其中料斗门的初始开度默认设置为全行程的40％，PLC控制单元对料流速度的自动控制过程中，震动给料器(或给料皮带)运行速度调节的优先级要高于对料斗门开度的调节。
步骤四：PLC控制单元依据步骤三中的给料机构料流调节方案，相应对震动给料器(或给料皮带)速度以及料斗门开度进行调节，调整料流速度。
步骤五：上述给料机构料斗调节操作完成后，给料系统恢复正常作业模式，同时实时对给料机构运行状态进行监测，保证设备给料系统运行高效、可靠。
实施例：
以给料系统由震动给料器和分流导板组成的抓斗卸船机为例，对其料流自动控制功能进行说明。控制流程如图7所示：PLC控制单元首先对给料系统运行状态及联锁保护进行检测，若确认正常，将给料系统自动/手动模式选择开关选至自动模式，启动物料流量自动控制功能，同时通过给料速度增加/减少设置选择开关S2设置目标作业流量值。给料机构调节单元将会自动调整料斗门开度至全行程的40％，同时以30％的运行速度启动震动给料器，料流将经过抓斗卸船机给料系统传输至码头地面皮带机上。PLC控制单元通过TCP/IP协议读取码头地面皮带秤所检测的实际作业流量值，并将此数值同给料系统目标作业流量值进行比较。当PLC控制单元判断实际作业流量小于目标作业流量时，PLC控制单元将通过调整对变频器指令的方式来增加震动给料器运行速度，若震动给料器增速至100％额定转速但实际作业流量依旧小于目标作业流量时，主PLC控制将通过硬线控制的方式增大料斗门开度，直至实际作业流量等于目标作业流量；当PLC控制单元判断实际作业流量大于目标作业流量且料斗门开度大于全行程的40％时，PLC控制单元将通过硬线控制的方式减小料斗门开度，若料斗门开度减小至其全行程的40％但实际作业流量依旧大于目标作业流量时，PLC控制单元将通过调整对变频器指令的方式来减小震动给料器的运行速度，直至实际作业流量等于目标作业流量。当PLC控制单元判断实际作业流量和目标作业流量相等时，停止对给料机构的自动调节，给料机构稳定运行。
本发明公开的一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，可以充分发挥出卸船机给料系统的最大作业能力，同时也降低了堵料、撒料的风险，保证了抓斗卸船机运行的高效性和可靠性，极大地增加了抓斗卸船机产品的市场核心竞争力。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种流量可自动控制的抓斗卸船机给料系统，其特征在于：包括
检测料流实际运行状态和流量信息、震动给料器的实际运行速度信息、料斗门开度状况信息以及料斗重量信息的给料机构检测单元；
接收所述给料机构检测单元传送的数据信息的PLC控制单元，所述PLC控制单元对接收的数据信息进行分析、对震动给料器的运行速度、料斗门开度大小以及料流速度进行调节并输出对应的指令信息；
接收所述PLC控制单元传送的指令信息的给料机构调节单元，所述给料机构调节单元至少包括HMI面板和司机室联动台操作元件，所述HMI面板用于显示给料系统运行状态，所述司机室联动台操作元件用于接收用户输入的给料系统目标作业流量信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于：所述PLC控制单元将皮带机实际作业流量信息与给料系统目标作业流量进行比较，当判断皮带机实际作业流量低于目标作业流量时，所述PLC控制单元输出增加震动给料器的运行速度以及增大料斗门的开度的控制指令；当判断皮带机实际作业流量高于目标作业流量时，所述PLC控制单元输出降低震动给料器的运行速度料、减小料斗门开度程度的控制指令。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征还在于：所述PLC控制单元通过读取给料机构调节单元所设置的初始参数、并将给料机构检测单元传送的数据进行比较分析得出相应的料流调节方案，具体方式为：
震动给料器运行速度调节方式为：
Va＝Ka1*(W01-W00)/W00*Vn；
其中：Va为运行速度调节值，Ka1为速度调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Vn为额定速度；
料斗门开度调节方式为：
Ta＝Ka1*(W01-W00)/W00*Tn；
其中：Ta为料斗门调节运行时间，Kb1为料斗门调节系数，W01为实际作业流量值，W00为目标作业流量值，Tw为料斗门全行程运行时间，其中PLC控制单元对料流速度的自动控制过程中，震动给料器运行速度调节的优先级高于料斗门开度的调节。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征还在于：所述给料机构检测单元包括地面皮带秤、料斗门位移传感器、给料机构运行状态检测元件和给料系统联锁保护开关；所述地面皮带秤用于检测皮带瞬时物料流量和累计物料流量信息、并将检测到的数据信息通过以太网协议传送至PLC控制单元；所述料斗门位移传感器用于检测料斗门开度信息；所述给料机构运行状态检测元件用于检测料斗门打开和闭合状态；所述给料系统联锁保护开关用于检测分流导板是否处于海侧或陆侧位置。
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