CN220671850U - 一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，包括：液压油泵启动和保护单元，以启动所述液压滚装升降桥的液压油泵电机，以及对所述液压滚装升降桥的液压系统进行保护；液压油缸同步控制单元，对所述液压滚装升降桥的两个油缸进行同步控制；人机界面单元，以实时显示所述液压滚装升降桥的运行状态、液压系统状态、故障报警信息和历史运行数据；操作指令输入单元，用以提供操作指令的输入；可编程逻辑控制器PLC，与各单元数据交互，用以处理各单元的信号。本实用新型实现液压滚装升降桥的可靠平稳控制以及相关的辅助功能。

Description

一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及港口装卸设备技术，更具体地说，涉及一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统。

背景技术

大型滚装船可以在岛屿和陆地之间运输车辆和人员，液压滚装升降桥是连接滚装码头和大型滚装船的港口设备，通过双油缸拉起或降低桥面与船舶的连接处搭接，帮助车辆能够平稳地上、下船。

液压滚装升降桥由一段固定的桥面、一段围绕铰点可以活动的桥面、一个金属结构龙门架、若干个(一般为二个)液压油缸组成。金属结构龙门架坐落在码头的基桩上，液压油缸一头连接龙门架另一头连接活动的桥面，通过多个液压油缸的同步伸缩动作，可以抬起或者降下活动桥面，此活动桥面可以调整到与滚装船连接处平稳搭接的角度。液压油缸的动力由液压油泵提供，一般为电动机驱动。液压滚装升降桥在停止时，需要通过插销机构把活动桥面进行固定。

现有的液压滚装升降桥存在着以下不足之处：首先，液压油泵电机一般使用直接启动的方式，电机启动对电网冲击大，造成电压瞬间跌落，对电力系统造成干扰；其次，活动桥面由多个液压油缸同步上升下降带动，一般多个液压油缸的同步控制仅采用液压分流马达实现同步控制，运行偏差较大，会造成活动桥面扭曲变形，造成安全隐患；第三，过往的液压滚装升降桥结构简单，人机界面方面一般不配置或仅有简单的显示仪表显示部分运行参数，没有相应的运行数据显示和历史运行数据的显示检索功能；第四，操作控制面板一般仅在控制室配置，操作人员只能在单一地点操作，影响操作效率，且不能良好的观察升降桥的停止位置进行插销对位。为了解决这些问题，更好地提供液压滚装升降桥的使用和维护体验，设计实用新型了新的液压滚装升降桥电气控制系统。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，实现液压滚装升降桥的可靠平稳控制以及相关的辅助功能。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，包括：

液压油泵启动和保护单元，以启动所述液压滚装升降桥的液压油泵电机，以及对所述液压滚装升降桥的液压系统进行保护；

液压油缸同步控制单元，对所述液压滚装升降桥的两个油缸进行同步控制；

人机界面单元，以实时显示所述液压滚装升降桥的运行状态、液压系统状态、故障报警信息和历史运行数据；

操作指令输入单元，用以提供操作指令的输入；

可编程逻辑控制器PLC，与各单元数据交互，用以处理各单元的信号。

较佳的，所述液压油泵启动和保护单元包括配电开关以及与其配套的软启动器，所述软启动器启动所述液压油泵电机；以及

液压油位传感器、液压油温传感器、液压堵塞传感器和液压压力传感器，用以对所述液压滚装升降桥的液压系统进行堵塞、低油位、高油位、油箱泄露、低油温、高油温、超过正常工作压力的监测。

较佳的，所述液压油缸同步控制单元包括：

液压油缸位移传感器，用以获取两个所述油缸的位置数据；

液压油缸调速电磁阀，具有两个，分别对应设于两个所述油缸上，以控制两个所述油缸的行程；

滞回控制器，获取所述液压油缸位移传感器的位置数据，并控制所述液压油缸调速电磁阀的运行。

较佳的，所述液压油缸位移传感器为设于所述油缸内部的内置位移传感器；或

设于所述油缸外部的拉绳传感器。

较佳的，所述滞回控制器控制所述液压油缸调速电磁阀的运行具体如下：

两个所述油缸分别记为第一油缸和第二油缸；

当所述第一油的长度L1＞所述第二油的长度L2时，则控制所述第一油上的所述液压油缸调速电磁阀，反之则控制所述第二油上的所述液压油缸调速电磁阀。

较佳的，所述人机界面单元为设于控制室内操作台上的人机界面触摸屏。

较佳的，所述人机界面单元还配置数据库。

较佳的，所述操作指令输入单元为控制室的操作台按钮、本地操作站的面板按钮、遥控器的按钮中任一种或多种组合。

较佳的，所述可编程逻辑控制器PLC包括液压油泵启动和保护控制模块、控制联锁和故障判断模块、液压油缸同步控制模块、液压电磁阀控制模块、操作面板按钮开关控制模块、工业以太网通讯诊断模块。

较佳的，所述可编程逻辑控制器PLC还配置有远程输入输出模块；

所述可编程逻辑控制器PLC通过所述远程输入输出模块与各单元数据交互。

较佳的，所述电气控制系统还包括辅助系统单元；

所述辅助系统单元包括视频监视系统、喊话报警系统和照明配电系统。

本实用新型所提供的一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，适用于液压滚装升降桥的启动、运行、监控、液压系统保护和辅助配电。

液压油泵启动和保护单元使得油泵电机启动平稳安全，大幅降低了对电网电压的冲击，同时对于液压系统提供了完善的保护和报警功能，提高了设备运行的安全性；液压油缸同步控制单元能够提高液压油缸的同步位置控制精度，使得活动桥面两侧受力均衡不会发生扭转变形，也提高了设备的安全性。人机界面单元相比传统的显示仪表，不仅能显示所有的运行参数，还能以表格和图表的形式展示数据，更加人性化，同时具有的历史数据保存和查询检索功能，为维护人员的工作提供了数据支撑。另外多种的操作指令输入单元提供了更多的操作选择性，现场的操作人员可以根据当前实际情况选择合适的操作输入，以及配套的辅助系统单元为现场实际工作提供了便捷实用性。

附图说明

图1是本实用新型电气控制系统的结构框架示意图；

图2是本实用新型电气控制系统中可编程逻辑控制器PLC的结构框架示意图；

图3是本实用新型电气控制系统中液压油缸同步控制单元的工作原理示意图，(a)为主视图，(b)为侧视图；

图4是本实用新型电气控制系统中滞回控制器的工作原理示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

结合图1所示，本实用新型所提供的一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，包括：

液压油泵启动和保护单元1，能够平滑地启动液压滚装升降桥的液压油泵电机，避免大幅电压波动，降低码头的电网波动和电网容量要求；以及对液压滚装升降桥的液压系统进行保护，例如液压系统的堵塞、低油位、高油位、油箱泄露、低油温、高油温；

液压油缸同步控制单元2，通过液压油缸内部的位移传感器或外置的拉绳传感器，能够测量油缸的行程位置，使用位置反馈控制算法对液压调速阀进行控制，实现液压滚装升降桥的两个油缸进行同步控制；

人机界面单元3，以实时显示液压滚装升降桥的运行状态、液压系统状态、故障报警信息和历史运行数据，不仅方便操作人员控制升降桥，而且维护人员对历史故障和操作错误进行分析；

操作指令输入单元4，具有控制台操作面板输入方式，或者兼具有本地操作站输入方式，更佳的可以具有无线遥控器输入方式。现场操作人员可以根据实际情况，选择合适的操作指令输入方式，实现更安全、更快捷的操作体验；

可编程逻辑控制器PLC5和远程输入输出模块，可编程逻辑控制器PLC5与各单元数据交互，用以处理各单元的信号和处理逻辑；远程输入输出模块可以接入模拟的传感器信号和开关量信号，并输出相应的控制信号。

液压油泵启动和保护单元1包括配电开关以及与其配套的软启动器11，现有的三相鼠笼式电机的直接启动有4～7倍启动电流，一般码头对于液压滚装升降桥的配电容量不会这么大，所以在液压油泵电机直接启动的瞬间，存在明显的电压波动，甚至存在影响液压滚装升降桥本身控制功能的恶劣情况，通过在软启动器11设置电压斜坡上升方式+电流限制在2～3倍的控制方式，来启动液压油泵电机，可以避免液压油泵电机启动瞬间的电压波动，减少对码头电网和液压滚装升降桥本身的干扰。对于液压系统，需要保证液压油的清洁度、油温、油位和运行压力处在正常的区间，通过再设置液压油位传感器12、液压油温传感器13、液压堵塞传感器14和液压压力传感器15，经过可编程逻辑控制器PLC5的信号处理和量程转换，与液压设计提供的正常工作区间参数作比较，实现液压相关保护控制逻辑，如存在液压相关故障，根据具体情况限制液压油泵的启动和运行，用以对液压滚装升降桥的液压系统进行堵塞、低油位、高油位、油箱泄露、低油温、高油温、超过正常工作压力的监测。

液压油缸同步控制单元2包括：

液压油缸位移传感器21，用以获取两个油缸的位置数据；

液压油缸调速电磁阀22，具有两个，分别对应设于两个油缸上，以控制两个油缸的行程；

滞回控制器，获取液压油缸位移传感器21的位置数据，并控制液压油缸调速电磁阀22的运行。

结合图3所示，液压滚装升降桥100具有两个液压油缸，分别记为第一油缸101(1号油缸)和第二油缸102(2号油缸)，当两个液压油缸收缩时带动升降桥面103上抬，当两个液压油缸伸长时带动升降桥面103下降。两个液压油缸的液压油流量本身具有液压同步马达进行同步，但是调节的效果还不够精确，存在累计误差，故每一个液压油缸还配有一个调速阀进行精确的小流量控制，当调速阀得电时，对应的液压缸下降的流量增加故下降速度增快或者上升速度减慢。

液压油缸同步控制单元2通过采集两个液压油缸的内置位移传感器或外置拉绳传感器来获取油缸的精确位置数据作为输入源，采用滞回控制器作为液压油缸同步控制单元2的主要算法。以两个液压油缸同步上升为例，记1号油缸的长度为L1，2号油缸的长度为L2，如果L1>L2则控制1号油缸的调速阀S1，反之控制2号油缸的调速阀S2。设定滞回控制器的控制设定点阈值上限为1％的油缸行程C1，设定阈值下限为0.25％的油缸行程C2。如图4所示，以一种情况为例来进行详细描述，当2个油缸同步上升的行程偏差超过C1且1号油缸快时，S1得电；当2个油缸同步上升的行程偏差小于C2且1号油缸快时，S1失电。通过这种控制方式，可以实现油缸同步精度在1％以内，已经可以满足升降桥的使用需求。两个液压油缸同步工况控制如下表1所示：

人机界面单元3为设于控制室内操作台上的人机界面触摸屏，操作人员可以方便的查看当前的插销插入状态以及油缸的行程位置，液压系统状态(包含液压的油泵启停状态，液压油箱的温度、油位、蝶阀状态、油管堵塞状态、油泵压力)，联锁限位的状态以及当前存在的故障信息。人机界面单元3可以通过通讯协议(例如MODBUS TCP或OPC UA等)与可编程逻辑控制器PLC5进行数据交换来获取上述信息。另外，人机界面单元3还配置数据库，通过把关键的流程数据、操作过程的数据、故障数据保存入数据库，可以在历史报表中检索这些数据的历史值，可供维护人员查看，或者在技术故障或操作人员操作错误后为进行分析提供依据。

操作指令输入单元4为控制室的操作台按钮41、本地操作站的面板按钮42、遥控器的按钮43中任一种或多种组合。

控制室的操作台按钮41的信号，可以直接接入可编程逻辑控制器PLC5；本地操作站的面板按钮42的信号，可以连接入远程输入输出模块，然后通过现场总线或者工业以太网连接到可编程逻辑控制器PLC5；遥控器的按钮43的信号，通过遥控器本身的无线或有线传输到其接收器上，然后把接收器安装到中控室中，把接收器的信号可以通过开关量或者现场总线方式发送数据给可编程逻辑控制器PLC5。

结合图2所示，可编程逻辑控制器PLC5包括液压油泵启动和保护控制模块51、控制联锁和故障判断模块52、液压油缸同步控制模块53、液压电磁阀控制模块54、操作面板按钮开关控制模块55，分别对应控制液压油泵启动和保护单元1、液压油缸同步控制单元2、操作指令输入单元4、人机界面单元3。此外，还包括其他液压电磁阀的控制逻辑，用来实现液压系统的加载等操作。还有工业以太网通讯诊断模块56，为远程输入输出模块的状态进行诊断，当远程输入输出模块存在故障时，整机停机需要检修。可编程逻辑控制器PLC5通过远程输入输出模块连接上述控制模块，完成信号的输入和控制指令的输出。可编程逻辑控制器PLC5完成控制逻辑指令的处理和执行，以及和人机界面单元3的数据交换。

本实用新型电气控制系统还包括辅助系统单元6，用于液压升降桥使用时的辅助功能，在液压滚装升降桥本身的控制之外，为了给码头提供安全有效的管理，辅助系统单元6包括视频监视系统61、喊话报警系统62和照明配电系统63。

视频监视系统61，可以让操作人员在控制室直接观察到升降桥桥面的情况以及升降桥固定插销的情况，这样操作人员能准确停止升降桥的动作，使桥面停止在插销孔位置，方便后续的锁销操作，另具有一段时间的视频保存机制，方便进行追溯。

喊话报警系统62，通过安装喊话放大器，操作人员可以通过话筒讲话，在升降桥上安装的扬声器发出声音，实时提醒升降桥面上的人员。

照明配电系统63，通过安装在升降桥顶部的投光灯，可以在夜间提供照明，方便夜间作业。此外，还可以安装红绿灯，当升降桥正在工作时，点亮红灯，提醒车辆和行人不得通行；当升降桥调整完成之后，可以点亮绿灯，指示车辆允许通行。

综上所述，液压滚装升降桥是一种港口码头装卸设备，适用于汽车滚装船与码头的连接，方便汽车从滚装船上下行驶。而其电气控制系统是液压滚装升降桥的一个重要组成部分。本实用新型液压滚装升降桥的电气控制系统提供了电源配电管理、液压系统启动和保护控制、外围信号和传感器的信号采集、操作面板信号的输入、当前和历史故障、运行状态的显示与存储、液压双油缸的位置同步控制、辅助系统等功能。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于，包括：

液压油泵启动和保护单元，以启动所述液压滚装升降桥的液压油泵电机，以及对所述液压滚装升降桥的液压系统进行保护；

液压油缸同步控制单元，对所述液压滚装升降桥的两个油缸进行同步控制；

人机界面单元，以实时显示所述液压滚装升降桥的运行状态、液压系统状态、故障报警信息和历史运行数据；

操作指令输入单元，用以提供操作指令的输入；

可编程逻辑控制器PLC，与各单元数据交互，用以处理各单元的信号。

2.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述液压油泵启动和保护单元包括配电开关以及与其配套的软启动器，所述软启动器启动所述液压油泵电机；以及

液压油位传感器、液压油温传感器、液压堵塞传感器和液压压力传感器，用以对所述液压滚装升降桥的液压系统进行堵塞、低油位、高油位、油箱泄露、低油温、高油温、超过正常工作压力的监测。

3.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于，所述液压油缸同步控制单元包括：

液压油缸位移传感器，用以获取两个所述油缸的位置数据；

液压油缸调速电磁阀，具有两个，分别对应设于两个所述油缸上，以控制两个所述油缸的行程；

滞回控制器，获取所述液压油缸位移传感器的位置数据，并控制所述液压油缸调速电磁阀的运行。

4.根据权利要求3所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述液压油缸位移传感器为设于所述油缸内部的内置位移传感器；或

设于所述油缸外部的拉绳传感器。

5.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述人机界面单元为设于控制室内操作台上的人机界面触摸屏。

6.根据权利要求5所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述人机界面单元还配置数据库。

7.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述操作指令输入单元为控制室的操作台按钮、本地操作站的面板按钮、遥控器的按钮中任一种或多种组合。

8.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器PLC包括液压油泵启动和保护控制模块、控制联锁和故障判断模块、液压油缸同步控制模块、液压电磁阀控制模块、操作面板按钮开关控制模块、工业以太网通讯诊断模块。

9.根据权利要求8所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器PLC还配置有远程输入输出模块；

所述可编程逻辑控制器PLC通过所述远程输入输出模块与各单元数据交互。

10.根据权利要求1所述的用于液压滚装升降桥的电气控制系统，其特征在于：所述电气控制系统还包括辅助系统单元；

所述辅助系统单元包括视频监视系统、喊话报警系统和照明配电系统。