橋式抓斗卸船機取料模式控制系統(tǒng)的設計

王海群，趙煥章，徐 梅

WANG Hai-qun1, ZHAO Huan-zhang2, XU Mei1

（1. 河北聯(lián)合大學 電氣工程學院，唐山 063009；2. 曹妃甸實業(yè)港務有限公司，唐山 063200)

0 引言

橋式抓斗卸船機是專業(yè)的散貨卸船設備，可以接卸礦石、煤炭等。隨著中國港口行業(yè)的高速發(fā)展，接卸船舶噸位日益增大，港機的設計能力也在不斷的增大。在需要提高卸船效率的情況下，很多控制系統(tǒng)存在一定的缺陷，或者抓斗抓滿物料，導致嚴重過載；或者抓斗無法抓滿，效率較低。另外，接卸的物料具有多樣性的特點，有的粘度很高，有的含水量很大。因此，針對不同的物料需要不同的卸料模式，研發(fā)了橋式抓斗卸船機的淺挖、正常挖和深挖功能以及水料模式和印粉模式的控制系統(tǒng)，將極大程度地提高卸船效率，拓寬了港口對特殊物料的適應性。

1 橋式抓斗卸船機系統(tǒng)概述

橋式抓斗卸船機安裝在碼頭軌道上。卸船時抓斗從船艙內(nèi)抓取礦石放入漏斗，物料經(jīng)振動給料器、分叉溜槽卸至碼頭皮帶機，然后通過皮帶機系統(tǒng)送入堆場。橋式抓斗卸船機設置了抓斗起升及開閉機構、小車運行機構、大車行走機構、懸臂俯仰機構、懸臂固定裝置、灑水除塵裝置、繞繩系統(tǒng)、抓斗、漏斗、振動給料機、落料回收裝置、自行式司機室、機器房、電氣室、第二司機室、電氣控制系統(tǒng)、監(jiān)視及報警系統(tǒng)、供電、照明、防塵、計量以及機器房內(nèi)的維修起重機、電梯、防火裝置，另外還裝設各種安全保護和指示裝置，如超負荷限止器、單班作業(yè)量計量裝置、航空信號燈、風速儀、夾輪器、錨定及防風系纜裝置、電氣保護裝置。

2 橋式抓斗卸船機取料模式的控制要求

橋式抓斗卸船機取料模式的控制要求如圖1所示。以曹妃甸橋式抓斗卸船機設計接卸鐵礦礦石容重2.2t/m3～3.2t/m3，額定64噸的抓斗為例。

首先五種取料模式共同的控制要求。司機室要求有主令手柄，能夠給出抓斗起升、下降、打開、閉合及主小車運行等命令。這些命令通過Profibus從司機室傳輸?shù)絇LC，在各種故障檢測和位置連鎖符合要求的情況下，PLC給變頻器發(fā)出命令，進而驅動相應的電機完成設定動作。針對放料，要求司機室有振動給料器和艙壁振動器控制按鈕，其信號通過遠程ET200M的I/O模塊采集到PLC中，通過相關連鎖，給艙壁振動電機和振動給料器發(fā)送電機運行命令。

在抓取物料方面，設深挖、正常挖和淺挖三個模式。在司機室聯(lián)動臺上設置一個四位選擇開關，分別對應三種模式，一個預留。設置深挖程度增減按鈕各一個，每按一下按鈕，給PLC傳送一個增或減信號，進而在程序中對相應的增減量進行處理，每次增減對應總增減量的5%。同時，抓斗深挖量通過司機室CMS顯示，司機可以根據(jù)顯示量進行方便的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完畢進行作業(yè)時，若選取深挖模式，則在閉斗時，支持繩自動下降一定的程度，保障抓斗能夠充分下沉，進而抓滿斗。

水料模式、印粉模式和正常物料模式，在司機室設置一個四位選擇開關（一個預留）。正常情況下選擇正常物料模式，當遇到特殊物料時，對應選擇水料或印粉模式。水料和印粉模式比較特殊，需要控制使用頻率，因此，司機室采用這兩種模式后，需要中控室給一個允許信號，否則模式無效。并且每次控制后，需要進行重新選擇，否則模式自動回歸到正常物料模式。

圖1 橋式抓斗卸船機取料模式

3 系統(tǒng)硬件結構設計

橋式抓斗卸船機的控制系統(tǒng)采用的是西門子S7-400系列，由CPU416-2、電源PS407、以太網(wǎng)通訊模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊、高速計數(shù)模塊、ET200通訊模塊、光電耦合器、HUB、工控機及外部的限位、按鈕、主令控制器等檢測輸入裝置組成。該系統(tǒng)共包括12個從站，為司機室控制屏、左操作臺、右操作臺、電氣房PLC屏、電氣房控制屏、大車操作站、漏斗操作站等。PLC通過Profibus通訊與變頻器部分直接連接，互相傳輸數(shù)據(jù)。通過光電耦合器連接電氣房、司機室等從站，互相傳輸數(shù)據(jù)。通過光電耦合器與中控室進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。通過以太網(wǎng)連接到HUB，然后通過HUB連接本機無線通訊系統(tǒng)、電氣房工控機和司機室工控機。工控機為本系統(tǒng)的上位機，可以實時監(jiān)控和修改PLC程序，可以查詢CMS系統(tǒng)。

電氣主回路主要由6KV上機電纜、電纜卷盤、高壓開關柜、主變壓器、輔助變壓器、變頻器和驅動電機組成。

4 系統(tǒng)軟件設計

1) 系統(tǒng)正常物料的軟件設計

正常物料采用深挖、淺挖和正常挖三種模式，其程序流程圖如圖2所示。作業(yè)時，司機首先要判斷所抓取物料的密度，根據(jù)密度來選擇抓取物料的模式，抓斗抓取物料命令通過變頻器驅動電機實現(xiàn)相關動作。

圖2 取料模式流程圖

2) 水料模式和印粉模式的軟件設計

水料和印粉這兩種物料性質截然相反，前者下料過快，后者易堵斗。這兩種物料的解決方案中都包含一斗一放的作業(yè)模式（抓一斗物料放入漏斗，等把漏斗里的物料清空后，然后再抓下一抖物料放入漏斗），只有這樣才能實現(xiàn)正常作業(yè)，否則，要么下料不及時，造成漏斗堵塞，要么形成大料頭，直接壓停皮帶。給料模式程序如圖3所示。

圖3 一斗一放的給料模式程序

采取一斗一放的模式控制水料的下落，這樣即使一斗料全部同時落到碼頭皮帶上，壓停皮帶，清料時間也會大大縮短。當然也需要保證物料不灑落到沿線，減輕工人的勞動強度。那么當抓斗往漏斗里放料時，不要一次把抓斗完全打開，而是把抓斗打開一點，放一會物料，然后再開一點，這樣一點一點地控制，直到物料放完為止，這樣可以比較好的控制物料下放速度。在司機室增加一個抓斗開按鈕，每按一下按鈕，抓斗打開命令動作5秒鐘，這樣避免了一斗物料同時涌到皮帶上的狀況。

印粉也需要一斗一放，如果兩三斗料積到一起，漏斗就會堵死，流動性十分不好。需要艙壁振動器投入使用才能在一定程度上把物料震落，但仍然會出現(xiàn)堵斗的現(xiàn)象。經(jīng)實際調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在開斗瞬間，啟動艙壁振動器，效果會好很多。

漏斗壁上三個振動電機同時控制，分叉上電機走哪條皮帶，就啟動哪個。司機室或者漏斗操作站控制后，電機空開不跳閘，艙壁振動電機運行允許，滿足上述條件后，在艙壁振動電機運行請求命令下，電機接觸器得電吸合，電機運行。其中每按一次，電機運行8秒。當選擇在司機室作業(yè)時，選擇印粉模式，當抓斗打開時，艙壁振動器自動得電運行8秒。這樣可以實現(xiàn)物料落到漏斗內(nèi)的一瞬間，漏斗振動，加快物料下料速度，而又不需要人為去操作艙壁振動器。

5 結束語

橋式抓斗機卸船取料模式控制系統(tǒng)在曹妃甸實業(yè)港務有限公司調(diào)試完畢后，于2012年5月正式投入使用。在同樣的物料情況下，每斗的循環(huán)時間沒有變化，但每斗的滿斗率有了很大的提高，對于比重比較小的料，每斗至少多抓5噸左右，每小時至少提高300噸左右。使平均生產(chǎn)效率達到了1800t/h～2000t/h。結果表明，橋式抓斗卸船機取料模式符合實際工況，能夠有效提高卸船效率，具有很高的實用價值和推廣價值。

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