桥式抓斗卸船机自动作业功能

算获得小车的实际位置 ，并以此与先前 设定的各
图 ２ 自动控制程序框图
调速传 动传 动系统分别采用 了西 门子公司生
个位置点比 较， 决定下一步 所要 进行的 操作。 如
当小车的实际位置到达 Ｂ点后 ， 小车获得 的任何
产的 Ｍ Ａ Ｓ Ｔ Ｅ Ｒ Ｄ Ｒ Ｉ Ｖ Ｅ Ｓ ６ Ｓ Ｅ ７ ０ 失量控制变频器 和Ｓ Ｉ Ｍ Ｏ Ｒ Ｅ Ｇ Ｋ ６ Ｒ Ａ ２ ４直流调速装置 ， 其中 Ｓ Ｉ Ｍ Ｏ Ｖ Ｅ Ｒ Ｔ采用 了 Ｃ Ｂ Ｉ附加通讯板连接到
可以图表化的来编写一 个顺序控制过程， 它将一
个完整过程分解 为具有详细功能定义的单个步骤 来执行，使编程和故障查找变 的较为简便 。如图 ２ 所示，Ｓ 表示程序当前运行所 处的位置 ， Ｔ表示 连接点 。
１一 二 丁
一 、 一 立 一 ！ 务
图 ３ 自动作业简图
髻 带
肇朴 一十 迎 蹋 ｝
４ 小车 自 动定位的实现
５ 抓斗自动作业的实现
抓斗 的 自动作业控 制主要 是指对 抓斗 在物 料上的 自动闭合，闭合后 的自动提升 ，在料斗上 方 自动打开和 自动下放 至工作 点的控制 。抓斗 的
在“ Ｅ ＇ ， 点也设定了三种状态， 分别对应抓斗 开度的 ６ ０ ％ ， ８ ０ ％ 和１ ０ ０ ％ ， 它的 作用是当 抓斗打开
斗所处位 置的不 同而进行不同的调整。在 开始工 作之前 ， 必须先进行抓斗打开和 闭合参数的设定 ， 设定完成后 Ｐ Ｔ １ ０中储存 了抓斗闭合时和打开时 的编码器 数据 ，并以此来计算打开和闭合过程中 的减速 点。如在 闭合过程中 ，当抓斗的开度小于 设定值后 ，工艺板 自动将速度给定值减小并在达 到闭合设定值后 停止 电机 ，以避免抓斗出现剧烈 的相互碰撞 。
幅 ，并要 求操作司机进行复位 。
Ｆ ｝ｄ ｓ ， ａ』 户 － ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｝ ｉ ｖｉ ｎ ｕ
３ ） 船舱陆侧可能达到的最高点 Ｃ 。 抓斗高 度达到 Ｃ点时，允许小车向路侧行进。 ４ ） 取料点Ｄ 。抓斗的抓取点。
５ ）抓 斗在料斗的停靠 点 Ｅ 。小车在料斗上 方的抓斗打开点 。
集尘设备是 由另一厂家作为整套设备单独提供 。
图 １ 控制 系统 组态图
的劳动 强度较大。 随着 现代电 子技术的飞 速发展， 自 动控 制设备运算处 理速度的成倍增加，精确定 位设备 和大功 率调 速装置的 使用， 使自 动卸船作
业功能得到 了实现 。
控制系统使用了 Ｃ Ｐ Ｕ ４ １ ４ － ２ Ｄ Ｐ作为主处理
到装置） 协议进行 用于协调控制 的少量 数据的交 换 。控制字 、状态字、速度给 定值和速度实 际值 同时通过 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － Ｄ Ｐ总线 与 ５ ７ － ４ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ进行 数据交换 、
在“ Ｄ ＇ ， 点上方一定距离开 始减速， 避免了 抓斗在
到达 “ Ｄ ＇ ， 点后立刻 停止而 引起 钢丝绳 的过分松
弛。
由于卸船 机在 工作 中存在一定的危险性， 因 此 在驾驶室 中设 置了一个脚踏开关，在进行 自动 卸船 作业时，一 旦放 开该脚踏开关 ，自动作业便 立刻停止。卸船机 司机 同时也可 以通过操作操纵 杆来中断 自动作业的进行 ，方便司机进行调整并 提高了整体的安全性 。
在自 动卸船的 过程中， Ｐ Ｌ Ｃ发 送给调 速器的 速度给定值是固 定不变的，均为 １ ０ ０ ％，即 额定 转速。 实际 速度设定值的调整则是工艺 板通过 抓
在实际 自动工作中，除了以上需要手动设定
Ｒ Ｅ Ｈ Ｅ ２ ） 附加工艺 板用于 对抓斗提升和开闭 机构
的控制 。
３ 自 动作业简图
图３ 为卸船机自 动作业的 示意框图。 在自 动 卸船作业时必须首先设定以下几 个基本参考点：
１ ）船舱 陆侧边 缘 Ａ。其作用是确定抓斗所 能工作 的最 陆侧 点。 ２ ）船舱 海侧边缘 Ｂ。其作用是确定抓斗所 能工作的最海侧点 。
调速控制系统由两套西门 子公司的Ｓ Ｉ Ｍ Ｏ Ｒ Ｅ Ｇ Ｋ ６ Ｒ Ａ ２ ４直流调速器分别实现对于提升机构和开
闭机构电机的控制，编码 器的信 号直接返回直流 调速器中的工艺板 Ｐ Ｔ Ｉ Ｏ进行 闭环控制和定位计
算， 两台调 速器之间使 用了 “ Ｐ ｅ ｅ ｒ ｔ ｏ Ｐ ｅ ｅ ｒ ＂ （ 装置
机通过计算机来进行 自动作业 点的初始设定和对 整 台卸船机状态 的监测 。 在软 件 上 使用 了 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７ 的可 选 软件 包 Ｓ ７ － Ｇ Ｒ Ａ Ｐ Ｈ ｆ ｏ ｒ Ｓ ７ － ３ ０ ０ ／ ４ ０ ０ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ｉ ｎ ｇ
桥式抓斗却船机自 动作业功能的实现
北仑发电 厂海通 公司 钟震
摘要：文章介绍了桥式抓斗式卸船机利用西 门子 Ｓ ７ ０Ｏ － Ｏ Ｐ Ｌ Ｃ． Ｓ Ｕ ４ ０ Ｒ Ｅ Ｇ Ｋ ６ Ｒ Ａ ２ ４直流调速器和 Ｐ ＲＯ Ｆ Ｉ ＢＵ Ｓ现场总线构成的 自动控制系统实现 了卸船机 自动 卸船 的功能。 牛性ｔ ｉ， ｚ １ Ｈ Ｉ Ｐ机 可缩ｎ序神制器 定位 现场总 线
式Ｆ Ｏ设备。Ｃ Ｐ Ｕ的 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － Ｄ Ｐ总线接 口下 连接三个 Ｓ Ｉ ＭＯ Ｒ Ｅ Ｇ 站 ，三个 Ｓ Ｉ ＭＯ Ｖ Ｅ Ｒ Ｔ站， 十三个 Ｅ Ｔ － ２ ０ ０ Ｍ 从站和一个 Ｓ ７ － ３ ０ ０站 ，此处单
Ｃ Ｐ ４ ４ ３ － ５ Ｂ Ａ Ｓ Ｉ Ｃ模板， 通过 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ 总线来实 现与上位 机和整 个输 煤系统的 数据交换， 在驾驶 室内 装有一台工业计算 机作为 人机界面， 操作司
器 ，它具有 １ ２ ８ ＫＢ的工作存储器和 ０ ． １ ｍ ｓ ／ Ｋ Ａ的 处理速度，内部集 成 ＭＰ Ｉ 和Ｄ Ｐ接 口，我们利用
２ 系统 配置
我厂 二期两台 １ ６ ５ ０吨／ 小 时的抓 斗式卸船
Ｃ Ｐ Ｕ的Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － Ｄ Ｐ 主 站接口 建立了 整台 卸船 机的 一个高速分布式自 动化 控制系 统， 这不仅降 低了 布线成本， 还降低了故障处理时间。 系统中 使用 Ｆ Ｍ ４ ５ １ 功能 模板作为定位模板， 来实 现对编
６ Ｒ Ａ２ ４ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｒ ＯＦ Ｅ ３ Ｕ Ｓ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍ ｅａ ｒ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｉ ｔ ｏ ｎ ． Ｋ． 州ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｓ ｈ ｉ ｐ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ Ｐ Ｌ Ｃ ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｂ ｕ ｓ
Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｅ ｎ
Hale Waihona Puke Baidu
１ 引言
桥式抓斗卸船机是重要的港 口卸船 设备 ，它 主要用 于散料货物 的卸船作业。其工作原理 是通 过控制抓斗 的循环运动将散料货物从船舱 内转移 到输送 带上 ， 再由输送带传送 到指定 的堆放地点 。 一 台抓斗式卸船机包括 以下主要设备：抓斗提升 结构、抓斗 开闭机构 、小车行走机构、悬臂提升 机构 、大车行走机构和给料皮带机系统等 。 卸船机 一般的卸船 作业过程 都是卸船 机司 机通过手动控制驾驶室操纵杆来进行操作 。由于 操作时双手必须协调工作，并需要全神贯注 ，再 加上 高空作业 、振动和噪声的原因，使操作 司机
Ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｉ ｔ ｃ Ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇ ｒ ａ ｂ ｙｐ Ｔ ｅ ５ ｈ ｉ ｐ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ
Ａ ｂｔ ｒ ｍ ｅ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｔ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ａ ｌ ｚ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｇ ａ ｒ ｂ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ ｕ ｎ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ． Ｓ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｃ Ｓ ７ － ４ ０ ０ ， Ｓ Ｉ ＭＯ Ｒ Ｅ Ｇ Ｋ
独使用 Ｓ ７ － ３ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ作为从 站的 原因 是由 于机内
Ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ 作 为自 动 卸 船 程 序的
３ ２１
编程语言。 Ｓ ７ － Ｇ Ｒ Ａ Ｐ Ｈ 作为 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ － ７的扩展 功能，
Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － Ｄ Ｐ ， Ｓ Ｉ ＭＯＲ Ｅ Ｇ 使用 Ｔ Ｃ Ｂ ２ ４附加通 讯板连接 到 Ｐ Ｒ Ｏ Ｆ Ｉ Ｂ Ｕ Ｓ － Ｄ Ｐ，在 Ｓ Ｉ ＭＯ Ｒ Ｅ Ｇ中还 使用 了 Ｐ Ｔ １ ０（ 软 件版 本 分 别 为 Ｒ Ｅ Ｈ Ｅ Ｉ和
向 海侧行进的指令均 变为无效。
小车位置控制主要是指小车位置的 检测和 准确定位， 小车定位系统工作的正常 与否直接决
定 了自动卸船功能的实现 。小车位 置控制系统是 由西 门子 Ｓ ７ ４０ － ０ Ｐ Ｌ Ｃ 、用 于快速移动／ 爬行速度
｝ 口｝ ７ ｝
驱动的 定位模板 Ｆ Ｍ ４ ５ １ ， Ｓ Ｉ ＭＯ Ｒ Ｅ Ｇ Ｋ ６ Ｒ Ａ ２ ４ 直 流调速器和绝对值编码器来实现。三 通道 Ｆ Ｍ ４ ５ １ 定位模板设计用于调节和设置轴的定 位， 在到达 截止点后， 模板监测对目 标的 趋近， 到达目 标后 向Ｃ Ｐ Ｕ发送一个信号。 如图４ 所示， 编码器输出信号 给定 位模板， 控制系统计算后再对电机 进行控制。 Ｃ Ｐ Ｕ通过计
３ ２２ 图 ９ 小车 定位控制图
为 了避 免长 时间 的在同一个 点进行抓取 而 可 能带来 的危 险，在卸船机驾驶室内还安装有一 个 用于 自 动卸船 时小车位置的调整杆，在 自动作 业 中通过操作 调整杆 ，可 以在设定的范围内对小 车的抓取停靠点进行调整 。
防溢板等其它装置发生碰撞 。当提升高度达到限 位时 ，提升停止工作，小车继续 向料斗行进，到 达 “ Ｅ ＇ ， 点后停止。同时根据抓斗 的高度设定不同 的小车速度，避免抓斗在行进过程 中产生较大的 晃动 ，即通常所说 的 “ 防摆控制 ” 。
的Ａ ， Ｂ ， Ｃ ， Ｄ四 点外还需要预先设定几 个固定的 位 置点， 如小车进料斗的减速点 Ｆ ，进 行编码器数 值偏差比 较的调整点 Ｇ ， 小车在向 海侧行进中允 许抓斗下放的 释放点 Ｈ ， 等等。这些 预先设 定的 工作点分别保证了 小车行进所需要的 各项功能的 实现。 如 小车在到 达 Ｇ点后， 系统将当 前编码器 的 实际 值与预先存储的正确数据进行比 较，当 差 值大于一定数值后， 系统自 动对小车 速度进行限
到设定 的开度后， 允许小车开 出料斗进 行下一次 循环 的作业 ， 这样 设定的好处是 小车 不必等到抓
斗完全打开便可开始下一 循环的工 作（ 此时抓斗
中的煤 必须 已经放 空 ） ，提 高了工作效率 。 抓 斗返 回抓取 点的过程 与抓斗进 料斗的过 程相 同， 小车开 出料斗后 ， 系统即允许抓斗下放， 并 同时比较抓斗 高度是否处于安全线之上 ，抓 斗
码 器信号 的处理，控制系统 分别使用两套
机的自 动控制系统可分为三大部分： ： Ｐ Ｌ Ｃ控制系
统， 交直流传动控制系统和上位机监控操作 站。
Ｐ Ｌ Ｃ 控制系统采用了 西门子 公司 的Ｓ Ｉ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｃ Ｓ ７系列 Ｐ Ｌ Ｃ ， 硬 件组态如图 １ 所示， 其中以一套 Ｓ ７ － ４ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ为主站， 采用了Ｅ Ｔ － ２ ０ ０ Ｍ 作为分布