自動垃圾抓斗起重機電氣控制方案
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1.1設備在工藝過程中的任務
抓斗吊作業車間有一個16M*16M物料池，四個投料口，用于抓斗從物料池抓取物料按需投放各個投料口，由運輸車從外面運至并傾倒于物料池。
1.2電控設備的主要組成部分、工作原理
中控室內設有1套上位機，可同時對2臺起重機進行監控，并設1套聯動臺用于2臺（一臺用一臺備）起重機的調試與手動操縱。
起重機各機構驅動使用西門子變頻器，并加裝防搖卡，根據工藝要求自動調整輸出頻率和電壓，實現全自動運行中的加減速與抓斗的搖擺控制。
起重機的控制采用西門子的觸摸屏和可編序控制器（PLC）進行手動調整操作和全自動程序控制。
物料池使用施克激光掃描儀來識別料位高度，并把信息轉送PLC控制抓斗移至高位抓取物料。投料口使用施克超聲波探測儀來判別抓斗應投放位置。
運輸車作業通道由激光傳感器做安全防護。所有設備之間均以有線或無線以太網進行通訊，實現高速的數據傳送與監控。
1.3控制系統安全防護的關鍵點
1、抓斗與運輸車的安全防護
2、物料池料位的探測
3、抓斗防傾，防搖，自動沉抓
4、大小車的定位準確度
5、稱重裝置
6、兩臺起重機的防撞
2.電氣自動控制系統解決方案
2.1解決方案框圖
方案簡述
如上圖所示，起重機采用DP現場總線的通訊方式，由PLC、變頻器和絕對值編碼器構成整個通訊系統，同時每臺起重機有對應的觸摸屏進行操作控制和狀態顯示。同時，中控室內還設有1套上位機，可同時對2臺起重機進行監控。上位機，觸摸屏以及PLC之間采用高速以太網進行通訊，實現高速的數據監控。
2.2自動運行介紹
2.21抓斗與運輸車輛的安全防護介紹
1、設定抓斗從物料池運行至各個料口的運行軌跡，使之不應與運輸車輛的作業通道相同與相交。（不得相同，盡量不應交）
2、畫定運輸車輛的運行作業通道，使之不應與抓斗的運行軌跡相同與相交。（不得相同，盡量不應交）
3、畫定運輸車輛在物料池的6個傾卸物料點，由激光傳感器測定傾卸物料點是否有運輸車輛在作業。
4、如果抓斗運行軌跡與運輸車輛通道相交，則相交點設起重機位置傳感器與運輸車輛激光傳感器，并設運輸車輛通行紅綠燈。
當起重機運行到相交點位置傳感 器時，則運輸車輛通道紅燈亮，提醒運輸車輛司機注意避讓。
當起重機運行需經過相交時，如有運輸車輛在相交點，則激光傳感器控制天車暫停運行避讓車輛通過。
5、當抓斗吊在物料池抓取物料時，激光傳感器控制天車避讓6個傾卸物料點的作業車輛。
2.22物料池料位的探測介紹
物料池料位的高度探測使用施克激光掃描儀測定*高位，并經PLC控制抓斗在避開傾卸物料點的作業車輛從*高位抓取物料。
2.23自動控制原理和操作介紹：
起重機大車、小車、起升機構均采用變頻驅動，對各機構的運行位置數據采集均使用旋轉編碼器。
起升機構的位置編碼器安裝與卷筒同軸，這樣可以比較直接的檢測抓斗的下放位置。
對于大車和小車，編碼器應安裝在特定的檢測輪上并配有復位點以消除累積誤差。
可編程控制器（PLC）通過DP總線讀取編碼器的反饋信號以計算各機構當前的位置。計算出抓斗所處的實際位置，達到自動控制的目的。
具體工藝描述如下：
抓料：吊車張開的抓斗(無料狀態)能在自動控制下運行到經PLC給定的物料池料位的*高點，并下降到抓料的高度，閉合抓斗并下沉抓取物料，完成抓料過程。抓料不足時、抓料超重時在觸摸屏有重量顯示和超重報警。
投料：吊車閉合的抓斗(有料狀態)下，由投料口超聲波測定應投口，經PLC控制按即定運行軌跡運行至指定投料口，并下降到投料的高度，自動稱重并記錄該斗物料的重量，開啟抓斗將物料投入到料斗中，自動完成投料過程。
稱重：抓斗起重機設有物料量計算機稱重系統。該系統傳感裝置配有無線傳輸器件，投料時自動稱重、去皮。信號自動傳輸到PLC并在觸摸屏上顯示。上位機完成計量、累計和打印報表等作業。
自動泊車：操作員點擊“泊車”按鈕，抓斗起重機張開的抓斗(無料狀態)能自動提升至設定的高度，小車自動行走到設定的位置，大車自動行走到泊車位置，抓斗自動下降到設定的高度，自動完成泊車的全過程。
運行行程：在起重機大車運行(X軸)、小車運行(Y軸)、起升機構(Z軸)的適當位置裝設運行傳感器，使控制系統準確了解起重機(抓斗)的空間位置，自動完成尋址工作。在特征點如投料口中心、控制室保護區等還設有行程保護開關，在三維空間的標準點設地址傳感器，進行誤差校正。在區域的端點設有常規的行程限位開關等保護裝置。上述信息經信號線路傳送到控制系統的運動指揮系統PLC中，使控制系統準確了解起重機抓斗的空間位置，故障提示及排除辦法。
2.3系統監控
2.3.1觸摸屏
單機觸摸屏選用西門子電氣TP1200系列的10.2”觸摸屏，該觸摸屏為65536真彩TFT，集成2路RS485協議接口和1路以太網接口，32M內存，可用USB下載程序
2.3.2 上位機系統設計
上位機系統選用西門子電氣WINCC7.0系列SCADA解決方案。
WINCC7.0 是一個完全集成的工業控制解決方案，通過提供可靠、靈活、高性能的監控系統，極大地提升了客戶的投資回報率。簡單易用的配置工具和強大的功能使您能夠針對各種規模的應用進行快速開發并部署解決方案。WINCC7.0 的特性，如全面的冗余、可擴展性、以及無與倫比的靈活性使其在競爭對手中脫穎而出。
WINCC7.0提供一個現成的、完整的系統軟件包，所有的功能都已經內置，它包含了各種驅動程序和各種擴展功能。這些功能緊密結合在一起，從而使系統具有更**的性能和可靠性。不同于其他的基于 PC 的工業控制系統，WINCC7.0從設計之初就是為了滿足企業利用單一而完整的系統來進行各種規模、不同復雜度控制的需求，并保持系統的高性能和高可靠性。
在本方案中，如果僅用于起重機系統的監控，則可使用下面的結構：
3功能特點
3.1 高精度定位
大、小車行走至各工位能準確定位和主鉤上升、下降位置是實現自動定位的關鍵所在，同時要求定位精度控制在±20mm以內。從經濟性和可靠性出發，我們選用絕對值編碼器定位技術方案，每臺起重機的大車、小車和主鉤分別加裝絕對值編碼器，用于實時檢測兩機構的位移量。絕對值編碼器*大的特點是：可以實時記憶當前位置，即使在系統斷電的情況下也能準確記錄當前數據。有力保證了系統的可靠性。下面以大車定位說明，我們如何實現定位控制，保證±20mm精度要求。
我們選用8位256線編碼器，編碼器裝在大車隨動輪上，對中安裝。這樣，隨動輪每轉1周，絕碼器也跟隨轉1周，那么絕對值編碼器每個脈沖的分辨率為隨動輪周長的1/256。例如：假設隨動輪的周長1000mm，則分辨率： 1000/256=3.9mm，接近4mm，因此大車的定位分辨率完全可以滿足±20mm的要求。
在定位控制上，我們采取的伺服控制的多點定位控制技術，運行曲線見下圖：
大車行走在高速區時，實現快速加速，全速運行，通過編碼器的實時測量的數據分析可得出當大車接近到達工位時，變頻器快速減速，以較低的速度進行滑行區，以克服起重機慣性的影響。一般我們將滑行的速度控制在1-2Hz以內，假設大車速度在2m/min內；當大車完全到達工位時，系統立即停止變頻器運行，抱閘動作，整個動作過程時間不足0.5秒鐘。在0.5秒內，我們可以計算出大車的理論*大位移量：2000/60*0.5mm=16mm，可以滿足±20mm的要求。實踐證明，通過經驗豐富的工程師調試，定位精度可以進一步提高。
主鉤定位方式因與大車定位原理一樣，這里不再贅述。
3.2 防搖技術
本系統的防搖技術采用電子防搖，電子防搖結構簡單，成本低。采用ABB專用的防遙功能塊，使得編程簡單，圖形化編程 ，界面友好。系統的防搖功能可以選擇投入或切除。
大、小車行走時，大小車加速和減速過程中，防搖功能均起作用。
通過該功能，抓斗沒有明顯搖晃，擺幅次數少于2次，擺角小于1度。
3.3 稱重技術
在上位機上主要是行車稱重數據的統計和統計。該系統可以生成班、日、月的報表，為防止數據溢出，在本系統的“稱重管理”界面上有2個清零按鈕，分別是“A車數據清零”，“B車數據清零”。該按鈕的操作需要有工程師權限方可清零。
本系統中有三個操作員權限，分別是Operator1，Operator2，Operator3。另外還有一個Engineer的工程師權限，當登陸的是操作員權限時，該按鈕將被鎖定，點擊操作將不會觸發后臺的數據清零。
清零按鈕
稱重管理界面主要顯示了兩臺車一天的實時信息，分別是：A車，B車，兩車合計實時的重量值。
3.4稱重管理
在報表打印界面有報表顯示區域、查詢的日期時間選擇和查詢的區間選擇。在進入到該界面后系統會自動跟隨到當日的日期，用戶也可以根據需要選擇以前的歷史日期，選擇好后點擊相應的查詢區間會顯示當時的日期和該區間內的查詢數據。
查詢數據選擇
在報表的顯示區域顯示數據管理的相應操作按鈕，查詢數據出來后用戶可以用以上的按鈕對數據進行相應的操作。
Download和Upload進行數據的上傳和下載。
HideCols用來隱藏相應的列，在打印時可根據實際需求隱藏相應的列從而篩選出自己想要的打印數據。
Showall用來顯示所有的列。
Print用來打印查詢出的報表。
Seting報表做相關的設置。
Refresh用來對數據進行刷新。
“上”、“下”、“左”、“右”用來在報表上進行移位操作。
另外報表具備排序功能，用戶可以選擇相應的列，以該列的數據為基礎正序和反序的排序。
報表查詢顯示
數據的備份，該數據存在Access數據庫中，為防止操作員誤刪，數據庫放在C盤的根目錄下，在系統運行一段時間后，用戶可以將該數據庫備份下來進行分析。也可以將D盤備份好的空數據庫復制到C盤根目錄下替換。
3.5限位及保護
在起重機上必要的限位和保護是行車正常工作的必要前提。
本臺起重機的保護有主鉤的上限位，下限位，大車的左停止和左減速，大車的右停止和右減速，小車的前停止和前減速，后停止和后減速。
由編碼器做出來的保護有主鉤的上減速限位，坑內的前停止和前減速，坑內的左停止和左減速和右停止和右減速。另外在由坑內向坑外移動時會有一個主鉤的高度限制，防止抓斗未提到一定高度而越坑。
為應對緊急情況的出現，在聯動臺上有一個帶防護罩的急停按鈕和柜門上的急停按鈕，用來緊急切斷行車的總電源即總斷路器的分勵脫扣機構（此急停為應對緊急情況，平時停車切勿操作）。
為確保在行車上作業人員的安全，在大車，小車和聯動臺上各設有急停按鈕，即有人員上車維護時需通過以上按鈕給整臺車斷電。另外在大車的門上有兩個門限位，人員上車后如不關閉大車門，大車機構將無法動作。
行車的主鉤和小車由變頻器提供相應的保護，出現故障請查詢變頻器面板上的故障代碼。大車和油泵由熱繼電器進行保護，當熱繼電器動作時請檢查該機構的工作情況然后給熱繼電器復位。
3.6一般故障與處理
故 障 名 稱（代碼） | 發 生 故 障 原 因及處理方法 |
1 起重機無法送電合閘 |
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2 主鉤不會工作 |
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3 主鉤沒有高速 |
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4 小車不會工作 |
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5大車不會工作 |
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6 抓斗不能動作 |
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7 防搖效果不明顯 |
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8 機構的位置與觸摸屏上的位置有明顯的偏差 |
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故障報警
該界面用來顯示行車上的故障信息，提示操作人員行車現在的狀態。主要的故障有：各個急停的動作，三項保護器，各機構變頻器和編碼器的故障信息，鋼絲繩防跳的故障，抓斗電機和大車電機的故障，大小車防搖故障，防傾斜下限提示和各個機構的編碼器數據偏差過大報警。
一般的故障報警后，操作員需先查看相應設備的實際情況，并記錄相應的故障信息和故障代碼為維護人員提供幫助，然后按故障復位鍵進行復位。如果復位不了，請通知相應的維護人員進行處理。
在這里編碼器數據偏差過大時依據各機構限位所在該坐標的位置確定的，當超出范圍時，請檢查相應的編碼器復位限位是否工作正常。
