CN205113364U - 一种有轨矿车出入库自动化调度系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有轨矿车出入库自动化调度系统，实现了运动控制器与PLC间高效可靠的PROFIBUS？DP总线通信；通过双轴伺服运动控制器驱动电机带动滚珠丝杠，实现了吊运机械手在平面上的精准定位；通过液压驱动伸缩机械手臂与电磁吸附，实现了有轨矿车的可靠抓取；通过工业交换机将PLC、工程师调度站、矿车管理中心、厂矿集控中心与矿口显示屏连接起来，加快了有轨矿车调度信息的传输与共享；通过设计计算机调度系统，获取并融合传感器信息实现了空闲车位的动态检索，并通过合理设计调度算法优选最短路径，大大节省了调度系统的能耗。

Description

一种有轨矿车出入库自动化调度系统

技术领域

本实用新型涉及一种有轨矿车出入库自动化调度系统，属于工业自动化控制领域。

背景技术

矿井，特别是大型矿井，会出现数量庞大类型不同的有轨矿车，包括固定车箱式、翻斗式、侧卸式、底卸式有轨矿车。这些矿车大小不同，结构不同，数量不同，入库与出库就会存在一个调度效率的问题。目前，矿井的矿车调度自动化水平较低，甚至采用人工调度，分区库存，占地面积较大，管理混乱，耗费大量人力物力，资源利用率低。其次，由于矿车调度信息化水平较低，矿车不能及时入库，乱丢乱放，出现掘进采煤队找不到矿车的现象，大大影响了矿车的使用效率。再者，由于矿车类型不同，轨道类型不同，如何将不同轨道类型的矿车集中库存与调度管理，如何提高管理的自动化水平，目前还没有较合理的解决方案。并且，有轨矿车入库与出库完全采用平面式调度方式，采用拖进与拖出的方法，调度速度较慢，导致外面的矿车进不来，里面的矿车出不去，甚至堵塞交通，影响出煤通道。生产能力高一点的矿井，已采用龙门吊机实现矿车入库与出库，虽避免了堵塞，但定位精度低，矿车入库不能精确到位。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足而提供有轨矿车出入库自动化调度系统，解决了不同轨道类型有轨矿车入库与出库调度棘手的问题，以及由于信息管理与自动化水平不高，吊运设备与调度方案的不合理，导致矿车入库、出库定位精度较低、速度较慢、效率不高、资源浪费的问题。本实用新型设计了双轴伺服驱动自动化调度系统，完成了双轴电机对滚珠丝杠的驱动，实现了机械手的三维运动控制，提高了矿车入库与出库的调度水平和定位精度。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

有轨矿车出入库自动化调度系统，包括矿车车位及轨道布局、丝杠传动装置、吊运机械手、运动控制器、PLC和现场总线，其特征在于：所述的矿车车位23以矩阵形式等间隔布局；立柱25支撑起滚珠丝杠24以及与之连接的减速箱21、吊运机械手27、导向杆22；所述的轨道布局包括入库Ⅰ型轨道30及与之相连的入库车位1传感器5，入库Ⅱ型轨道31及与之相连的入库车位2传感器6，入库Ⅲ型轨道32及与之相连的入库车位3传感器29，出库Ⅰ型轨道33及与之相连的出库车位1传感器7，出库Ⅱ型轨道34及与之相连的出库车位2传感器8，出库Ⅲ型轨道35及与之相连的出库车位3传感器29；所述的PLC15通过运动控制器39连接到X轴电机与编码器及Y轴电机与编码器；与PLC15相连接的开关量输入信号包括：X轴左限位1、X轴右限位2、Y轴左限位3、Y轴右限位4、Z轴上限位9、Z轴下限位10、夹紧状态11、松开状态12、水平运行状态指示灯13及竖直运行指示灯14；工程师调度站16与技术CPU模块的MPI/DP接口相连；所述的现场总线包括与工业交换机18相连的编程PG17、工业交换机18、矿车管理中心19、厂矿集控中心20以及矿口显示屏40。

所述的PLC15包括电源模块、技术CPU模块、以太网模块、信号模块；所述的技术CPU模块是指西门子T-CPU系列，至少包括CPU315T-2DP、CPU317T-2DP、CPU317TF-2DP；所述的以太网模块包括CP343-1系列模块，至少包括CP343-1、CP343-1ADV；所述的信号模块包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。

所述的运动控制器39是指西门子SINAMICSS120运动控制器，包括控制单元CU320、电源模块、双轴电机模块及将编码器信号转换成DRIVE-CLIQ可识别信号的传感器模块。

所述的滚珠丝杠24，端部由轴承支撑并通过连轴器与减速箱相连；所述的吊运机械手27具有电磁吸附性能和液压驱动夹持功能。

所述的现场总线为PROFIBUS现场总线网络、工业以太网络；网络设备具有PROFIBUS-DP接口或RJ45接口；所述的工业交换机18要至少连接现场控制层具有以太网端口的CPU或者以太网模块。

本实用新型的有益效果：

通过PROFIBUSDP现场总线将具有DP接口的PLC与具有DP接口的运动控制器互联，实现了高效可靠的PROFIBUSDP总线通信；并通过工业以太网模块将PLC与交换机连接起来，加快了有轨矿车调度信息的传输与共享；通过设计运动控制器驱动双轴伺服电机带动滚珠丝杠旋转，实现了吊运机械手在平面上的精准定位；通过液压驱动实现了机械手对有轨矿车的夹取和升降吊运操作；通过智能感知装置，实现了空闲车位的动态检索，并可以根据入库位置传感器来感知不同轨道类型的有轨矿车，优选最短路径，并驱动机械手自动吊运矿车入库，大大节省了能耗；通过设计计算机信息管理系统，实现了矿车出入库调度信息共享，矿车管理中心、厂矿集控中心以及矿口显示屏均可实时监测有轨矿车的动态调度情况。

附图说明

图1为本实用新型中的有轨矿车驱动装置及车位布置图。

图2为本实用新型中PLC及运动控制器电气原理图。

图3为本实用新型中现场总线组态拓扑图。

图4为本实用新型中矿车入库、出库调度算法的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

一种有轨矿车出入库自动化调度系统，通过设计运动控制器驱动双轴伺服电机带动滚珠丝杠旋转，实现了液压驱动吊运机械手在平面上的精准定位。如图1为有轨矿车驱动装置及车位布置图，车位均有编号，可根据现场情况设定。4根钢结构立柱位于4角。为保证定位精度，采用滚珠丝杠传动。丝杠共2根，丝杠螺母座滑块共2个，分别位于2根丝杠上。在滑块上固定有伸缩吊运机械手，为液压驱动。由位于每个丝杠端部的伺服电机及精密减速箱传动控制。丝杠两边装有与之平行的导向杆，与丝杠一起均通过装在立柱上的端部轴承实现支承。矿车入库与出库轨道分设在矿车车位两边。600mm、762mm、900mm是矿车常用的轨道宽度，3种轨道类型基本可以满足需要。在每条轨道的靠近车位的一端装有入库车位传感器1、入库车位传感器2、入库车位传感器3、出库车位传感器1、出库车位传感器2、出库车位传感器3，这些传感器用来检测轨道上是否有车辆存在。检测到有轨矿车后，则伸出机械手臂将其吊运入库，在出库车位位检测到矿车后，则需要启动钢索将矿车引出。

图2为PLC及运动控制器电气原理图。其中，PLC为现场控制层的核心。X轴左右限位开关与Y轴左右限位开关起安全保护作用，均与技术CPU模块的开关量输入端子相连。入库车位1传感器、入库车位2传感器、入库车位3传感器用来检测入库轨道上是否有矿车存在，这些信号送到开关量输入模块中。机械手夹紧状态与松开状态也送到开关量输入模块中，反应了机械手的当前状态。开关量输出模块将X轴左移或右移状态、Y轴左移或右移状态、输出到水平运行指示灯显示；同时将Z轴上移或下移状态信号输出到竖直运行指示灯显示。工程师调度站内装有支持PROFIBUS-DP协议的CP5611控制卡，与PLC的MPI/DP端子相连，用来完成状态监测与故障诊断。SINAMICSS120运动控制器的控制单元CU320以DP方式与PLC的DP接口相连，并作为PLC的DP从站参与PLC的硬件组态与网络组态。PLC通过运动控制器的双轴电机模块驱动电机完成速度或位置控制。与电机相连的编码器将位置与速度信号转换成DRIVE-CLIQ可识别信号送至运动控制单元CU320，然后通过DP总线送至PLC。现场总线以工业交换机为中心，将现场控制中心PLC、编程PG、矿车管理中心、厂矿集控中心以及矿口显示屏连接成网，实现了信息互联共享。

图3为现场总线组态拓扑图。运动控制器39的运动控制单元CU320与技术CPU的DP接口均连接到DP(DRIVE)(1)总线36上，专享PROFIBUS-DP总线通信。工程师调度站16与技术CPU的MPI/DP接口均连接到MPI/DP(1)总线38上，可由PLC软件组态为MPI方式通信或者DP方式通信。编程PG17、矿车管理中心19、厂矿集控中心20以及矿口显示屏40连接到Ethernet(1)以太网37上，实现了信息互联共享。

图4为矿车入库、出库调度算法的程序流程图。开始要进行PLC软件组态及程序初始化，接着进行S120运动控制器的参数配置，配置需要一定时间直至配置成功，然后进行PLC模块及外围设备硬件组态，这时需要读取运动控制器的GSD配置文件，若未读取成功则要重新配置S120运动控制器的参数，读取成功后就要进行机械手复位，丝杠驱动X轴和Y轴使机械手沿负向移动，直到原点(X＝0，Y＝0)位置，此时系统进入就绪状态，等待调度站指令。若收到停机指令，则退出程序，若收到入库指令，则检索数据库，查找空闲车位，若无空闲车位，则返回进入就绪状态，若有空闲车位，则采用最近原则法优选车位，并判断入库车位1有无矿车，若无，则判断入库车位2有无矿车，若无，则判断入库车位3有无矿车，若无则机械手复位进入就绪状态。若入库车位1有矿车，则沿X轴方向移动机械手，同时沿Y轴方向移动机械手，一直移动到入库车位1，接着竖直向下伸出机械手臂，直到检测到下限位开关，然后机械手电磁吸附并抓取矿车，提取收缩手臂直到上限位开关，然后移动机械手到目标车位，接着伸出手臂下放矿车，松开手爪将矿车放至车位，最后进入就绪等待状态。对于入库车位2和入库车位3的矿车入库方法与此相同。若接收到出库指令，则首选检索车型，判断是否车型1，若是，则驱动机械手吊运矿车至出库位1，然后返回就绪状态；若不是车型1，再判断是否车型2，若是，则驱动机械手吊运矿车至出库位2，然后返回就绪状态；最后判断是否车型3，若是，则驱动机械手吊运矿车至出库位3，然后返回就绪状态，若不是，则直接返回就绪状态。

虽然说明书中对本实用新型的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本实用新型的保护范围。在不脱离本实用新型宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种有轨矿车出入库自动化调度系统，包括矿车车位及轨道布局、丝杠传动装置、吊运机械手、运动控制器、PLC和现场总线，其特征在于：所述的矿车车位(23)以矩阵形式等间隔布局；立柱(25)支撑起滚珠丝杠(24)以及与之连接的减速箱(21)、吊运机械手(27)、导向杆(22)；所述的轨道布局包括入库Ⅰ型轨道(30)及与之相连的入库车位1传感器(5)，入库Ⅱ型轨道(31)及与之相连的入库车位2传感器(6)，入库Ⅲ型轨道(32)及与之相连的入库车位3传感器(29)，出库Ⅰ型轨道(33)及与之相连的出库车位1传感器(7)，出库Ⅱ型轨道(34)及与之相连的出库车位2传感器(8)，出库Ⅲ型轨道(35)及与之相连的出库车位3传感器(29)；所述的PLC(15)通过运动控制器(39)连接到X轴电机与编码器及Y轴电机与编码器；与PLC(15)相连接的开关量输入信号包括：X轴左限位(1)、X轴右限位(2)、Y轴左限位(3)、Y轴右限位(4)、Z轴上限位(9)、Z轴下限位(10)、夹紧状态(11)、松开状态(12)、水平运行状态指示灯(13)及竖直运行指示灯(14)；工程师调度站(16)与技术CPU模块的MPI/DP接口相连；所述的现场总线包括与工业交换机(18)相连的编程PG(17)、工业交换机(18)、矿车管理中心(19)、厂矿集控中心(20)以及矿口显示屏(40)。

2.根据权利要求1所述的一种有轨矿车出入库自动化调度系统，其特征在于：所述的PLC(15)包括电源模块、技术CPU模块、以太网模块、信号模块；所述的技术CPU模块是指西门子T-CPU系列，至少包括CPU315T-2DP、CPU317T-2DP、CPU317TF-2DP；所述的以太网模块包括CP343-1系列模块，至少包括CP343-1、CP343-1ADV；所述的信号模块包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。

3.根据权利要求1所述的一种有轨矿车出入库自动化调度系统，其特征在于：所述的运动控制器(39)是指西门子SINAMICSS120运动控制器，包括控制单元CU320、电源模块、双轴电机模块及将编码器信号转换成DRIVE-CLIQ可识别信号的传感器模块。

4.根据权利要求1所述的一种有轨矿车出入库自动化调度系统，其特征在于：所述的滚珠丝杠(24)，端部由轴承支撑并通过连轴器与减速箱相连；所述的吊运机械手(27)具有电磁吸附性能和液压驱动夹持功能。

5.根据权利要求1所述的一种有轨矿车出入库自动化调度系统，其特征在于：所述的现场总线为PROFIBUS总线网络和工业以太网络；网络设备具有PROFIBUS-DP接口或RJ45接口；所述的工业交换机(18)要至少连接现场控制层具有以太网RJ45端口的CPU或者以太网模块。