基于智能控制的門座起重機(jī)多工況快速切換系統(tǒng)

柳 堯

江蘇蘇港智能裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司

1 引言

門座起重機(jī)(以下簡稱門機(jī))是目前港口散貨碼頭裝卸流程中普遍應(yīng)用的重要設(shè)備。在貨物種類多樣的碼頭,為了滿足多種貨物裝卸要求,需配置不同裝卸類型、不同裝卸工況的門座起重機(jī),導(dǎo)致運(yùn)營成本增加、不常用的門機(jī)設(shè)備易損壞等后果。因此,研發(fā)一種門機(jī)多工況快速切換系統(tǒng),對(duì)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件配置

系統(tǒng)由吊具電纜卷筒、多芯吊具電纜、電磁吸盤、液壓抓斗、集裝箱吊具、全自動(dòng)智能切換控制柜、吊具電纜插頭、插座、工況設(shè)備接線箱等部分組成。

2.1.1 吊具電纜卷筒和多芯吊具電纜

在門機(jī)象鼻梁的位置安裝一套電纜卷筒裝置,通過安裝絕對(duì)值編碼器與變頻器實(shí)現(xiàn)通訊控制,將起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩的速度信號(hào)傳遞給電纜卷筒系統(tǒng),從而保證吊具電纜卷筒中多芯控制電纜隨起升鋼絲繩同步上下,避免電纜磨損。多芯吊具電纜的纜芯數(shù)與集裝箱吊具控制系統(tǒng)信號(hào)線的纜芯數(shù)相等,并作為公共電纜,具體形式見圖1。

1.吊具電纜卷筒 2.吊具控制多芯電纜圖1 吊具電纜卷筒和吊具電纜

2.1.2 電磁吸盤與液壓抓斗

電磁吸盤通過使內(nèi)部線圈接通直流電源產(chǎn)生磁力,經(jīng)過導(dǎo)磁面板,將接觸在面板表面的鋼材吸住;線圈失電,磁力消失,從而取下鋼材。

液壓抓斗是通過液壓泵為液壓油缸提供動(dòng)力,從而驅(qū)動(dòng)多個(gè)顎板的開合抓取和卸出散狀物料的一種吊具裝置。外部提供AC 380 V電源給液壓泵,當(dāng)接通正向電時(shí),液壓泵閉斗,由于液壓泵有保壓、泄壓保護(hù)裝置,閉斗通電11 s后斷開電源;當(dāng)接通反向電時(shí),液壓泵開斗,散放貨物,同樣通電11 s后斷開,進(jìn)入下一次循環(huán)裝卸作業(yè)。具體原理圖見圖2。

圖2 液壓抓斗原理圖

2.1.3 集裝箱吊具

集裝箱吊具通過其端部橫梁四角的旋鎖與集裝箱的頂角配件連接,由司機(jī)操作控制旋鎖的開閉、導(dǎo)板上下、吊具旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作,進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)。在門機(jī)上配置的集裝箱吊具一般為電液驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式伸縮吊具,吊具采用伸縮雙箱梁結(jié)構(gòu),能滿足20 ft、40 ft國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的裝卸。吊具具有旋轉(zhuǎn)和平移調(diào)心功能,旋轉(zhuǎn)速度不低于1 r/min,左右平移調(diào)心范圍為±1 200 mm。吊具鎖銷(旋鎖)采用高強(qiáng)度合金鋼制造,設(shè)計(jì)電氣和機(jī)械聯(lián)鎖裝置,即當(dāng)鎖銷位置不到位時(shí),吊具不能起升;鎖銷沒有完全插入集裝箱角配件情況下,鎖銷不能轉(zhuǎn)動(dòng);部分旋鎖鎖在鎖孔外部時(shí),吊具不能起升;開鎖狀態(tài)下,出現(xiàn)旋鎖掛到障礙物時(shí),吊具不能起升。吊具四角和中部位置還設(shè)有導(dǎo)板裝置,方便司機(jī)快速對(duì)其鎖孔鎖銷進(jìn)行操作。具體接口見表1。

表1 集裝箱吊具控制與門機(jī)PLC通訊接口

2.1.4 全自動(dòng)智能切換控制柜

在門機(jī)電氣房設(shè)置一個(gè)吊具電纜全自動(dòng)智能切換控制柜,在各不同工況的設(shè)備上配置接線箱,可根據(jù)不同工況,自動(dòng)切換所需的吊具電纜控制回路。

吊具電纜插頭采用魏德米勒56芯插頭,并在各個(gè)工況設(shè)備上配置相對(duì)應(yīng)的插座。

切換控制柜內(nèi)設(shè)置3組插排,其輸出端的接線端子與多芯吊具電纜的纜芯一一對(duì)應(yīng)連接。其中第一插排的輸入端與電磁吸盤控制系統(tǒng)的電磁鐵直流電源線連接,第二插排的輸入端與液壓抓斗控制系統(tǒng)的液壓泵交流電源線連接,第三插排的輸入端與集裝箱吊具控制系統(tǒng)的信號(hào)線連接。第一、第二、第三插排和多芯吊具電纜的各路分支電路上分別設(shè)有接觸器,PLC通過不同的中間繼電器分別控制各分支電路上接觸器的通斷。

2.2 方案實(shí)施

在常規(guī)機(jī)械式抓斗或吊鉤裝卸門機(jī)的基礎(chǔ)上,對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)電磁吸盤、液壓抓斗和集裝箱吊具等不同工況快速切換的功能。將原有電磁吸盤、液壓抓斗和集裝箱吊具的直流回路、交流回路、信號(hào)回路,通過匯流排拆分成多芯回路,到達(dá)設(shè)備端后,再將拆分的多芯回路按原有規(guī)律匯總在一起,從而實(shí)現(xiàn)在多工況之間進(jìn)行快速切換。具體原理見圖3。

圖3 全自動(dòng)智能切換控制原理圖

2.2.1 電磁吸盤控制方案

切換柜第一插排將2芯的電磁鐵直流電源線信號(hào)拆分成了56芯電纜信號(hào),其中電磁鐵直流電源線信號(hào)的P相和N相分配的芯數(shù)相等,P相通過第一匯流排拆分成了第1～27芯,N相通過第一匯流排拆分成了第28～54芯,第55芯和第56芯設(shè)為一個(gè)信號(hào)反饋點(diǎn)和一個(gè)信號(hào)公共點(diǎn)。上述電纜經(jīng)過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中。電磁吸盤接線箱內(nèi)設(shè)有與多芯吊具電纜連接的第四插排,通過第四插排將多芯電纜信號(hào)再次匯流為2芯的電磁鐵直流電源線信號(hào),接入電磁吸盤的控制回路。電磁吸盤上設(shè)有多芯插座,與電纜卷筒上的多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和電磁吸盤的接線箱。具體方案接線圖見圖4。

圖4 電磁吸盤方案接線圖

2.2.2 液壓抓斗控制方案

切換柜第二插排將3芯的液壓泵交流電源線信號(hào)拆分成了56芯電纜信號(hào),其中液壓泵交流電源線U相、V相和W相分配的電纜芯數(shù)相等,U相通過第二匯流排拆分成第1～18芯,V相通過第二匯流排拆分成第19～36芯,W相通過第二匯流排拆分成37～54芯,第55芯和第56芯設(shè)為一個(gè)信號(hào)反饋點(diǎn)和一個(gè)信號(hào)公共點(diǎn)。上述電纜經(jīng)過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中,液壓抓斗接線箱內(nèi)設(shè)有與多芯吊具電纜連接的第五插排,通過第五插排將多芯電纜信號(hào)匯流為3芯的液壓泵交流電源線信號(hào),接入液壓抓斗的控制回路;液壓抓斗上設(shè)有多芯插座,多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和液壓抓斗的接線箱。具體方案接線圖見圖5。

圖5 液壓抓斗方案接線圖

2.2.3 集裝箱吊具控制方案

切換柜第三插排將集裝箱吊具控制信號(hào)線拆分為56芯電纜信號(hào),經(jīng)過接觸器控制后,接到公共電纜卷筒的吊具電纜中。集裝箱吊具接線箱內(nèi)設(shè)有與多芯吊具電纜連接的第六插排,通過第六插排將多芯電纜信號(hào)根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的1～56芯接線順序接入集裝箱吊具的控制回路。集裝箱吊具上設(shè)有多芯插座,與多芯吊具電纜的插頭適配,用于連接多芯吊具電纜和集裝箱吊具的接線箱。具體方案接線圖見圖6。

3 控制操作流程

在門機(jī)司機(jī)室左聯(lián)動(dòng)臺(tái)上設(shè)有多種工況的選擇開關(guān),包括抓斗、吊鉤、液壓抓斗、電磁吸盤、集裝箱吊具。

(1)選擇“抓斗或吊鉤”工況時(shí),通過吊具電纜卷筒手動(dòng)操作按鈕“吊具收纜”,將吊具電纜收到指定位置,并通過回插裝置固定。回插裝置設(shè)有限位保護(hù),只有吊具電纜固定到位后,抓斗或吊鉤工況才能正常運(yùn)行作業(yè);回插裝置不固定到位,則起升機(jī)構(gòu)無法運(yùn)行,防止吊具電纜插頭劇烈晃動(dòng)或插頭進(jìn)水而損壞吊具電纜。

(2)當(dāng)選擇“電磁吸盤”工況時(shí),通過吊具電纜卷筒手動(dòng)操作按鈕“吊具放纜”,將吊具電纜放至地面電磁鐵附近,將吊具電纜插頭插入電磁鐵上電纜插座,接通電磁吸盤系統(tǒng)電源,斷開液壓抓斗電源和集裝箱吊具電源。當(dāng)電磁鐵上插座連接信號(hào)反饋正常時(shí),PLC輸出中繼C410K2運(yùn)行信號(hào),電磁吸盤吊具電纜回路的Y2KM1～Y2KM18接觸器吸合,電磁吸盤系統(tǒng)處于正常狀態(tài),可進(jìn)行裝卸作業(yè)。

(3)選擇“液壓抓斗”工況時(shí),操作“吊具放纜”按鈕,將吊具電纜放至地面液壓抓斗附近,將吊具電纜插頭插入液壓抓斗上電纜插座,接通液壓抓斗系統(tǒng)電源,斷開電磁吸盤電源和集裝箱吊具電源。當(dāng)液壓抓斗上插座連接信號(hào)反饋正常時(shí),PLC輸出中繼C40K1運(yùn)行信號(hào),液壓抓斗吊具電纜回路的Y1KM1～Y1KM18接觸器吸合,液壓抓斗系統(tǒng)處于正常狀態(tài),可進(jìn)行裝卸作業(yè)。

(4)選擇“集裝箱吊具”工況時(shí),操作“吊具放纜”按鈕,將吊具電纜放至地面集裝箱吊具附近,將吊具電纜插頭插入吊具上電纜插座,接通集裝箱吊具系統(tǒng)電源,斷開電磁吸盤電源和液壓抓斗電源。當(dāng)?shù)蹙呱喜遄B接信號(hào)反饋正常時(shí),PLC輸出中繼C40K3運(yùn)行信號(hào),集裝箱吊具吊具電纜回路的Y3KM1～Y3KM18接觸器吸合,吊具系統(tǒng)正常,可進(jìn)行裝卸作業(yè)。

(5)當(dāng)工況選擇、電源空開反饋信號(hào)、插座連接反饋信號(hào)三者不一致時(shí),吊具電纜回路接觸器就不吸合,防止燒壞元件或線路。吊具電纜切換控制回路原理圖見圖7。

圖7 吊具電纜回路自動(dòng)智能切換控制回路原理圖

4 結(jié)語

經(jīng)測試,該系統(tǒng)無需更換線路,全自動(dòng)智能快速切換不同工況設(shè)備的電纜線路,對(duì)不同物料進(jìn)行裝卸作業(yè);操作安全、快捷,可減少生產(chǎn)成本,避免單功能設(shè)備長期不工作造成的資源浪費(fèi)以及設(shè)備損壞。