CN204917724U - 一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，包括车间集散控制系统、无线通讯传输系统、天车PLC控制系统、大车激光测距系统、小车激光测距系统、起升绝对值编码器位置检测系统和极板位置检测感应限位装置；无线通讯传输系统包括安装车间集散控制系统上的第一无线传输模块、安装在天车PLC控制系统上的第二无线传输模块和安装在大车激光测距系统上的第三无线传输模块；所述天车PLC控制系统分别与小车激光测距系统、起升绝对值编码器位置检测系统和极板位置检测感应限位装置连接；车间集散控制系统包括天车运行及故障监测子系统、生产任务管理子系统和地面机组控制子系统。

Description

一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统

技术领域

本实用新型涉及电解阴阳极板搬动天车控制领域，更具体地，涉及一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统。

背景技术

现代铜、铅、锌的冶炼都有一个电解精炼工艺，其利用通入大电流直流电，利用电解质将纯度较低的阳极板上的粗金属经过电解转移到阴极板上，形成纯度较高的阴极板，该工艺条件及其对设备的要求有以下特点：

极板间距小，定位精度要求高：由于阴、阳极板在电解槽的排列紧密，考虑阴极板的板面悬垂度，阳极板的厚度误差及毛刺等，为防止槽内阴阳极之间间隙过小或接触，导致极间短路，所用吊车在进入定位锥之前的水平粗定位精度要求在±20mm以内，进入定位锥之后最终阴、阳极在电解槽的摆放精度要求为±2mm。

生产作业效率要求高：按照电解周期、单台吊车配置，吊车完成最远端电解槽阴极（或阳极）出、装槽作业时间需在480s以内（以电解铜为例）。

车间环境极其恶劣：电解车间，为强磁场、重酸雾环境，长时间工作在强磁场辐射和重酸雾气体环境，会对人体身体健康产生影响。

因此，开发能满足铜、铅、锌电解车间吊运阴阳极板的高效率全自动运行要求的天车具有强烈的市场需求，并能较大地提升铜、铅、锌有色冶炼工业的整体工艺水平，以及明显地改善工人的生产作业环境以及劳动强度。

全自动运行的电解极板搬动天车，其关键点在于天车的控制系统与车间的生产作业管理系统相连、天车的精准定位和自动运行的系统控制。天车的精准定位包括大车、小车、起升三个方向，即X、Y、Z的定位。

在天车精准定位方面，大小车的定位方式目前的现有技术有：1）编码器定位，包括使用增量型和绝对值型编码器；2）条码或栅格形式的位置编码系统；3）激光定位系统。起升的定位一般使用绝对值编码器定位。

在自动运行控制系统方面，国外进口天车可以实现与地面机组进行数据交换联锁控制以及相互协调，天车能够在操作室内在人工辅助操作的前提下实现单个工作循环的半自动运行。

现有的电解铜、铅、锌领域，阴阳极板搬动天车，已经能够实现基本的自动定位要求，但是其可靠性不足，且无法实现全自动化作业。其主要问题如下：

1）大车水平方向定位：采用编码器定位方式：由于编码器是对电机的旋转进行高速脉冲计数，车轮打滑和车轮磨损都会对定位精度产生较大影响，所以使用编码器定位方式存在先天不足；条码或栅格位置编码系统，其安装较为复杂且价格成本偏高；目前普遍采用激光测距装置，但是，激光测距的可靠性和精确度仍然存在欠缺，其主要原因为：激光测距装置的发射器安装于行车上，由于车间距离比较远，大约在200－300米左右，行车在高速运行过程中不可避免会有水平和垂直方向的相对游动，当激光装置的光源发生一定角度的晃动后，其发射出的光经过两三百米的距离，其偏差就会很大，从而会偶尔出现激光不能照射到反射板上，造成测量数据信号丢失或产生较大误差。

2）起升垂直方向定位：天车的Z向垂直定位，一般绝对值编码器，然而由于轨道安装的误差、天车大梁本身的拱度、电解槽安装的误差，这些因素造成每个槽极板的水平面会有一定的误差，而且由于起升钢丝绳出现乱槽等异常情况时将导致起升高度的实际值与编码器数据发生紊乱，通过绝对值编码器标定的坐标数据无法修正这些因素的影响，从而偶尔会出现起升定位位置偏高或偏低造成钩取不到极板或者钩头顶极板的情况。

3）运行自动化程序：现有天车能够实现半自动作业，但所有作业过程都需要司机在操作室内完成，没有开发天车生产作业管理系统或者其系统没有与天车的控制系统相连，无法实现全自动化运行，整体运行效率较低。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统。

本实用新型的技术方案为：

一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，包括车间集散控制系统、无线通讯传输系统、天车PLC控制系统、大车激光测距系统、小车激光测距系统、起升绝对值编码器位置检测系统和极板位置检测感应限位装置；

所述无线通讯传输系统包括安装车间集散控制系统上的第一无线传输模块、安装在天车PLC控制系统上的第二无线传输模块和安装在大车激光测距系统上的第三无线传输模块；

所述天车PLC控制系统分别与小车激光测距系统、起升绝对值编码器位置检测系统和极板位置检测感应限位装置连接；

所述车间集散控制系统包括天车运行及故障监测子系统、生产任务管理子系统和地面机组控制子系统。

上述技术方案提出的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，将生产任务管理系统集成到车间集散控制系统，具有生产任务管理系统功能，可以制定生产作业计划并通过无线传输方式发送给天车PLC控制系统。天车PLC控制系统接收到生产任务管理系统发送的作业计划后，按照预先制定的作业流程顺序执行，天车将跟据每个步骤的目标位置，调用该目标位置的位置座标后，分别启动大小车激光测距系统、起升绝对值编码器及极板位置检测感应限位装置。

上述技术方案提出的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统是通过无线通信的方式将天车PLC控制系统与车间集散控制系统、大车激光测距系统连接的，由于车间集散控制系统集成有天车运行及故障监测系统、生产任务管理系统和地面机组控制系统，即可实时监控天车运行中的位置信息、各机构的动作、限位信号；显示、记录各种报警信息，指导设备维护人员快捷准确的查找设备发生的故障源。同时生产调度人员，可通过生产任务管理系统制定生产作业计划，具体可以设置多个作业循环，指定每个循环的作业槽号、作业类型（"出槽”或“装槽”），作业模式（出装槽作业是单板吊运（仅阴极板或仅阳极板）或双板吊运（阴阳极板同时吊运））作业计划可以随时根据需要派发到天车上执行，并且在车间集散控制系统内，可以查询天车的作业历史记录。同时地面机组控制系统作为车间集散控制系统组成的一部分，可以实现监控地面机机组的作业状态，故障信息等。

本实用新型的集成系统，起升垂直方向定位采用起升绝对值编码器及极板位置检测感应限位装置相结合，自动运行速度可以根据绝对值编码器的数据自动调整，离目标位置越近速度限制越慢，从而实现高效地粗定位，然后依靠极板感应限位装置来实现精准定位。

优选的，所述大车激光测距系统的激光信号发射器安装在车间未端的大车轨道平台上，反射板安装于天车上，其检测信号通过无线通讯传输系统传输至天车PLC控制系统。上述大车激光测距系统的信号发射器安装于车间末端轨道平台固定，能够避免由于在大车行驶时发生相对游动，从而避免造成测量数据信号丢失或产生较大误差，提高激光测距的可靠性和精度性。

优选的，所述极板位置检测感应限位装置安装在天车的吊具上；所述极板位置检测感应限位装置包括限位固定支架、限位活动架、安装在限位活动架上的第一限位感应尺和第二限位感应尺、安装在限位固定支架上的减速限位器及停止限位器，还包括安装在限位活动架底部的绝缘板。

优选的，所述限位活动架包括底座和位于底座上且平行的的第一立柱和第二立柱；所述限位固定支架包括平行的第一支架和第二支架，第一支架和第二支架由横梁连接，所述横梁下端设有平行的第一连接杆和第二连接杆；第一支架和第二支架分别滑动套接在第一立柱和第二立柱上；所述第一连接杆的长度大于第二连接杆的长度。

优选的，所述限位固定支架和限位活动架均为空心钢管。

优选的，所述绝缘板安装在限位活动架的底座的下表面；第一限位感应尺和第二限位感应尺安装在限位活动架的底座的上表面；减速限位器及停止限位器分别安装第一连接杆和第二连接杆的下端。

起升绝对值编码器位置检测系统中的绝对值编码器的数据输入天车PLC控制系统后，天车PLC控制系统可以计算出当前与目标位置的差值，从而优化速度曲线，高效平稳地升降运行至目标位置，到达极板位置时依靠极板位置检测感应限位装置进行精确的位置定位。

极板位置检测感应限位装置限位的原理是：只有当天车的吊具到达极板的上方后，极板与限位装置的限位活动架接触，然后继续下降，依靠极板顶紧限位活动架，直至安装在限位活动架上的第一、二限位感应尺感应到限位装置的限位固定支架上的限位时，起升机构立刻开始减速及停止动作。添加极板位置检测第一、二感应限位尺能够修正绝对值编码器的坐标数据，克服偶尔出现起升定位位置偏高或偏低造成钩取不到极板或者钩头顶极板的情况。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统首先采用车间生产作业管理系统与天车PLC控制系统对接，可以实现全自动无人操作。其次，电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统的大车激光测距系统安装于车间固定侧，可以避免因天车行走时晃动造成的误差及不稳定因素。精定位误差控制在±5mm以内，高出±20mm的要求。最后，本电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统的起升的定位方式采用绝对值编码器与极板感应限位相结合，既保证了效率，又增加了定位的准确性，消除了不同槽位水平位置误差因素。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。

图2是极板位置检测感应限位模块是应用限位图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的实施方式并不限于此。

本实用新型的整体思路为：

1）大车水平方向定位，采用激光测距装置，但是其激光信号发射装置安装于车间的固定侧，其反射板安装于天车上。激光测距信号的数据通过无线装置传输到天车PLC控制系统。

2)起升垂直方向定位采用绝对值编码器和极板感应限位装置相结合，自动运行速度可以根据绝对值编码器的数据自动调整，离目标位置越近速度限制越慢，从而实现高效地粗定位，然后依靠极板感应限位装置来实现精准定位。

3）开发电解极板搬运天车的车间集散控制系统，包括天车运行及故障监测系统、生产任务管理系统和地面机组控制系统。在车间的控制室可依靠故障监控系统对天车的运行状态监控以及故障诊断；依靠生产任务管理系统进行天车的作业任务管理，天车自动按程序设定自动执行；依靠地面机组控制系统可以协调地面机机组与天车的作业，最终实现整个车间工艺的无缝对接安全高效运行。

如图1，一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，包括车间集散控制系统1、无线通讯传输系统、天车PLC控制系统7、大车激光测距系统9、小车激光测距系统10、起升绝对值编码器位置检测系统11和极板位置检测感应限位装置12；

所述无线通讯传输系统包括安装车间集散控制系统1上的第一无线传输模块5、安装在天车PLC控制系统7上的第二无线传输模块6和安装在大车激光测距系统9上的第三无线传输模块8；

所述天车PLC控制系统7分别与小车激光测距系统10、起升绝对值编码器位置检测系统11和极板位置检测感应限位装置12连接；

所述车间集散控制系统1包括天车运行及故障监测子系统2、生产任务管理子系统3和地面机组控制子系统4。

上述技术方案提出的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，将生产任务管理系统集成到车间集散控制系统，具有生产任务管理系统功能，可以制定生产作业计划并通过无线传输方式发送给天车PLC控制系统。天车PLC控制系统接收到生产任务管理系统发送的作业计划后，按照预先制定的作业流程顺序执行，天车将跟据每个步骤的目标位置，调用该目标位置的位置座标后，分别启动大小车激光测距系统、起升绝对值编码器位置检测系统和极板位置检测感应限位装置。

上述技术方案提出的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统是通过无线通信的方式将车间集散控制系统与天车PLC控制系统、大车激光测距系统连接的，由于车间集散控制系统集成包括天车运行及故障监测系统、生产任务管理系统和地面机组控制系统。

在本实施例中，是在车间中控室内，配置了一台高性能工控机，其为车间集散控制系统（DCS）的核心组成单元，工控机上安装WICC上位机组态软件，可实时监控天车运行中的位置信息、各机构的动作、限位信号；显示、记录各种报警信息，指导设备维护人员快捷准确的查找设备发生的故障源。同时生产调度人员，可通过生产任务管理系统制定生产作业计划，具体可以设置多个作业循环，指定每个循环的作业槽号、作业类型（"出槽”或“装槽”），作业模式（出装槽作业是单板吊运（仅阴极板或仅阳极板）或双板吊运（阴阳极板同时吊运））作业计划可以随时根据需要派发到天车上执行，并且在车间集散控制系统内，可以查询天车的作业历史记录。同时地面机组控制系统作为车间集散控制系统组成的一部分，可以实现监控地面机机组的作业状态，故障信息等。

天车PLC控制系统接收到生产任务，并按预置时间及流程开始作业。比如第一个作业循环为A槽的双板出槽作业，天车首先读取A槽位的坐标数据，包括X、Y、Z三个方向的数据值，然后启动大小车的激光测距系统，大车激光测距系统通过无线信号传输到天车PLC控制系统，小车激光测距系统通过通讯总线接入天车PLC控制系统，天车PLC控制系统经程序比较当前位置和目标槽的座标数据，按照特定的运动速度曲线，自动运行至目标坐标位置，如果其当前目标位置差大于±5mm，其调整到±5mm以内，满足要求则继续执行下一步，天车PLC控制系统比较起升机构的绝对值编码器的当前值和目标值，按照特定的运动速度曲线，当起升机构下降至离目标高度相近位置时，开始减速及停止动作，天车PLC控制系统接收到此限位信号后，控制起升机构以减速至预置值，然后当感应到“停止”限位动作后起升机构停止动作。吊具的阴阳极吊钩开始动作，待吊钩夹紧极板到位后，起升机构自动上升到上限位，接液盘自动闭合。天车PLC控制系统自动读取阴极剥片机构组的位置坐标，大小车运行按特定速度曲线运行至其目标位置，天车PLC控制系统自动读取阴极剥片机构组作业状态，如其未完成上一个作业循环则天车等待其作业完后再进行下一步，如阴极剥片机构组为空闲状态，则天车自动下放吊具起升机构，待极板感应限位发出“停止”信号时，阴极吊钩打开，放松阴极板后自动提升至上限位，继续按前述流程，到达阳极清洗机组，放下阳极板，起升上升到上限位，则完成第一个工作循环，进入第二个工作循环。

在本实施例中，所述大车激光测距系统9的激光信号发射器安装在车间末端的大车轨道平台上，反射板安装于天车上，其检测信号通过无线通讯传输系统传输至天车PLC控制系统7。上述大车激光测距系统安装在车间末端，能够避免由于在大车行驶时发生相对游动，从而避免造成测量数据信号丢失或产生较大误差，提高激光测距的可靠性和精度性。

如图2，在本实施例中，所述极板位置检测感应限位装置12安装在天车的吊具上；所述极板位置检测感应限位装置12包括限位固定支架101、限位活动架102、安装在限位活动架102上的第一限位感应尺103和第二限位感应尺104、安装在限位固定支架101上的减速限位器105及停止限位器106，还包括安装在限位活动架102底部的绝缘板107。

所述限位活动架102包括底座和位于底座上且平行的第一立柱和第二立柱；所述限位固定支架101包括平行的第一支架和第二支架，第一支架和第二支架由横梁连接，所述横梁下端设有平行的第一连接杆和第二连接杆；第一支架和第二支架分别滑动套接在第一立柱和第二立柱上；所述第一连接杆的长度大于第二连接杆的长度；限位固定支架101和限位活动架102均为空心钢管。所述绝缘板107安装在限位活动架102的底座的下表面；第一限位感应尺103和第二限位感应尺104安装在限位活动架102的底座的上表面；减速限位器105及停止限位器106分别安装第一连接杆和第二连接杆的下端。

起升绝对值编码器位置检测系统中的绝对值编码器的数据输入天车PLC控制系统后，天车PLC控制系统可以计算出当前与目标位置的差值，从而优化速度曲线，高效平稳地升降运行至目标位置，到达极板位置时依靠极板位置检测感应限位装置进行精确的位置定位。

极板位置检测感应限位装置限位的原理是：只有当天车的吊具到达极板的上方后，极板与限位装置的限位活动架接触，然后继续下降，依靠极板顶紧限位活动架，直至安装在限位活动架上的第一、二限位感应尺感应到限位装置的限位固定支架上的限位时，起升机构立刻开始减速及停止动作。添加极板位置检测第一、二感应限位尺能够修正绝对值编码器的坐标数据，克服偶尔出现起升定位位置偏高或偏低造成钩取不到极板或者钩头顶极板的情况。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型的电解极板搬运天车精确定位自动运行装置首先采用车间生产作业管理系统与天车PLC控制系统对接，可以实现全自动无人操作。其次，本电解极板搬运天车精确定位自动运行装置的大车激光测距系统安装于车间固定侧，可以避免因天车行走时晃动造成的误差及不稳定因素。精定位误差控制在±5mm以内，高出±20mm的要求。最后，本电解极板搬运天车精确定位自动运行装置的起升的定位方式采用绝对值编码器与极板感应限位相结合，既保证了效率，又增加了定位的准确性，消除了不同槽位水平位置误差因素。

以上所述的本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，包括车间集散控制系统（1）、无线通讯传输系统、天车PLC控制系统（7）、大车激光测距系统（9）、小车激光测距系统（10）、起升绝对值编码器位置检测系统（11）和极板位置检测感应限位装置（12）；

所述无线通讯传输系统包括安装车间集散控制系统（1）上的第一无线传输模块（5）、安装在天车PLC控制系统（7）上的第二无线传输模块（6）和安装在大车激光测距系统（9）上的第三无线传输模块（8）；

所述天车PLC控制系统（7）分别与小车激光测距系统（10）、起升绝对值编码器位置检测系统（11）和极板位置检测感应限位装置（12）连接；

所述车间集散控制系统（1）包括天车运行及故障监测子系统（2）、生产任务管理子系统（3）和地面机组控制子系统（4）。

2.根据权利要求1所述的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，所述大车激光测距系统（9）的激光信号发射器安装在车间未端的大车轨道平台上，反射板安装于天车上，其检测信号通过无线通讯传输系统传输至天车PLC控制系统（7）。

3.根据权利要求1所述的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，所述极板位置检测感应限位装置（12）安装在天车的吊具上；所述极板位置检测感应限位装置（12）包括限位固定支架（101）、限位活动架（102）、安装在限位活动架（102）上的第一限位感应尺（103）和第二限位感应尺（104）、安装在限位固定支架（101）上的减速限位器（105）及停止限位器（106），还包括安装在限位活动架（102）底部的绝缘板（107）。

4.根据权利要求3所述的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，所述限位活动架（102）包括底座和位于底座上且平行的第一立柱和第二立柱；所述限位固定支架（101）包括平行的第一支架和第二支架，第一支架和第二支架由横梁连接，所述横梁下端设有平行的第一连接杆和第二连接杆；第一支架和第二支架分别滑动套接在第一立柱和第二立柱上；所述第一连接杆的长度大于第二连接杆的长度。

5.根据权利要求4所述的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，所述限位固定支架（101）和限位活动架（102）均为空心钢管。

6.根据权利要求4所述的电解极板搬运天车精确定位自动运行集成系统，其特征在于，所述绝缘板（107）安装在限位活动架（102）的底座的下表面；第一限位感应尺（103）和第二限位感应尺（104）安装在限位活动架（102）的底座的上表面；减速限位器（105）及停止限位器（106）分别安装第一连接杆和第二连接杆的下端。