自動(dòng)控制在散糧卸船裝備設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用

龐浩

（日照港集團(tuán)嵐山港務(wù)有限公司，山東 日照 276800）

自動(dòng)控制在散糧卸船裝備設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用

龐浩

（日照港集團(tuán)嵐山港務(wù)有限公司，山東 日照 276800）

散糧卸船裝備對海運(yùn)糧食運(yùn)輸起著重要的支撐作用，高效、高速和環(huán)境友好型散糧卸船機(jī)械將是未來的技術(shù)發(fā)展方向。對常用的散糧卸船裝備和相應(yīng)的機(jī)械控制原理進(jìn)行了闡述，對基于PLC的自動(dòng)控制技術(shù)在散糧卸船裝置中的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

散糧卸船；自動(dòng)控制；設(shè)計(jì)

1 散糧卸船裝備與自動(dòng)控制原理

散糧運(yùn)輸擁有多種形式，主要包括鐵路、公路和水路三種形式，在全國性甚至全球性的糧食運(yùn)輸中，水路和陸地運(yùn)輸相互配合，共同組成了散糧運(yùn)輸?shù)慕煌ňW(wǎng)。而散糧卸船裝置則是交通系統(tǒng)中重要的機(jī)械支撐部件。目前，港口的主要散糧卸船設(shè)備主要分為間歇性卸船機(jī)和連續(xù)性卸船機(jī)。間歇性卸船機(jī)主要包括抓斗門卸船機(jī)、帶斗門卸船機(jī)和橋式抓斗卸船機(jī)，而連續(xù)性卸船機(jī)主要包括氣力式、夾帶式、埋刮板式、螺旋式和波紋擋邊式等五種。

首先對間歇式卸船機(jī)的設(shè)計(jì)和選型進(jìn)行說明，門座起重機(jī)多用于通用性碼頭，對貨種的適應(yīng)性比較強(qiáng)。卸散糧的時(shí)候物料經(jīng)過抓取之后可以卸至碼頭前沿的接料漏斗處，然后開啟漏斗下方的閥門，便可以卸至碼頭前沿的輸送機(jī)處，門座起重機(jī)的平均艙時(shí)量較低，單機(jī)產(chǎn)量主要覆蓋在180～320t之間。帶斗門座的起重機(jī)設(shè)置含有接料機(jī)和機(jī)上帶式輸送機(jī)，物料首先經(jīng)過抓斗抓取后卸至機(jī)上接料斗，隨后經(jīng)過機(jī)上的帶式輸送機(jī)送到設(shè)在碼頭前沿的帶式輸送機(jī)上。該類卸船設(shè)備的效率很高，卸載周期也很短，產(chǎn)量高，但作業(yè)面積大，不便于清除沙塵，環(huán)保效果比較差。橋式抓斗卸船機(jī)同樣設(shè)置含有接料機(jī)和機(jī)上給料輸送裝置，產(chǎn)量大，但該機(jī)器不能旋轉(zhuǎn)，靈活性差，防塵效果也不好。

再來分析一下連續(xù)式卸船機(jī)，首先是氣吸式卸船機(jī)是利用風(fēng)機(jī)在管道中形成負(fù)壓氣流，由埋入艙內(nèi)裝糧食中的吸嘴將糧食吸入輸入管道中，然后送至設(shè)立在碼頭前沿的帶式輸送機(jī)。氣吸式散糧卸船機(jī)的輸送系統(tǒng)中包含除塵裝置，氣流中的粉塵在排放到大氣之前會(huì)經(jīng)過全面的除塵處理，產(chǎn)量合理而且相對比較清潔，但目前在卸船裝置中的應(yīng)用并不是十分廣泛。夾帶式卸船機(jī)以兩條同步運(yùn)行額輸送帶將喂料裝置喂入的散糧夾持在兩條輸送帶之間垂直提升和水平輸送，該機(jī)設(shè)置裝有大車行走、水平臂俯仰、旋轉(zhuǎn)和提升臂的前后擺動(dòng)以及雙帶輸送系統(tǒng)。物料在輸送的過程中僅僅與膠帶進(jìn)行接觸，這種卸船機(jī)粉塵少，污染少，噪音也很低。另外，還包括埋刮板式卸船機(jī)、螺旋式卸船機(jī)和波狀擋邊式卸船機(jī)。

所以一般來說，對卸船機(jī)的技術(shù)指標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)，首先是運(yùn)量，大功率的機(jī)器可以帶來運(yùn)量的充足，其次是運(yùn)行效率，糧食具有高速的流動(dòng)性，中間過程不好控制，因此一定要做好效率把控，最后是污染和噪聲問題。因此，設(shè)計(jì)高效、高速、低能耗以及環(huán)境友好型的卸船設(shè)備是優(yōu)化工作的重點(diǎn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)和仿真科技逐步的深入到了機(jī)械設(shè)計(jì)的流程環(huán)節(jié)之中，作為重要的港口機(jī)械，應(yīng)用現(xiàn)代科技代替?zhèn)鹘y(tǒng)經(jīng)驗(yàn)對散糧卸船裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化是非常重要的環(huán)節(jié)。而自動(dòng)控制原理的內(nèi)容和實(shí)踐，則可以充分的應(yīng)用到散糧卸船機(jī)的設(shè)計(jì)之中，自動(dòng)控制所包含的內(nèi)容比較廣泛，從概念上來說，自動(dòng)控制指的是在沒有人為參與的情況下，利用外加的設(shè)備或者裝置，對機(jī)械或者其他對象進(jìn)行控制的過程，是相對人力的概念而言的。在自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)中，多個(gè)環(huán)節(jié)和部件都需要結(jié)合自動(dòng)控制原理來進(jìn)行，自動(dòng)控制所帶來的效益價(jià)值和生產(chǎn)價(jià)值都是很高的，應(yīng)用于硬件開發(fā)、伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制總成等多個(gè)方面。

2 應(yīng)用研究

不同的散糧卸船裝備，自動(dòng)控制原理在其設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中的表現(xiàn)不同，在機(jī)械設(shè)計(jì)角度，旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式循環(huán)機(jī)械需要在供電系統(tǒng)的支撐下，擁有可以連續(xù)工作的可靠性，這一點(diǎn)在連續(xù)式的散糧卸船裝備中有著重要的作用，這里主要研究PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在散糧卸船機(jī)中的應(yīng)用。可編程控制器技術(shù)幾乎在所有的工業(yè)領(lǐng)域中都有涉及，隨著自動(dòng)控制的應(yīng)用，散糧卸船機(jī)作為糧食中轉(zhuǎn)庫和龍頭設(shè)備的自動(dòng)化程度也在不斷提高，一方面可以延長使用壽命，另一方面也提高了控制程序的可靠性，調(diào)試和維護(hù)也變得更加方便。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括一臺(tái)PLC邏輯控制器，一臺(tái)IBM兼容的計(jì)算機(jī)，若干光電轉(zhuǎn)換模塊，MDB電機(jī)配電柜和電機(jī)控制柜，另外還包括多種驅(qū)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、控制和電機(jī)，多種傳感器和報(bào)警系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)。卸船機(jī)PLC控制主要采用光纖電纜和糧食中轉(zhuǎn)庫進(jìn)行連接，保證容易的正常運(yùn)行，PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)如1所示。

下面M終端從左至右分別是行走機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、斗提機(jī)和皮帶機(jī)，整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC為核心，各電氣設(shè)備之間的連鎖聯(lián)動(dòng)和其他關(guān)系也是通過PLC軟件來完成的，為了保證生產(chǎn)設(shè)備之間的自動(dòng)連鎖功能，在啟動(dòng)前要進(jìn)行設(shè)備預(yù)檢查，也要設(shè)置合理可靠的報(bào)警裝置，一旦出現(xiàn)問題立即進(jìn)行維修。具體的程序控制流程如圖2所示。

系統(tǒng)控制軟件是基于windows系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，集成控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)和圖形技術(shù)，在卸船裝置中融合了合理的用戶體驗(yàn)式操作模式，可以對整個(gè)卸船機(jī)的工作情況進(jìn)行方便的控制和監(jiān)控，通過對卸船機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究表明，基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)出可靠的卸船散糧裝置，效果也非常的優(yōu)異。

圖1 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制可以結(jié)合仿真結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，例如利用CAE和CAD軟件對卸船裝備控制整體環(huán)境進(jìn)行考量，所謂CAE和CAD技術(shù)指的是利用計(jì)算機(jī)軟件對卸船機(jī)外部結(jié)構(gòu)和受力和外界輸入情況進(jìn)行整體評(píng)估，同時(shí)，利用matlab設(shè)計(jì)控制的輸出信號(hào)，再將控制輸出信號(hào)作為CAE仿真的輸入數(shù)據(jù)，可以評(píng)估自動(dòng)控制過程對整體工作流程的方便性，設(shè)計(jì)多個(gè)工況進(jìn)行仿真，例如功率、帶速等，可以設(shè)計(jì)出更加合理的卸船裝備，同時(shí)減少卸船機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化成本。

3 結(jié)語

圖2 工作具體流程

隨著糧食物流業(yè)的不斷發(fā)展，港口運(yùn)糧效率需要提高，而散糧卸船機(jī)作為重要的支撐機(jī)械，必然需要在技術(shù)上進(jìn)行不斷的更新和發(fā)展，基于PLC的自動(dòng)控制技術(shù)可以設(shè)計(jì)出效率更高、更節(jié)能、同時(shí)結(jié)構(gòu)更加合理、經(jīng)濟(jì)性更好的散糧卸船機(jī)，散糧卸船機(jī)未來也將面臨大型化發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)也將結(jié)合云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，對散糧卸船機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

[1]賈素賢，朱耀強(qiáng)等．港口散糧卸船設(shè)備比選[J]．現(xiàn)代食品，2015(16):42-45．

[2]賈小楠．基于工業(yè)以太網(wǎng)的散糧連續(xù)式卸船機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016(02):195-199．

U653.928.1

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1671-0711（2017）10（上）-0131-02