關(guān)于門座式起重機(jī)自動開閉斗改造應(yīng)用

摘要：門座式起重機(jī)抓斗作業(yè)，在采用抓頭作業(yè)時，經(jīng)常因鋼絲繩過松或過緊而導(dǎo)致電機(jī)過載或鋼絲繩纏繞損壞，經(jīng)過長時間觀察發(fā)現(xiàn)，鋼絲繩的過緊和過松主要原因是司機(jī)在開閉斗作業(yè)時，主要以個人的熟練程度和目測估計來進(jìn)行操作，不能準(zhǔn)確控制自動開閉斗時機(jī)。為解決此現(xiàn)象，通過改造門機(jī)控制程序，用起升電機(jī)編碼器做鋼絲繩位置檢測，利用開閉繩差，實現(xiàn)抓斗的自動控制，解決起升電機(jī)的過載和鋼絲繩纏繞損壞。

神華黃驊港1633門座式起重機(jī)采用先進(jìn)的電控系統(tǒng)。該機(jī)起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速，起升機(jī)構(gòu)采用閉環(huán)控制，應(yīng)用PLC集中控制和檢測。調(diào)速性能優(yōu)良，起、制動運(yùn)行平穩(wěn)、快速。

關(guān)鍵詞：門座式起重機(jī) 自動開閉斗

1 設(shè)備狀態(tài)及原理

設(shè)備簡介：起升機(jī)構(gòu)由兩部單獨(dú)的絞車組成。兩部絞車可以單獨(dú)或聯(lián)合動作，便于起重機(jī)使用四索抓斗裝卸散貨或使用吊鉤裝卸件貨。每部絞車均由電動機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、減速器、長閉式制動器、電機(jī)風(fēng)機(jī)及鋼絲繩卷筒組成。起升支持電機(jī)與行走電機(jī)共用一個變頻器，支持和開閉電機(jī)都帶脈沖編碼器（渡邊增量式編碼器）、電機(jī)上配備有編碼器，雙機(jī)采用閉環(huán)控制。

起升機(jī)構(gòu)原理：起升機(jī)構(gòu)由兩臺變頻器CIMR-G5-4220分別控制兩臺YZP355M2-10，160KW電機(jī)進(jìn)行起、制動運(yùn)行，保證機(jī)構(gòu)的安全、正常運(yùn)行。起升機(jī)構(gòu)通過選擇開關(guān)2SA2可實現(xiàn)單雙機(jī)運(yùn)行，單機(jī)狀態(tài)時，通過配合腳踏開關(guān)，可實現(xiàn)單機(jī)開閉抓斗和雙機(jī)起升， 每臺電機(jī)配備了一臺風(fēng)機(jī)以保證變頻電機(jī)的散熱。

PLC控制原理：手柄在零位，風(fēng)速儀風(fēng)速在正常范圍內(nèi)，超負(fù)荷過流正常，不作行走運(yùn)行，起升無故障時，機(jī)構(gòu)允許升降。若在正常上升范圍內(nèi)，不超負(fù)荷，上升操作允許；在正常下降范圍內(nèi)，不作能耗運(yùn)行，下降操作允許。PLC和變頻器之間通過SI-P1卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

主要設(shè)備型號：起升電機(jī)（160kw）為大連伯頓生產(chǎn)的起重及治金用變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)，可實現(xiàn)無級調(diào)速、變頻器采用日本安川公司Vairspeed G5A4220、PLC采用OMRON C200HE系列。

2 工況概述及改造原因

支持和開閉運(yùn)動通過一個主令控制器進(jìn)行控制。

支持鋼絲繩：a 、d 開閉鋼絲繩：b 、c

通過一個主令控制器可以得到下列運(yùn)動工況：

支持鋼絲繩靜止，開閉鋼絲繩下降時打開抓斗

支持鋼絲繩靜止，開閉鋼絲繩上升時閉合抓斗

原有1633門機(jī)抓斗工況作業(yè)時，現(xiàn)有控制系統(tǒng)沒有抓斗自動開閉斗功能，每個循環(huán)抓取作業(yè)，因個人操作熟練程度、抓斗在船艙中視線不清等問題，開閉繩的閉合時機(jī)總不能及時把握，需要操作司機(jī)來調(diào)整鋼絲繩的長度以讓開閉繩與支持繩保持平衡，確保電機(jī)受力平均。

原有控制系統(tǒng)存在以下幾個缺點(diǎn)：①因調(diào)整鋼絲繩導(dǎo)致作業(yè)時間增長。②人為調(diào)整開閉與支持之間的平衡，很難達(dá)到真正平衡，易導(dǎo)致個別電機(jī)超載，減少壽命。③易造成開閉鋼絲繩與支持繩纏繞。

通過改造門機(jī)起升機(jī)構(gòu)自動開閉斗控制，可以有效的避免以上此情況的發(fā)生。

3 自動開閉斗原理

3.1 主要通訊原理

主令控制器發(fā)出控制指令，PLC得到控制信號，通過變頻器驅(qū)動起升電機(jī)運(yùn)行，同時通過起升電機(jī)軸端脈沖編碼器對電機(jī)速度和位置進(jìn)行檢測并反饋給PLC高速計數(shù)模塊，PLC通過高速計數(shù)模塊所得到的換算值來得到開閉與支持繩的實時繩差，控制起升電機(jī)運(yùn)行，以實現(xiàn)自動開閉斗控制。

3.2 目的

通過編碼器可以隨時知道支持繩和開閉繩的位置差，因此便可以知道抓斗打開的程度。因抓斗開閉過程中支持繩靜止，故可以支持繩為相對參考點(diǎn)，通過支持與開閉繩差的大小來決定開閉繩的各種限制位置，同時可以定義抓斗的開閉和開閉過程中的減速位置。通過程序軟限位來實現(xiàn)開閉斗的減速，避免抓斗鋼結(jié)構(gòu)撞擊和鋼絲繩因慣性造成的纏繞。

3.3 計數(shù)方法

①支持計數(shù)器：

支持計數(shù)器以支持上升終點(diǎn)限位為計數(shù)基準(zhǔn)。

②開閉計數(shù)器：

開閉計數(shù)器的基準(zhǔn)是通過計算當(dāng)抓斗物理閉合時支持計數(shù)器的值而得到的。

③定義瞬間位置差Px：

Px = |開閉計數(shù)值-支持計數(shù)值|

④抓斗開斗設(shè)定：

當(dāng)抓斗打開并且按下開斗按鈕，Px的值被送到開閉計數(shù)器，此Px定義為P0，值為0。

PDK：抓斗打開位置

⑤抓斗閉合設(shè)定：

當(dāng)抓斗閉合并且按下閉斗按鈕，位置差Px的值被送到開閉計數(shù)器，此Px定義為Pz，值為正常作業(yè)的開閉繩差。

PBH：抓斗開斗位置

⑥抓斗位置清零：

當(dāng)需要重新設(shè)定時，同時按下開閉斗按鈕，對抓斗位置清零。

⑦終點(diǎn)和減速位置確定：

抓斗已閉合

如果Px=Pz，可以確定抓斗現(xiàn)已閉合，雖然對于計數(shù)器來說，瞬間位置繩差和Pz絕對相等，但因抓斗存在一定慣性，并且鋼絲繩為軟連接，故外部抓斗閉合位置不會絕對相符，會存在一定誤差，但不會影響作業(yè)。

抓斗已打開

如果Px=P0，可以確定抓斗現(xiàn)已打開，雖然對于計數(shù)器來說，瞬間位置繩差和P0相等，但因抓斗存在一定慣性，并且鋼絲繩為軟連接，故外部抓斗打開位置不會絕對相符，會存在一定誤差，但不會影響作業(yè)。

抓斗打開減速

通過長時間的調(diào)試和總結(jié)，當(dāng)瞬間位置繩差等于Pz的15%時，可以確定開斗減速軟限位位置，不同工況可以根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，值定義為PDKJ。

抓斗閉合減速

通過長時間的調(diào)試和總結(jié)，當(dāng)瞬間位置繩差等于Pz的85%時，可以確定閉斗減速軟限位位置，不同工況可以根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，值定義為PBHJ。

3.4 電流限制

①抓料過程開始階段：

支持電機(jī)電流限制在10%最大電流，以便使抓斗插入到貨物中。

②當(dāng)抓斗閉合到減速位置（PBHJ）：

為了抓斗閉合時不發(fā)生撞擊，可以輕微地增加支持電機(jī)電流限制值。

③當(dāng)抓斗到達(dá)閉合位置（Pz）：

支持電機(jī)電流限制值增加到50%最大電流（等于開閉電機(jī)電流限制值），這一步用來均衡兩電機(jī)電流。

④當(dāng)檢查到電流平衡

支持電機(jī)和開閉電機(jī)的電流限制值都為最大電流限制值（Imax）。

注：當(dāng)檢測到抓斗到閉合位置時，一短延時開始計數(shù)，它能掩飾電機(jī)平衡過程，以便確認(rèn)閉斗上升過程。

在閉斗過程中可以調(diào)節(jié)支持電機(jī)的電流限制值，以防止抓斗插入貨堆過深或者抓斗在閉合過程中被拉起。

4 程序?qū)崿F(xiàn)

本港1633門機(jī)變頻器與PLC之間的通訊方式為Profibus通信，此通信具有減少線路接線、PLC多方位采集變頻器對電機(jī)的控制數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，他們之間的通訊需要在變頻器端裝SI-P通訊卡，PLC安裝PRM21通訊卡，通過通訊卡進(jìn)行數(shù)值的轉(zhuǎn)換和處理，以便PLC軟件來實時采集電機(jī)運(yùn)行的各種相關(guān)數(shù)據(jù)。鋼絲繩位置的確認(rèn)是通過裝在電機(jī)高速端的渡邊編碼器與PLC高速計數(shù)模塊CT021之間的通訊來獲得，通過PLC程序?qū)?shù)值信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，來定義外部開閉繩的位置繩差。

當(dāng)打開抓斗，按下開斗設(shè)定按鈕時，PLC高速計數(shù)模塊就會讀取編碼器的脈沖數(shù)值并把讀取到的脈沖數(shù)值存入PLC數(shù)據(jù)存儲器DM中，經(jīng)過自動開閉斗程序的計算，將結(jié)果作為控制指令發(fā)出，并觸發(fā)開斗控制指示燈顯示。

程序的開始部分設(shè)置高速計數(shù)130.09和130.11為觸發(fā)位，當(dāng)數(shù)值為1時，開始計數(shù)。

當(dāng)按下開斗設(shè)定時，130.08和130.10置1，同時編碼器清零。當(dāng)按下閉斗設(shè)定時，把由DM430低位，DM431高位的十六進(jìn)制數(shù)值送入DM432和DM433數(shù)據(jù)存儲器中。自動開閉斗設(shè)定完成。

當(dāng)司機(jī)踩下腳踏限位時，抓斗打開，當(dāng)DM430中的數(shù)值與DM464的數(shù)值相等時，確認(rèn)開斗結(jié)束，程序觸發(fā)40.01位同時置1，發(fā)出控制指令確認(rèn)開斗結(jié)束。

當(dāng)司機(jī)踩下腳踏限位時，抓斗閉合，當(dāng)DM430中的數(shù)值與DM476的數(shù)值相等時，確認(rèn)閉斗結(jié)束，程序觸發(fā)40.03位同時置1，發(fā)出控制指令確認(rèn)閉斗結(jié)束。

自動開閉斗的減速軟限位原理同上。

自黃驊港物流中心1633門座式起重機(jī)通過該方案改造后，使用情況良好，鋼絲繩纏繞現(xiàn)象極少發(fā)生，不但對設(shè)備起到保護(hù)作用，同時也提高作業(yè)效率，減輕司機(jī)的疲勞作業(yè)度，為高效安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《起重運(yùn)輸機(jī)械》、《港口科技》.