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1.設備/系統(tǒng)簡介

本方案適用于智能垃圾抓斗起重機電氣系統(tǒng)，用于秸桿運輸車輛進入儲料棚卸料區(qū)域的卸料、對儲料棚內(nèi)燃料的全方位垛料、向地下料斗的給料等。

起重機采用聯(lián)動控制臺加觸摸屏和可編程序控制器(PLC)進行手動與半自動操作。

1.1設備在工藝過程中的任務

1.1.1農(nóng)業(yè)桔桿或林業(yè)廢棄物通過汽車運輸至儲料棚內(nèi)，在卸料區(qū)域，由操作工操作抓斗起重機卸料。

1.1.2 由操作工觀察儲料棚內(nèi)物料堆積狀況，并操作起重機全方位垛料。

1.1.3 由操作工觀察給料斗情況，并操作起重機向地下料斗給料

1.1.4 無卸料和垛料作業(yè)時，在自動投料狀態(tài)，自動檢測地下料斗給料點是否缺料，缺料時，起重機按設定路徑逐點循環(huán)自動抓料并向地下料斗投料。

1.1.5 無卸料和投料作業(yè)時，在自動垛料狀態(tài)，起重機按設定路徑逐點循環(huán)自動抓料并向設定垛料點逐點循環(huán)（倒）垛料。

1.1.6 在向地下料斗投料作業(yè)時，每次投料皆由稱重計量裝置自動計量并存儲數(shù)據(jù)。

1.1.7 抓斗起重機具備完善的故障自診斷功能。

1.2電控設備的主要組成部分、工作原理

起重機采用聯(lián)動控制臺加觸摸屏和可編程序控制器(PLC)進行手動與半自動操作和程序控制。各機構驅動使用變頻器，根據(jù)工藝要求自動調(diào)整輸出頻率和電壓，使各機構運行加速、減速斜率的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)起重機的手動和半自動運行平穩(wěn)控制。手動操作時在起重機控制室內(nèi)能夠控制起重機移料、給料、倒料、堆料等所有動作；半自動操作時，在觸摸屏上選取所設定的抓料區(qū)域并選取所設定的投料地址，起重機在程序控制下，逐點循環(huán)自動運行到抓料位置，下降抓斗至抓取位，由傾角傳感器控制抓斗的傾斜角度不大于30度，抓取物料，提升到設定高度，自動運行至逐點循環(huán)選定的投料位置，開啟抓斗投放物料，實現(xiàn)起重機移料、給料、倒料、堆料等所有動作，自動完成投料過程。

起重機具有上述程序化操作（半自動控制）和手動操作轉換開關，起重機在手動控制方式下，采用聯(lián)動臺人工操作控制，控制起重機大車、小車、起升機構的電機變頻調(diào)速，并手工開啟抓斗，實現(xiàn)抓料和投料過程。

1.3控制系統(tǒng)的關鍵點

1、儲料棚區(qū)域的劃分

2、自動控制定位（定位方式的選擇）

3、防搖控制

4、抓斗防傾斜（不大于30度）

2.西門子電氣半自動控制系統(tǒng)解決方案

2.1解決方案框圖

方案簡述

如上圖所示，起重機采用DP現(xiàn)場總線的通訊方式，由PLC、變頻器和絕對值編碼器構成整個通訊系統(tǒng)，同時起重機有對應的觸摸屏進行操作控制和狀態(tài)顯示。同時，操作室內(nèi)還設有1套上位機，可對起重機進行監(jiān)控。上位機，觸摸屏以及PLC之間采用高速以太網(wǎng)進行通訊，實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

2.2功能特點與自動控制過程

2.2.1手動控制操作介紹：  

        司機觀察通過聯(lián)動控制臺操縱起重機運行，完成大小車移動、抓斗升降開閉、抓取物料，投料等動作。

。

2.2.2高級半自動控制原理和操作介紹：

起重機大車、小車、起升機構均采用變頻驅動，對各機構的運行位置數(shù)據(jù)采集均使用旋轉編碼器。

起升機構的位置編碼器安裝與卷筒同軸，這樣可以比較直接的檢測抓斗的下放位置。

對于大車和小車，編碼器應安裝在特定的檢測輪上并配有復位點以消除累積誤差。

可編程控制器（PLC）通過DP總線讀取編碼器的反饋信號以計算各機構當前的位置。計算出抓斗所處的實際位置，達到自動控制的目的。

    電動液壓抓斗上面安裝傾角傳感器，以防止抓斗嚴重傾斜。

    半自動狀態(tài)下，各機構的動作均能采用程序化控制來實現(xiàn)。在司機室的操作臺上，采用觸摸屏操作。把加料斗和整個物料坑平面在觸摸屏屏幕上劃分為網(wǎng)格地址，司機通過觸摸屏選擇抓取和投放位置并輸入重復次，起重機自動從泊車位置啟動、移向抓取點，下降抓斗、到位及傾斜檢測、抓取垃圾，提升抓斗、移向加料口，稱重計量、投料、返回泊車位置或重復動作。投放的精度≦50mm，料斗定位精度為≦20mm。

本臺抓斗吊的半自動水平具體列表描述如下：

具體工藝描述如下：

抓料：吊車張開的抓斗(無料狀態(tài))能在手動控制下運行到指定的桔桿堆放區(qū)域，并下降到抓料的高度，閉合抓斗抓取桔桿，完成抓料過程。抓料不足時、抓料超重時在觸摸屏有重量顯示和超重報警。

投料：吊車閉合的抓斗(有料狀態(tài))下，在聯(lián)動臺上或觸摸屏上選擇半自動控制方式，并在觸摸屏上指定投料口，抓斗自動提升運行到指定的地下料斗，并下降到投料的高度，自動稱重并記錄該斗物料的重量，開啟抓斗將桔桿投入到料斗中，自動完成投料過程。

搬運與倒垛：抓斗起重機在手動控制下，到達桔桿搬運與倒垛的位置，抓取桔桿并將桔桿投放到桔桿儲料棚內(nèi)某位置(或區(qū)域)堆放；不計量。

稱重：抓斗起重機設有桔桿量計算機稱重系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳感裝置配有無線傳輸器件，投料時自動稱重、去皮。信號自動傳輸?shù)絇LC并在觸摸屏上顯示。上位機完成計量、累計和打印報表等作業(yè)。

自動泊車：操作員點擊“泊車”按鈕，桔桿抓斗起重機張開的抓斗(無料狀態(tài))能自動提升至設定的高度，小車自動行走到設定的位置，大車自動行走到泊車位置，抓斗自動下降到設定的高度，自動完成泊車的全過程。

儲料棚網(wǎng)格地址劃分：起重機大車運行(X軸)、小車運行(Y軸)、起升機構(Z軸)上各裝一個絕對值編碼器，編碼器則發(fā)出的數(shù)字信號給可編程控制器(PLC)，PLC根據(jù)編碼器的反饋信號進行高速計數(shù)，計算出起重機和抓斗所處的實際位置，各傳動機構通過DP控制進行位置點對點控制，達到自動控制的目的。

運行行程：在起重機大車運行(X軸)、小車運行(Y軸)、起升機構(Z軸)的適當位置裝設運行傳感器，使控制系統(tǒng)準確了解起重機(抓斗)的空間位置，自動完成尋址工作。在特征點如投料口中心、卸料保護區(qū)等還設有行程保護開關，在三維空間的標準點設地址傳感器，進行誤差校正。在區(qū)域的端點設有常規(guī)的行程限位開關等保護裝置。上述信息經(jīng)信號線路傳送到控制系統(tǒng)的運動指揮系統(tǒng)PLC中，使控制系統(tǒng)準確了解起重機抓斗的空間位置，故障提示及排除辦法。

2.2.4 半自動實現(xiàn)：

防搖控制：要實現(xiàn)半自動或自動控制，防搖功能的實現(xiàn)是*基本的要求，西門子電氣將防搖控制功能集成在SIMOTION C PLC，大大降低了主PLC的運算負荷，加快了系統(tǒng)控制的實時性。

位置控制：如上安裝于變頻器上的控制單元CU320和CU240卡也可以進行絕對位置和相對位置控制。當前位置值由PLC通過DP送給控制單元。變頻器的輸出由PLC來控制，以到達目標位置。

防搖加減速斜坡圖對照：

2.3系統(tǒng)監(jiān)控

2.3.1觸摸屏

單機觸摸屏選用西門子電氣TP1200系列的10.2”觸摸屏，該觸摸屏為65536真彩TFT，集成2路RS485協(xié)議接口和1路以太網(wǎng)接口，32M內(nèi)存，可用USB下載程序。

3功能特點

3.1 高精度定位

大、小車行走至各工位能準確定位和主鉤上升、下降位置是實現(xiàn)自動定位的關鍵所在，同時要求定位精度控制在±20mm以內(nèi)。從經(jīng)濟性和可靠性出發(fā)，我們選用絕對值編碼器定位技術方案，每臺起重機的大車、小車和主鉤分別加裝絕對值編碼器，用于實時檢測兩機構的位移量。絕對值編碼器*大的特點是：可以實時記憶當前位置，即使在系統(tǒng)斷電的情況下也能準確記錄當前數(shù)據(jù)。有力保證了系統(tǒng)的可靠性。下面以大車定位說明，我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)定位控制，保證±20mm精度要求。

我們選用8位256線編碼器，編碼器裝在大車隨動輪上，對中安裝。這樣，隨動輪每轉1周，絕碼器也跟隨轉1周，那么絕對值編碼器每個脈沖的分辨率為隨動輪周長的1/256。例如：假設隨動輪的周長1000mm，則分辨率： 1000/256=3.9mm，接近4mm，因此大車的定位分辨率完全可以滿足±20mm的要求。

在定位控制上，我們采取的伺服控制的多點定位控制技術，運行曲線見下圖：

大車行走在高速區(qū)時，實現(xiàn)快速加速，全速運行，通過編碼器的實時測量的數(shù)據(jù)分析可得出當大車接近到達工位時，變頻器快速減速，以較低的速度進行滑行區(qū)，以克服起重機慣性的影響。一般我們將滑行的速度控制在1-2Hz以內(nèi)，假設大車速度在2m/min內(nèi)；當大車完全到達工位時，系統(tǒng)立即停止變頻器運行，抱閘動作，整個動作過程時間不足0.5秒鐘。在0.5秒內(nèi)，我們可以計算出大車的理論*大位移量：2000/60*0.5mm=16mm，可以滿足±20mm的要求。實踐證明，通過經(jīng)驗豐富的工程師調(diào)試，定位精度可以進一步提高。

主鉤定位方式因與大車定位原理一樣，這里不再贅述。

3.2 防搖技術

本系統(tǒng)的防搖技術采用電子防搖，電子防搖結構簡單，成本低。采用西門子專用的SIMOTIONC 運動控制器，內(nèi)裝防遙功能塊，使得編程簡單，SCOUNT4.3編程平臺，圖形化編程 ，界面友好。系統(tǒng)的防搖功能可以選擇投入或切除。

   大、小車行走時，大小車加速和減速過程中，防搖功能均起作用。速度動作曲線按下圖：

通過該功能，抓斗沒有明顯搖晃，擺幅次數(shù)少于2次，擺角小于1度。

3.3 稱重技術

在上位機上主要是行車稱重數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和統(tǒng)計。該系統(tǒng)可以生成班、日、月的報表，另一方面該系統(tǒng)會將總累計傳送至焚燒爐設備的DCS系統(tǒng)中，為防止數(shù)據(jù)溢出，在本系統(tǒng)的“稱重管理”界面上有四個清零按鈕，分別是“A車破碎數(shù)據(jù)清零”，“A車焚燒數(shù)據(jù)清零”，“B車破碎數(shù)據(jù)清零”和“B車焚燒數(shù)據(jù)清零”。該按鈕的操作需要有工程師權限方可清零。

本系統(tǒng)中有三個操作員權限，分別是Operator1，Operator2，Operator3。另外還有一個Engineer的工程師權限，當?shù)顷懙氖遣僮鲉T權限時，該按鈕將被鎖定，點擊操作將不會觸發(fā)后臺的數(shù)據(jù)清零。

清零按鈕

   稱重管理界面主要顯示了兩臺車一天的實時信息，分別是：A車，B車，兩車合計。在每個分項下顯示的是：

實時的重量值。

早班的破碎和投料的累計值。

中班的破碎和投料的累計值。

夜班的破碎和投料的累計值。

當日的破碎和投料的累計值。

以上各個數(shù)據(jù)會在早上8點進行一次數(shù)據(jù)清零，開始新一天的累計。

  3.4稱重管理

    在報表打印界面有報表顯示區(qū)域、查詢的日期時間選擇和查詢的區(qū)間選擇。在進入到該界面后系統(tǒng)會自動跟隨到當日的日期，用戶也可以根據(jù)需要選擇以前的歷史日期，選擇好后點擊相應的查詢區(qū)間會顯示當時的日期和該區(qū)間內(nèi)的查詢數(shù)據(jù)。

     查詢數(shù)據(jù)選擇

     在報表的顯示區(qū)域顯示數(shù)據(jù)管理的相應操作按鈕，查詢數(shù)據(jù)出來后用戶可以用以上的按鈕對數(shù)據(jù)進行相應的操作。

     Download和Upload進行數(shù)據(jù)的上傳和下載。

     Hide Cols用來隱藏相應的列，在打印時可根據(jù)實際需求隱藏相應的列從而篩選出自己想要的打印數(shù)據(jù)。

     Show all用來顯示所有的列。

     Print用來打印查詢出的報表。

     Seting報表做相關的設置。

     Refresh用來對數(shù)據(jù)進行刷新。

     “上”、“下”、“左”、“右”用來在報表上進行移位操作。

     另外報表具備排序功能，用戶可以選擇相應的列，以該列的數(shù)據(jù)為基礎正序和反序的排序。

                                報表查詢顯示

     數(shù)據(jù)的備份，該數(shù)據(jù)存在Access數(shù)據(jù)庫中，為防止操作員誤刪，數(shù)據(jù)庫放在C盤的根目錄下，在系統(tǒng)運行一段時間后，用戶可以將該數(shù)據(jù)庫備份下來進行分析。也可以將D盤備份好的空數(shù)據(jù)庫復制到C盤根目錄下替換。

3.5限位及保護

在起重機上必要的限位和保護是行車正常工作的必要前提。

本臺起重機的保護有主鉤的上限位，下限位，大車的左停止和左減速，大車的右停止和右減速，小車的前停止和前減速，后停止和后減速。

由編碼器做出來的保護有主鉤的上減速限位，坑內(nèi)的前停止和前減速，坑內(nèi)的左停止和左減速和右停止和右減速。另外在由坑內(nèi)向坑外移動時會有一個主鉤的高度限制，防止抓斗未提到一定高度而越坑。

為應對緊急情況的出現(xiàn)，在聯(lián)動臺上有一個帶防護罩的急停按鈕和柜門上的急停按鈕，用來緊急切斷行車的總電源即總斷路器的分勵脫扣機構（此急停為應對緊急情況，平時停車切勿操作）。

為確保在行車上作業(yè)人員的安全，在大車，小車和聯(lián)動臺上各設有急停按鈕，即有人員上車維護時需通過以上按鈕給整臺車斷電。另外在大車的門上有兩個門限位，人員上車后如不關閉大車門，大車機構將無法動作。

行車的主鉤和小車由變頻器提供相應的保護，出現(xiàn)故障請查詢變頻器面板上的故障代碼。大車和油泵由熱繼電器進行保護，當熱繼電器動作時請檢查該機構的工作情況然后給熱繼電器復位。

3.6一般故障與處理

故障報警

      該界面用來顯示行車上的故障信息，提示操作人員行車現(xiàn)在的狀態(tài)。主要的故障有：各個急停的動作，三項保護器，各機構變頻器和編碼器的故障信息，鋼絲繩防跳的故障，抓斗電機和大車電機的故障，大小車防搖故障，防傾斜下限提示和各個機構的編碼器數(shù)據(jù)偏差過大報警。

     一般的故障報警后，操作員需先查看相應設備的實際情況，并記錄相應的故障信息和故障代碼為維護人員提供幫助，然后按故障復位鍵進行復位。如果復位不了，請通知相應的維護人員進行處理。

    在這里編碼器數(shù)據(jù)偏差過大時依據(jù)各機構限位所在該坐標的位置確定的，當超出范圍時，請檢查相應的編碼器復位限位是否工作正常。

4硬件配置說明

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