一种散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统与流程

本发明属于门机抓斗技术领域，尤其是涉及一种散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统。

背景技术：

利用技术手段保证生产作业安全，提高船舶接卸效率，更好的服务于生产一直是港口码头公司技术部门研究的重点。随着公司作业量的不断增加，接卸货物的种类也越来越多。目前我公司门机额定起重量为40t，接卸的货物比重基本在1.9-2.8之间，接卸不同比重货物的生产作业效率也不同，产生这种现象的原因主要有以下几点：

1、一般来说，接卸比重较低的货类接卸效率比较高。在接卸比重较低的货类时，通常选用大斗容的轻型抓斗。抓取货物时，满斗的重量基本上也在40t以下，对门机司机操作技术要求较低。操作水平相对较高的司机与操作水平相对较低的司机作业效率相差不大。

2、接卸比重较高的货类。在接卸比重较高的货类时，选用小斗容的抓斗时，会造成即使抓斗抓满货物，重量也达不到40t，浪费了门机的作业能力。而选用大斗容的抓斗抓取时，抓斗满载时总重量会超出门机的最大作业负荷，造成超载现象。门机司机只能重新打开抓斗，使部分货漏出，再重新闭斗。这个重新开闭斗的过程，造成了时间上的浪费，降低了作业效率。但是，操作水平高的门机司机可以根据抓取过程中的抓斗的闭合程度及司机室内的重量显示来人为控制抓斗的抓取量，使抓取量基本保持在40t，避免了重新开闭斗的过程，保证了作业效率。所以接卸比重较高的货类，对门机司机操作技术要求较高。操作水平相对较高的司机作业效率比操作水平相对较低的司机作业效率要高。

根据以上的分析，在接卸比重较高的货物时，提高作业效率有以下几种方法：

1、储存大量各种不同斗容的抓斗，每种比重的货物都有适合的抓斗。

2、所有门机司机的操作水平都很高。接卸比重较高的货物时，仍选用大斗容的抓斗，依靠司机的个人操作保证作业效率。

但是以上两种方法在当前条件下均无法实现。首先无论是从经济上还是从管理上都无法满足制作、存放大量的抓斗。其次操作水平高的门机司机毕竟是少数，不可能每个司机都达到一个很高的水平。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统，以实现在接卸比重较高的货物时，利用电控系统来辅助司机控制抓斗的抓取量，使得抓斗的抓取量基本保持在同一重量范围内，避免了重新开闭抓斗的过程，保证了作业效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种散货门机抓斗抓取量实时控制系统，包括PLC控制器、电位调节旋钮、动力装置、支持绳卷轴、开闭绳卷轴、支持绳、开闭绳和抓斗；

所述PLC控制器分别与所述电位调节旋钮和动力装置信号连接，所述PLC控制器接收所述电位调节旋钮的电位信号，对该电位信号分析处理后，根据该电位信号的大小调整动力装置的力矩输出大小；

所述动力装置包括支持绳动力装置和开闭绳动力装置；

所述支持绳动力装置与所述支持绳卷轴传动连接，所述支持绳的上端固定在所述支持绳卷轴上，下端与所述抓斗固定连接；

所述开闭绳动力装置与所述开闭绳卷轴传动连接，所述开闭绳的上端固定在所述开闭绳卷轴上，下端与所述抓斗配合固定；

进一步的，所述散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括支持绳抱死机构，所述支持绳抱死机构固定在所述支持绳卷轴与抓斗之间，并与所述支持绳配合安装。

进一步的，所述散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括重力传感器，所述重力传感器固定在所述抓斗的下底面上，并与所述PLC控制器信号连接。

进一步的，所述散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括显示器，所述显示器与所述PLC控制器信号连接。

进一步的，所述散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括距离传感器，所述距离传感器固定在所述抓斗的底端，并与所述PLC控制器信号连接。

进一步的，所述距离传感器有多个，该多个距离传感器在所述抓斗的底端排列成一列。

进一步的，所述支持绳动力装置包括支持绳变频器、支持绳电机和支持绳减速机，所述支持绳变频器与所述支持绳电机电连接，所述支持绳电机与所述支持绳减速机电连接，所述支持绳减速机与所述支持绳卷轴传动连接。

进一步的，所述开闭绳动力装置包括开闭绳变频器、开闭绳电机和开闭绳减速机，所述开闭绳变频器与所述开闭绳电机电连接，所述开闭绳电机与所述开闭绳减速机电连接，所述开闭绳减速机与所述开闭绳卷轴传动连接。

一种散货门机抓斗抓取量实时控制方法，包括以下步骤：

(1)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗匀速下降至L高度；

(2)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗减速下降直至停止；

(3)PLC控制器向开闭绳动力装置输出控制信号，开闭绳动力装置带动抓斗全速闭合，同时PLC控制器向支持绳动力装置输出控制信号，支持绳动力装置调整输出力矩，并带动抓斗调整抓取深度；

(4)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗上升。

进一步的，所述步骤(1)还包括抓斗水平移动过程，PLC控制器向动力装置输出转向命令，动力装置带动门机转向，料斗移至货垛正上方时停止。

进一步的，所述步骤(1)还包括抓斗打开过程：

PLC控制器向开闭绳动力装置输出控制指令，开闭绳动力装置带动开闭绳全速下降，同时支持绳不动。

进一步的，所述步骤(1)中的L高度通过电机向PLC控制器反馈的输出力矩信息确定。

进一步的，所述步骤(1)中的L高度通过抓斗下端的距离传感器测量到的抓斗下端到货垛上端的距离信息确定，距离传感器将距离信号输送至PLC控制器。

进一步的，所述步骤(3)中的支持绳动力装置调整输出力矩为支持绳动力装置增加输出力矩，增加支持绳输出力矩，减少抓斗抓取的深度，进而减少抓斗的抓取量。

进一步的，所述步骤(3)中的力矩增加指令通过电位调节旋钮控制，电位调节旋钮通过旋转向PLC控制器输出不同电位信号，PLC控制器通过电位调节旋钮的电位信号计算支持绳动力装置应增加的力矩参数，并向支持绳动力装置输出力矩增加指令及力矩增加参数。

相对于现有技术，本发明所述的散货门机抓斗抓取量实时控制系统及方法具有以下优势：

(1)本发明所述的散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统，可以减少储备抓斗的种类和数量，实现只利用一种斗容的抓斗来满足作业不同货类的需要。降低了抓斗的采购、储存、维修、管理的成本，同时也消除了部分危险源，降低了安全风险。

(2)本发明所述的散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统，相比当前主要依靠司机的个人技术和操作经验来控制抓斗的抓取量，降低了对门机司机技术和经验的要求，本发明辅助不同的司机都以同一种标准的方式作业，操作水平较低的司机在本发明辅助下的作业效率基本上可以达到或超过平均作业效率。

(3)本发明所述的散货门机抓斗抓取量实时控制方法及系统，操作简单，转换方便，在作业某种货物时，不同的作业位置或阶段对抓斗斗容的要求也有所不同，如在作业过程中更换抓斗则需要装卸工人拆装、叉车运输等，大约用时10分钟，而利用此方式控制抓取量只需司机转动开关即可，同样提高了作业效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的散货门机抓斗抓取量实时控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述的散货门机抓斗抓取量实时控制系统原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明中的一种散货门机抓斗抓取量实时控制方法，包括以下步骤：

(1)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗匀速下降至L高度；

(2)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗减速下降直至停止；

(3)PLC控制器向开闭绳动力装置输出控制信号，开闭绳动力装置带动抓斗全速闭合，同时PLC控制器向支持绳动力装置输出控制信号，支持绳动力装置调整输出力矩，并带动抓斗调整抓取深度；

(4)PLC控制器向动力装置输出控制信号，动力装置带动抓斗上升。

步骤(1)还包括抓斗水平移动过程，PLC控制器向动力装置输出转向命令，动力装置带动门机转向，料斗移至货垛正上方时停止。

步骤(1)中还包括抓斗打开过程：

PLC控制器向开闭绳动力装置输出控制指令，开闭绳动力装置带动开闭绳全速下降，同时支持绳不动，此时支持绳由支持绳抱死机构抱死。

步骤(1)中的L高度通过电机向PLC控制器反馈的输出力矩信息确定。

步骤(1)中的L高度通过抓斗下端的距离传感器测量到的抓斗下端到货垛上端的距离信息确定，距离传感器将距离信号输送至PLC控制器。

步骤(3)中的力矩调整指令为力矩增加指令，增加支持绳输出力矩，减少抓斗抓取的深度，进而减少抓斗的抓取量。

步骤(3)中的力矩增加指令通过电位调节旋钮控制，电位调节旋钮通过旋转向PLC控制器输出不同电位信号，PLC控制器通过电位调节旋钮的电位信号计算支持绳动力装置应增加的力矩参数，并向支持绳动力装置输出力矩增加指令及力矩增加参数。

如图2所示，本发明中的一种散货门机抓斗抓取量实时控制系统，包括PLC控制器、电位调节旋钮、动力装置、支持绳卷轴、开闭绳卷轴、支持绳、开闭绳和抓斗；

PLC控制器分别与电位调节旋钮和动力装置信号连接，PLC控制器接收电位调节旋钮的电位信号，对该电位信号分析处理后，根据该电位信号的大小调整动力装置的力矩输出大小；

动力装置包括支持绳动力装置和开闭绳动力装置；

支持绳动力装置与支持绳卷轴传动连接，支持绳的上端固定在支持绳卷轴上，下端与抓斗固定连接；

开闭绳动力装置与开闭绳卷轴传动连接，开闭绳的上端固定在开闭绳卷轴上，下端与抓斗配合固定；

散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括支持绳抱死机构，支持绳抱死机构固定在支持绳卷轴与抓斗之间，并与支持绳配合安装。

散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括重力传感器，重力传感器固定在抓斗的下底面上，并与PLC控制器信号连接。

散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括显示器，显示器与PLC控制器信号连接。

散货门机抓斗抓取量实时控制系统还包括距离传感器，距离传感器固定在抓斗的底端，并与PLC控制器信号连接。

距离传感器有多个，该多个距离传感器在抓斗的底端排列成一列。

支持绳动力装置包括支持绳变频器、支持绳电机和支持绳减速机，支持绳变频器与支持绳电机电连接，支持绳电机与支持绳减速机电连接，支持绳减速机与支持绳卷轴传动连接。

开闭绳动力装置包括开闭绳变频器、开闭绳电机和开闭绳减速机，开闭绳变频器与开闭绳电机电连接，开闭绳电机与开闭绳减速机电连接，开闭绳减速机与开闭绳卷轴传动连接。

港口码头散货门机的抓取量基本保持在40t，超负荷运载会对门机自身产生损害，不利于人机的安全，操作水平较高的司机，需精力高度集中，实现散货门机抓斗重量的精确控制，加大了司机的劳动强度。

以一般的散货门机为例，抓斗抓取货物时各机构的运行如下：

(1)抓斗打开：开闭绳全速下降，支持机构不动，抓斗打开。

(2)抓斗下降至货垛：当抓斗降至货垛，开闭、支持机构停止，此时支持绳和开闭绳的4根绳都处于松弛状态。

(3)抓斗闭合：抓斗闭合时(开始抓取货物)，开闭绳全速闭斗，支持绳输出恒定力矩(此力矩不可调，目的是保持绳子不会太松，整体重量基本上还是由开闭绳承担)。抓斗闭合后，开闭支持绳一起上升。

分析上述过程，抓斗在抓取货物时(即抓斗闭合时)，电气系统可通过改变各机构的运行，来达到控制抓取量的目的。

本发明在控制方面主要作出了以下三个方面的改进：

(1)在抓斗下降直至货垛的过程中，使每次抓斗降至货垛时支持绳和开闭绳的4根钢丝绳的松紧状态基本一样，也就是确保每次抓斗开始抓取货物时，其起始状态基本上都是相同的。原因在于：在门机作业过程中，每次抓斗降至货垛时，4根钢丝绳的松紧状态与前一次都不一样，这造成了每次抓斗抓取货物时，起始状态都不一样，即便后续的控制方式相同，抓取量也不相同。

(2)抓斗开始闭合时(开始抓取货物)，开闭绳全速闭斗，改变支持绳输出力矩，同时增加支持绳输出力矩，减少抓斗的挖取深度，从而减少抓斗的抓取量。

(3)当抓斗闭合到一定程度时，控制支持电机制动器动作，即支持绳抱死机构将支持绳抱死，支持绳力矩不再改变，直到抓斗完全闭合。作用在于保证每次抓斗从支持制动器制动开始到完全闭合的过程基本上一样，减小每次抓取量的误差。

本发明通过在PLC控制器上加装一个端子排提供模拟量输入接口，利用门机司机室联动台的预留位，加装一个电位调节旋钮来输出模拟量，通过电位调节旋钮向PLC控制器输出电位信号的大小调节支持绳输出力矩，范围为0％～40％。

本发明的工作过程为：

(1)抓斗打开：开闭绳全速下降，支持机构不动，抓斗打开。

(2)抓斗下降至货垛：当抓斗以一定速度匀速下降一段时间时，通过变频器输出电流检测动力装置输出力矩或者通过距离传感器监测抓斗下端到货垛上端的距离，当到达一定力矩或一定距离时，PLC控制器控制动力装置自动减速直到停止以保证每次抓斗降至货垛时，支持绳和开闭绳的松紧状态基本一样。在实际作业中，抓斗每次抓取的位置是船上的指挥手决定的。在这个过程中，位置经常需要调整，导致抓斗经常减速或加速，每次落在货垛上的速度都不同。在这种情况下，使得每次通过系统控制动力装置自动减速直到停止时，4根钢丝绳的松紧状态都不一样。所以为保证每次抓斗落在货垛上的速度都一样，必须检测抓斗是否是以一定速度匀速下降了一段时间，若是，则系统运行，若不是，则此次抓取系统不运行。

(3)抓斗闭合：抓斗闭合时(开始抓取货物)，开闭绳全速闭斗，支持绳根据司机室联动台上的电位调节旋钮的设置来输出力矩。旋钮的设置是司机根据货物的比重、自己的操作习惯以及作业过程中来不断调整的。例如，当出现重新开闭斗现象时，司机可以调节旋钮增大支持绳输出力矩，减少抓斗的挖取深度，从而减少抓斗的抓取量。反之亦然。当抓斗闭合到一定程度时，控制支持绳抱死机构动作，制动支持钢丝绳直到抓斗完全闭合。这个步骤主要是检测重量传感器的信号，当到达一定的重量时，支持绳抱死机构自动开始制动。抓斗闭合后，开闭支持绳一起上升。

相比传统的根据货类比重的不同选择不同斗容的抓斗，本发明可以减少储备抓斗的种类和数量，实现只利用一种斗容的抓斗来满足作业不同货类的需要，降低了抓斗的采购、储存、维修、管理的成本，同时也消除了部分危险源，降低了安全风险；

相比当前主要依靠司机的个人技术和操作经验来控制抓斗的抓取量，本发明的运行可以降低对门机司机技术和经验的要求，此项目可以辅助不同的司机都以同一种标准的方式作业，操作水平较低的司机在辅助下的作业效率基本上可以达到或超过平均作业效率；

本发明操作简单，转换方便，在作业某种货物时，不同的作业位置或阶段对抓斗斗容的要求也有所不同，如在作业过程中更换抓斗则需要装卸工人拆装、叉车运输等，大约用时10分钟，而利用此方式控制抓取量只需司机转动开关即可，同样提高了作业效率。

同时本发明还节约了不同斗容抓斗的研发、制造、管理成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。