CN114476950A - 一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：结合重量传感器、抓斗控制系统、增量型编码器及PLC系统；通过测量计算得出起重机实际所吊起的重物的重量与起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量之间的差值，并根据测量结果对抓斗的张开角度进行调节，以达到最适合的工作角度，再进行抓取。本发明解决了目前的抓斗无法兼顾所有的散货作业需求，需反复尝试抓取，工作效率低下的问题。在不改变任何机械结构的基础上，通过PLC系统采集重量传感器的实时信号，对抓取物料的重量进行实时监测并参与系统控制，实现抓斗抓取量智能控制，整个过程不需要人工控制；且可对抓取的数据进行储存，加快工作效率，更便于作业。

Description

一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统

技术领域

本发明属于抓斗控制技术领域，具体涉及一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统。

背景技术

目前抓斗抓取物料的过程主要是依赖司机的操作经验，手动操作主令控制器控制抓斗打开的角度大小，将打开的抓斗放置在想要抓取的物料上面，同一货种的情况下，抓斗打开的角度越大，抓斗抓取量就越大。在抓斗打开的角度相同的情况下，不同的物料，密度越大，抓取的物料就越重，所以说抓斗抓取物料的重量跟司机操作抓斗打开的角度和所抓物料的密度都有关联。为了满足作业需求，避免出现因货种密度不同或者司机打开的抓斗角度不合适造成起重机作业时超载或者抓取量过少的情况发生，目前港口生产者会根据不同的货种配置斗容大小相适应的抓斗，但是往往还不能完全兼顾所有的散货作业需求。

并且，现有的港口起重机设备上一般都有一套独立的超负荷系统装置，该装置主要的功能是检测起重机所吊起的货物是否超载，当超负荷系统装置检测到所吊起的货物超载时会输出信号进PLC系统，参与PLC系统控制，自动禁止司机控制起重机将货物继续提升，只能将货物下降。当人工控制抓斗打开角度过大时，抓取物料重量超过额定起重量，此时司机只能将抓斗放下，需重新操作抓斗抓料；当人工控制抓斗打开角度过小时，抓取物料重量又低于额定起重量；以上两种情况都会造成生产效率降低。现有的抓斗控制系统完全依赖司机的操作水平，很难完全发挥起重设备的额定生产能力。超负荷系统也属于独立设置，使得超负荷系统无法融入整个系统，不能实时参与电气系统控制。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，以解决目前的单一抓斗无法兼顾所有的散货作业需求，需根据不同货重更换不同类抓斗；以及作业过程中需人工反复调整抓斗打开角度以控制最合适的抓取量，进而造成工作效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：包括重量传感器、抓斗控制系统、增量型编码器及PLC系统；所述重量传感器与PLC系统电性连接；所述抓斗控制装置包括抓斗、支持电机、开闭电机、支持卷筒、开闭卷筒、支持钢丝绳、开闭钢丝绳、主令控制器及变频器；所述抓斗包括数片颚片，所述抓斗的头部通过支持钢丝绳与支持卷筒相连，所述抓斗的颚片内侧闭合绳的上端通过开闭钢丝绳与开闭卷筒相连，所述支持卷筒及开闭卷筒安装于机房内，卷筒上的钢丝绳通过改向滑轮连接至抓斗；所述支持电机连接控制支持卷筒，所述开闭电机连接控制开闭卷筒，所述变频器与支持电机及开闭电机电性连接；所述主令控制器与PLC系统电性连接，所述变频器与PLC系统电性连接，所述主令控制器用于发出控制抓斗升降与开闭的指令，所述PLC系统将主令控制器发出的升降、开闭指令转化后发送给变频器，所述变频器用于接收转化后的运行指令，控制电机工作运行；所述支持电机及开闭电机的转子上均安装有增量型编码器，所述增量型编码器与PLC系统电性连接，用于采集支持电机及开闭电机的运行数值，再将数值信号回馈给PLC系统。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，设闭斗状态时支持电机的编码器的数值为a、开闭电机的编码器的数值为b、抓斗打开动作时支持机构钢丝绳与开闭机构钢丝绳之间绳差对应编码器的差值为c，则c=a-b；设抓斗打开的角度数值为φ，则φ与c对应的关系为：φ=k1×c，所述k1为φ与c之间的比例关系。

进一步地，设起重机所吊起的重物的重量数值为G、重量传感器输出的模拟量信号的数值为I，则G与I对应的关系为：G=k2×I，所述k2为I与G之间的比例关系；重量数值G与抓斗的打开角度数值φ成正相关关系。

进一步地，设起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量为Gn、起重机实际所吊起的重物的重量与起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量之间的差值为G△，则G△=Gn-G。

本发明的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统的使用原理，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，确认增量型编码器计数的方向，设抓斗上升或闭斗时为增计数，抓斗下降或开斗时为减计数；

步骤二，由主令控制器发送升降或开闭指令，再由PLC系统接收转化后发送给变频器，所述变频器控制支持电机及开闭电机运行；

步骤三，通过支持电机和开闭电机的转子上的增量型编码器与PLC系统电性连接，用PLC高速计数器对增量型编码器进行信号采集，增量型编码器作为变频器的实际速度检测设备，实现电机闭环控制；通过计算得到支持和开闭钢丝绳之间的绳差，根据比例关系φ=k1×c，通过PLC编程读取支持电机和开闭电机上增量型编码器的数值，计算出支持和开闭钢丝绳的实际运行的状态，从而得出抓斗的打开角度；

步骤四， 将重量传感器输出的模拟量信号直接进入PLC的模拟量输入模块，通过PLC编程实时读取到起重机所吊起的重物的重量；

步骤五， 如果计算得出的G△值为正值说明起重机实际所吊起的重物轻于起重机允许的最大起重质量，根据G△的值的大小，下个循环作业时，PLC根据程序模块将自动调整抓斗打开的角度，直到G△的值接近于0为止，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制；

步骤六，如果计算得出的G△值为负值说明起重机实际所吊起的重物重于起重机允许的最大起重质量，根据G△的值的大小，PLC根据程序模块自动控制抓斗打开进行卸料减重，直到G△的值接近于0为止，PLC根据程序模块自动控制抓斗闭合，停止卸料减重，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制。

本发明的有益效果是：

本发明简单实用，在不改变任何机械结构的基础上，通过PLC系统采集重量传感器的实时信号，对抓取物料的重量进行实时监测并参与系统控制，实现抓斗抓取量智能控制，整个过程不需要人工进行控制；且可对抓取的数据进行储存，加快了工作效率，更加便于作业；避免了因反复抓取造成的空气环境污染等问题；本发明成本低，智能化程度高，极大的提高了设备的生产效率、本质安全性、绿色环保性、智能性。

附图说明

图1为本发明控制系统的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如附图所述，本实施例的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：包括重量传感器、抓斗控制系统、增量型编码器及PLC系统；所述重量传感器与PLC系统电性连接；所述抓斗控制装置包括抓斗、支持电机、开闭电机、支持卷筒、开闭卷筒、支持钢丝绳、开闭钢丝绳、变频器及主令控制器；所述抓斗包括数片颚片，所述抓斗的头部通过支持钢丝绳与支持卷筒相连，所述抓斗的颚片内侧的闭合绳上端通过开闭钢丝绳与开闭卷筒相连，所述支持卷筒及开闭卷筒安装于机房内，卷筒上的钢丝绳通过改向滑轮连接至抓斗，所述支持电机连接控制支持卷筒，所述开闭电机连接控制开闭卷筒，所述变频器与支持电机及开闭电机电性连接；所述主令控制器与PLC系统电性连接，所述变频器与PLC系统电性连接，所述主令控制器用于发出控制抓斗升降与开闭的指令，所述PLC系统将主令控制器发出的升降、开闭指令转化后发送给变频器，所述变频器用于接收转化后的运行指令，控制电机工作运行；所述支持电机及开闭电机的转子上均安装有增量型编码器，所述增量型编码器与PLC系统电性连接，通过在支持电机和开闭电机的转子上安装的增量型编码器，并使用PLC高速计数器对增量型编码器进行信号采集，增量型编码器作为变频器的实际速度检测设备，实现电机闭环控制，以提高驱动器控制精度和调速性能。

在本实施例中，设闭斗状态时支持电机的编码器的数值为a、开闭电机的编码器的数值为b、抓斗打开动作时支持机构钢丝绳与开闭机构钢丝绳之间绳差对应编码器的差值为c，则c=a-b；设抓斗打开的角度数值为φ，则φ与c对应的关系为：φ=k1×c，所述k1为φ与c之间的比例关系。

设起重机所吊起的重物的重量数值为G、重量传感器输出的模拟量信号的数值为I，则G与I对应的关系为：G=k2×I，所述k2为I与G之间的比例关系；重量数值G与抓斗的打开角度数值φ成正相关关系。

设起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量为Gn、起重机实际所吊起的重物的重量与起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量之间的差值为G△，则G△=Gn-G。

本发明的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统的使用时包括以下步骤：

步骤一，确认增量型编码器计数的方向，设抓斗上升或闭斗时为增计数，抓斗下降或开斗时为减计数；抓斗上升时增量型编码器的数值是连续递增的变化，抓斗下降时增量型编码器的数值是连续递减的变化，抓斗静止不动时增量型编码器的数值保持不变；当抓斗作打开动作时，支持钢丝绳静止不动，支持电机的编码器数值不变，开闭钢丝绳下降，开闭电机的编码器数值递减，直到抓斗打开到预想的角度时开闭钢丝绳停止动作，此时开闭电机的编码器的数值停止递减变化。

步骤二，由主令控制器发送升降或开闭指令，再由PLC系统接收转化后发送给变频器，所述变频器控制支持电机及开闭电机运行；

步骤三，通过支持电机和开闭电机的转子上的增量型编码器与PLC系统电性连接，用PLC高速计数器对增量型编码器进行信号采集，增量型编码器作为变频器的实际速度检测设备，实现电机闭环控制；通过计算得到支持和开闭钢丝绳之间的绳差，根据比例关系φ=k1×c，通过PLC编程读取支持电机和开闭电机上增量型编码器的数值，计算出支持和开闭钢丝绳的实际运行的状态，从而得出抓斗的打开角度；

步骤四， 将重量传感器输出的4~20mA的模拟量信号直接进入PLC的模拟量输入模块，港口起重机设备重量传感器输出的模拟量信号的数值与起重机设备所吊起的物料的重量成正比例关系，这样将超负荷系统的重量传感器信号直接进入PLC模拟量输入模块，根据重量传感器输出的模拟量信号的数值大小与起重机设备所吊起的物料的重量成正比例关系的原理就可以通过PLC编程实时读取到起重机所吊起的重物的重量；

步骤五， 如果计算得出的G△值为正值说明起重机实际所吊起的重物轻于起重机允许的最大起重质量，G△的值越大，抓斗实际少抓的物料的重量就越多，根据G△的值的大小，下个循环作业时，PLC根据程序模块将自动调整抓斗打开的角度，直到G△的值接近于0为止，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，即支持机构钢丝绳与开闭机构钢丝绳之间绳差对应编码器的数值c进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制，保证每次抓斗抓取的物料的量接近起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量Gn；

步骤六，如果计算得出的G△值为负值说明起重机实际所吊起的重物重于起重机允许的最大起重质量，G△的值负值越大，抓斗实际多抓的物料的重量就越多，根据G△的值的大小，PLC根据程序模块自动控制抓斗打开进行卸料减重，直到G△的值接近于0为止，PLC根据程序模块自动控制抓斗闭合，停止卸料减重，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，即支持机构钢丝绳与开闭机构钢丝绳之间绳差对应编码器的数值c进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制，保证每次抓斗抓取的物料的量接近起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量Gn。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：包括重量传感器、抓斗控制系统、增量型编码器及PLC系统；所述重量传感器与PLC系统电性连接；所述抓斗控制装置包括抓斗、支持电机、开闭电机、支持卷筒、开闭卷筒、支持钢丝绳、开闭钢丝绳、主令控制器及变频器；所述抓斗包括数片颚片，所述抓斗的头部通过支持钢丝绳与支持卷筒相连，所述抓斗的颚片内侧闭合绳的上端通过开闭钢丝绳与开闭卷筒相连，所述支持卷筒及开闭卷筒安装于机房内，卷筒上的钢丝绳通过改向滑轮连接至抓斗；所述支持电机连接控制支持卷筒，所述开闭电机连接控制开闭卷筒，所述变频器与支持电机及开闭电机电性连接；所述主令控制器与PLC系统电性连接，所述变频器与PLC系统电性连接，所述主令控制器用于发出控制抓斗升降与开闭的指令，所述PLC系统将主令控制器发出的升降、开闭指令转化后发送给变频器，所述变频器用于接收转化后的运行指令，控制电机工作运行；所述支持电机及开闭电机的转子上均安装有增量型编码器，所述增量型编码器与PLC系统电性连接，用于采集支持电机及开闭电机的运行数值，再将数值信号回馈给PLC系统。

2.根据上述权利要求1所述的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：设闭斗状态时支持电机的编码器的数值为a、开闭电机的编码器的数值为b、抓斗打开动作时支持机构钢丝绳与开闭机构钢丝绳之间绳差对应编码器的差值为c，则c=a-b；设抓斗打开的角度数值为φ，则φ与c对应的关系为：φ=k1×c，所述k1为φ与c之间的比例关系。

3.根据上述权利要求2所述的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：设起重机所吊起的重物的重量数值为G、重量传感器输出的模拟量信号的数值为I，则G与I对应的关系为：G=k2×I，所述k2为I与G之间的比例关系；重量数值G与抓斗的打开角度数值φ成正相关关系。

4.根据上述权利要求3所述的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统，其特征在于：设起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量为Gn、起重机实际所吊起的重物的重量与起重机在正常工作情况下所允许的最大起重质量之间的差值为G△，则G△=Gn-G。

5.根据以上任一项权利要求所述的一种基于重量传感器信号采集的抓斗抓取量智能控制系统的使用原理，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，确认增量型编码器计数的方向，设抓斗上升或闭斗时为增计数，抓斗下降或开斗时为减计数；

步骤二，由主令控制器发送升降或开闭指令，再由PLC系统接收转化后发送给变频器，所述变频器控制支持电机及开闭电机运行；

步骤三，通过支持电机和开闭电机的转子上的增量型编码器与PLC系统电性连接，用PLC高速计数器对增量型编码器进行信号采集，增量型编码器作为变频器的实际速度检测设备，实现电机闭环控制；通过计算得到支持和开闭钢丝绳之间的绳差，根据比例关系φ=k1×c，通过PLC编程读取支持电机和开闭电机上增量型编码器的数值，计算出支持和开闭钢丝绳的实际运行的状态，从而得出抓斗的打开角度；

步骤四， 将重量传感器输出的模拟量信号直接进入PLC的模拟量输入模块，通过PLC编程实时读取到起重机所吊起的重物的重量；

步骤五， 如果计算得出的G△值为正值说明起重机实际所吊起的重物轻于起重机允许的最大起重质量，根据G△的值的大小，下个循环作业时，PLC将根据程序模块自动调整抓斗打开的角度，直到G△的值接近于0为止，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制；

步骤六，如果计算得出的G△值为负值说明起重机实际所吊起的重物重于起重机允许的最大起重质量，根据G△的值的大小，PLC根据程序模块自动控制抓斗打开进行卸料减重，直到G△的值接近于0为止，PLC根据程序模块自动控制抓斗闭合，停止卸料减重，同时PLC将此时抓斗打开的角度值φ进行记忆存储，接下来PLC将按照此角度值自动进行精确控制。

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