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陈 斌 吴雨齐 宁波港股份有限公司 摘 要：采用自动化与智能化技术，解决了卸料系统精确放料问题和卸船机操作人员冗余问题，保障了流程稳定性，满足了精细化管理要求，对桥式抓斗卸船机自动化控制技术的发展起到了推进作用。 关键词：卸料系统； 精确放料； 传感技术； 数字化技术 1 引言随着德国“工业4.0”概念的进一步深化，设备的自动化控制将是发展的必然趋势。桥式抓斗卸船机是码头前沿卸船的重要工具，但其控制技术多为手动作业和半自动化作业，不能适应信息化时代的需求。桥式抓斗卸船机的自动化控制技术的发展已迫在眉睫。 2 问题的提出传统桥式抓斗卸船机机上设置了司机室和副司机室，并分别配有1名司机。司机室主要负责抓斗起升、开闭、小车运行以及大车行走等主要机构的动作，副司机室主要负责机上卸料系统的斗门开闭、振动给料机振动、振动给料机角度调节等辅助机构，卸料系统辅助机构示意图见图1。 在实际使用过程中，卸料系统控制存在以下问题： (1) 司机室不能正常控制卸料系统。司机室联动台上备有振动给料机振动、振动给料机角度调节、斗门开闭等机构的操作按钮，然而这些按钮仅作为特殊情况下使用，由于主司机缺乏对下方漏斗区域实际情况的掌握(根据卸船机操作模式，显示屏上无副机相关信息)，因而并未投入日常使用。  图1 卸料系统辅助机构示意图 (2) 副司机室不能精确控制放料。副司机通过振动给料机变频器面板频率值及观察窗，观察三机构实际情况来操控放料。由于变频器面板、料斗门、给料器角度这3个观测点位置分散，难以同时监控，斗门开闭和振动给料机角度调节均为定性控制，只能依靠人工定性把握，精细化操作存在难度，对操作者有一定的经验要求。 (3) 人员冗余。1台设备配备2名司机，人员使用效率低，成本浪费。 3 改进方案采用传感技术、数字化技术、电子技术、信号处理技术、通信技术、设备管理技术、编程技术以及自动化与智能化技术等，力求解决上述问题，为桥式抓斗卸船机的自动化控制技术发展做好铺垫。 3.1 方案设计 由于司机室内无法查看卸料系统辅助机构工作情况，若其安全操作放料系统，必须提供三机构的实时信息。根据实际情况，在显示屏POD上增加数据信息显示是最为便捷可靠的方案。同时，司机室内增设放料机构的全天候高清监控显示屏，从定性、定量两方面保障信息的实时、完整、可靠。 将副司机室内司机操作辅助机构时所需的信息，即振动给料器变频器的频率值(面板上显示)、给料器角度(目测)、料斗门开闭程度(目测)，映射为数据信息，即振动给料器仍为频率值，给料器角度为实际度数(工作范围0～10°)，斗门开闭度百分比(0为全闭，100为全开)。给料器角度和漏斗门驱动机构都是电动推杆，只有上下极限限位，无任何测量元件，故需增设传感器。根据推杆运行实际情况及机构工况，直线位移传感器即可符合需求。同时需增设PLC的模拟量模块及编写程序，并要对POD进行源程序编辑。监控方面，新增一套配有4个摄像头的系统，分别监控料斗区域、地面皮带、料斗上方、机房内部。 此外，用于料斗破拱的仓壁振动器(本机型共3个)在副机室和司机室内都有操作按钮和控制权，且为非变频器控制，不可调速，故无需加设数字显示。 3.2 关键技术 本方案的关键技术分别为：斗门开闭和振动给料机角度调节的数字化技术的应用，以及系统软件编程技术的应用。所需软件为D300Win3.4.5及V-SFT5.4，分别用于PLC、POD组态编程调试。 将斗门开闭和振动给料机角度调节的运动曲线映射为传感器模拟量输入与最终位置的方程式。 (1) 斗门开闭。推杆与开闭度成线性关系，利用斗门上、下极限点的传感器模拟量输入值(设为Vup、Vdown)与开闭度上下限值(0、100)，对应两点坐标(Vup，100)、(Vdown、0)，可以确定曲线的增益及偏移，从而根据运动范围内任意位置计算出实际开闭度。 (2) 振动给料机角度调节。推杆与角度为非线性关系，曲线可近似为多段直线段，根据实际测量，将角度行程(0～10°)分为两段足以满足精度需求，其中0°、10°对应推杆限位极限位置，可以自动计算，取中点为5°，根据角度测量仪测定5°时记录下传感器输入值。设0°、5°、10°时推杆传感器模拟量输入值分别为V0，V5，V10，则由(V0、0)、(V5，5)、(V10、10)3点确定2段直线，从而根据运动范围内任意位置计算出实际角度。 3.3 方案现场实施 3.3.1 硬件安装 (1) 位移传感器的安装。斗门的开闭和振动给料机的角度调节采用了直线位移传感器(Volfa LWF-1250-A1)，通过角钢与抱箍分别固定在漏斗门及给料器角度的推杆上。 (2) 监控设备的安装。在卸料系统下部、卸料系统上部、机器房以及地面皮带机上安装了摄像头，便于司机了解设备的情况。司机室内安装提供回放功能(500G存储)的监视器，可同时显示4处监控位置的画面或单独显示。 3.3.2 软件调试 PLC调试时只需根据传感器的实际情况，选择好取反与否以及取反运算的偏移量，由于算法可根据推杆上下极限限位来自动校正传感器模拟量输入的上下幅值，即曲线可自动更新，因而使用过程中无需定期调试校正。 4 使用效果本项目重新定义了卸船机的默认操作模式，将双人协作升华为单人全权掌控，能有效避免上下协作异步、副司机操作响应不及时等不足，保障了流程稳定性；同时对主要放料机构进行了数显改造，将操控提升到了数字化水平，以满足精细化管理要求。视频监控系统也很好的弥补了单人操作视野的局限性。本项目贯彻了“降本增效”理念。 现场实施完成后，卸船机的单人抓料放料操作模式使用情况良好，产能同比传统模式持平。借助显示屏POD数字显示及监控，司机劳动强度并未显著上升。新增设备及程序运行稳定，响应迅速，达到了预期的目标。 本项目单台机一次性投入约2万元,现场4台机，共计8万元，该系统正式投入使用后可取消副司机岗位，为公司带来年效益约48万元，具有非常明显的经济效益。 陈斌： 315000，浙江省宁波市北仑港区迎宾路9号 The Application of Intelligent Technology in Unloading System of Bridge Grab Ship Unloader Chen Bin Wu Yuqi Ningbo Port Co., Ltd. Abstract：Through utilization of automation and intelligent technology, the precise emptying problem in the unloading system and the redundant problem of the operator on the ship unloader have been solved, which guarantees that the process advances stably and the refinement management requirements are satisfied. These novel technologies promote the development of automation control technology in the bridge grab ship loader application. Key words：unloading system; precise emptying; sensing technology; digital technology 收稿日期：2017-01-24 DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2017.02.002 |
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