翻車機(jī)系統(tǒng)反位錯(cuò)車自動(dòng)動(dòng)作工藝設(shè)計(jì)

胡佑兵

秦皇島港股份有限公司第六港務(wù)分公司 秦皇島 066000

0 引言

國內(nèi)某港口煤三期翻車機(jī)作業(yè)時(shí)如遇到車皮反位情況，需要向前頂送1節(jié)或2節(jié)車皮以錯(cuò)開反位的車皮鉤檔，避免由于翻車機(jī)所翻卸火車廂兩端均為死鉤時(shí)造成的重大事故[1-4]。而該港口煤三期翻車機(jī)系統(tǒng)[5]的自動(dòng)動(dòng)作工藝是面向每個(gè)循環(huán)自動(dòng)向前頂送3節(jié)車皮設(shè)計(jì)的[6]，錯(cuò)車需要翻車司機(jī)在手動(dòng)操作模式下完成?？紤]到手動(dòng)操作模式效率低、安全性低的問題，本文對翻車機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作工藝進(jìn)行優(yōu)化，使得定位車能夠牽引車皮自動(dòng)向前行進(jìn)1節(jié)車皮的行程后自動(dòng)返回，并且保持夾輪器、靠車板等機(jī)構(gòu)的自動(dòng)動(dòng)作工藝不變?？紤]到頂送1節(jié)車皮的行程較短，設(shè)計(jì)定位車向前頂送1節(jié)車皮時(shí)的速度，通過定位車行走編碼器設(shè)定多個(gè)速度給定軟限位，并通過總線數(shù)據(jù)集設(shè)定不同的斜坡加減速S形曲線時(shí)間來減輕定位車主臂與車皮間的機(jī)械沖擊，實(shí)現(xiàn)了定位車向前頂送1節(jié)車皮行程的平穩(wěn)啟停和精準(zhǔn)定位。實(shí)現(xiàn)特殊情況下定位車向前頂送1節(jié)車皮的自動(dòng)工藝，不僅效率更高，而且能夠有效避免手動(dòng)操作可能導(dǎo)致的卡大臂、刮車皮和定位不準(zhǔn)等問題，能夠顯著提升翻車機(jī)作業(yè)的安全性。

1 技術(shù)方案

正常作業(yè)時(shí)，每個(gè)循環(huán)定位車主臂都會(huì)在翻車機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺外（東側(cè)）第4、5節(jié)車皮鉤檔之間伸出，在4、5節(jié)車皮之間鉤檔對應(yīng)地面處裝有反光板，其與定位車主臂光電開關(guān)一起保證了定位車尋鉤找位置的準(zhǔn)確性。遇到車皮反位需要手動(dòng)錯(cuò)車時(shí)，定位車主臂通常在翻車機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺外（東側(cè)）第2、3節(jié)車皮鉤檔之間伸出，行進(jìn)1節(jié)車皮的行程（12 m）至正常作業(yè)前進(jìn)停止限位接近開關(guān)處停止。以2號定位車為例，其牽引車皮前進(jìn)的起點(diǎn)、終點(diǎn)如圖1所示。

圖1 定位車牽引車皮向前的起點(diǎn)、終點(diǎn)示意圖

如圖1所示，在2、3節(jié)車皮之間鉤檔對應(yīng)地面處未裝設(shè)反光板，手動(dòng)錯(cuò)車時(shí)定位車在此處尋鉤找位置和做伸出主臂動(dòng)作均需由翻車機(jī)入口司機(jī)指揮、監(jiān)護(hù)，效率較低，并且如果對位不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致主臂剮蹭車皮，對設(shè)備和車皮造成損壞。手動(dòng)牽引1節(jié)車皮行程的終點(diǎn)設(shè)有正常作業(yè)前進(jìn)停止限位接近開關(guān)，能夠保證定位車牽車對位的精準(zhǔn)。

為實(shí)現(xiàn)定位車向前頂送1節(jié)車皮，有2種方案：1）在2、3節(jié)車皮之間鉤檔處增加向前牽引1節(jié)車皮起點(diǎn)接近開關(guān)，對應(yīng)地面處裝設(shè)反光板，以此來確保定位車主臂能夠準(zhǔn)確地尋鉤找位置。向前頂送1節(jié)車皮行程的終點(diǎn)與正常作業(yè)時(shí)的終點(diǎn)一致，均為正常作業(yè)前進(jìn)停止限位接近開關(guān)處。2）向前頂送1節(jié)車皮行程的起點(diǎn)與正常作業(yè)時(shí)的起點(diǎn)一致，均為4、5節(jié)車皮之間鉤檔的正常作業(yè)返回停止限位接近開關(guān)處。在3、4節(jié)車皮之間鉤檔處設(shè)置向前頂送1節(jié)車皮行程的終點(diǎn)，在終點(diǎn)不再新增限位（接近開關(guān)）而是利用編碼器數(shù)值來設(shè)定，終點(diǎn)對應(yīng)定位車行走絕對值編碼器的值約為36 000。

本文通過比較分析，方案2的工作量較小，工藝也更為簡單，能夠滿足定位車向前頂送1節(jié)車皮的工藝要求，本文選擇了方案2起點(diǎn)不變、終點(diǎn)由編碼器限定的方案，如圖2所示。

圖2 定位車向前行走1節(jié)車皮行程的方案

1.1 定位車頂送車皮向前行走過程分析

港口煤三期1號和2號定位車運(yùn)行速度由翻車機(jī)所用XMZS7－400 PLC通過總線數(shù)據(jù)集給定ABB ACS800多傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，PLC中的速度給定值與驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速成線性對應(yīng)關(guān)系。PLC中速度給定值最大為20 000，最小為0，分別對應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速1 485 r/min和0 r/min。正常作業(yè)時(shí)定位車頂送3節(jié)車皮的行程，其前進(jìn)過程可簡化為5個(gè)過程：啟動(dòng)、加速、勻速、減速、停止。煤三期1號和2號定位車向前頂送3節(jié)車皮行程時(shí)共經(jīng)歷8次變速，PLC中速度給定值對應(yīng)為：0、4 000、14 000、10 000、8 000、4 000、2 500、1 500、0。手動(dòng)向前頂送1節(jié)車皮行程時(shí)共經(jīng)歷7次變速，PLC中速度給定值對應(yīng)為：0、14 000、10 000、8 000、4 000、2 500、1 500、0。自動(dòng)向前頂送3節(jié)車皮和手動(dòng)向前頂送1節(jié)車皮行進(jìn)過程中的位移和速度的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 各行程區(qū)間的給定速度

由表1可知，手動(dòng)向前頂送1節(jié)車皮與自動(dòng)向前頂送3節(jié)車皮相比，啟動(dòng)階段給定速度較大，行程較短，現(xiàn)場實(shí)際表現(xiàn)為定位車牽引車皮行走過程中主臂與車皮的同步性較差，二者頻繁地發(fā)生機(jī)械沖擊。為使得向前頂送1節(jié)車皮行程時(shí)定位車能夠平穩(wěn)地運(yùn)行，應(yīng)重新制定定位車行走速度與編碼器區(qū)間的對應(yīng)關(guān)系。

1.2 設(shè)計(jì)向前頂送1節(jié)車皮行程的給定參數(shù)

定位車向前頂送1節(jié)車皮的行程為12 m，定位車向前行走時(shí)的最大速度應(yīng)比36 m行程時(shí)低，這樣車皮在定位車做減速運(yùn)動(dòng)之前才能夠達(dá)到給定速度，即保證定位車與車皮行走的同步性。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，本文制定了定位車向前牽引1節(jié)車皮時(shí)定位車行走速度與編碼器區(qū)間的對應(yīng)關(guān)系，如表2所示。

表2 速度與編碼器的對應(yīng)關(guān)系

依據(jù)表2所示的行走速度，1號定位車向前頂送1節(jié)車皮時(shí)主臂與車皮之間的機(jī)械沖擊基本消失，而2號定位車主臂與車皮之間仍然存在著一定程度上的機(jī)械沖擊。造成1號定位車和2號定位車表象不同的原因是1號定位車多傳動(dòng)為單控方式，2號定位車多傳動(dòng)為主從控制方式。

1）1號定位車（一共裝有12臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)）的每臺電機(jī)單獨(dú)受ACS800變頻器控制，PLC給定12臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)同樣的參數(shù)（速度），在定位車給定速度發(fā)生變化時(shí)，各驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載分配不均，各驅(qū)動(dòng)的受力不同，會(huì)造成定位車整體出力較小，定位車整體加（減）速度較小，客觀上減小了定位車與車皮之間的機(jī)械沖擊。

2）2號定位車的12臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)中有1臺作為主機(jī)，另有10臺作為從機(jī)，1臺作為備機(jī)。主機(jī)采用速度控制方式，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制方式。主機(jī)給從機(jī)發(fā)出控制命令，從機(jī)接受主機(jī)發(fā)出的啟動(dòng)、停止指令及轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值進(jìn)行動(dòng)作。在定位車給定速度發(fā)生變化時(shí)，各驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩一直性較好，定位車整體的出力較大，定位車整體加（減）速度較大，客觀上會(huì)引起定位車主臂與車皮之間的機(jī)械沖擊。

為消除2號定位車向前頂送1節(jié)車皮過程中的機(jī)械沖擊，本文利用PLC給定ACS800多傳動(dòng)可變S形曲線斜坡時(shí)間的方式來優(yōu)化定位車行走速度曲線。固件手冊ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制控制程序7.x中關(guān)于22.06組參數(shù)（選擇加速/減速斜坡的形狀）的說明如圖3所示。

圖3 ACS800標(biāo)準(zhǔn)版軟件中22.06組參數(shù)的說明

S形曲線斜坡對于需要平滑調(diào)速的應(yīng)用場合十分理想，其設(shè)置為加速斜坡時(shí)間的1/5較為合適。1號定位車S形斜坡曲線時(shí)間為固定值，并不由PLC給定，12臺多傳動(dòng)均設(shè)置為了0.02 s。而為實(shí)現(xiàn)2號定位車向前頂送1節(jié)車皮行程時(shí)定位車啟動(dòng)平穩(wěn)，停止時(shí)對位準(zhǔn)確，本文應(yīng)用總線數(shù)據(jù)集，通過PLC給定該參數(shù)，啟動(dòng)時(shí)S形斜坡曲線時(shí)間為2 s，定位車低速行走直至停止軟限位（編碼器對應(yīng)值36 000）時(shí)S形斜坡曲線時(shí)間給定為0 s。2號定位車向前牽引1節(jié)車皮時(shí)S形斜坡曲線時(shí)間與編碼器區(qū)間的對應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3 S形斜坡曲線時(shí)間與編碼器區(qū)間的對應(yīng)關(guān)系

1.3 PLC控制程序編寫

為實(shí)現(xiàn)頂送1節(jié)車皮到達(dá)停止位后夾輪器、主臂、靠車板等機(jī)構(gòu)的自動(dòng)動(dòng)作，本文在PLC程序中將向前牽引1節(jié)停止軟限位引入到正常作業(yè)停止限位相關(guān)PLC程序段，即在向前頂送1節(jié)車皮時(shí)，向前牽引1節(jié)停止軟限位代替原有程序段中的正常作業(yè)停止限位觸發(fā)夾輪器、主臂、靠車板等機(jī)構(gòu)的自動(dòng)動(dòng)作。當(dāng)M166.0（翻車作業(yè)第二個(gè)循環(huán)）為1時(shí)，向前牽引1節(jié)停止軟限位M166.1（對應(yīng)編碼器值36 000）代替定位車前進(jìn)停止限位開關(guān)I 19.1，M166.1為1時(shí)（達(dá)到編碼器對應(yīng)值的36 000處），則PLC中定位車前進(jìn)停止限位信號M34.0為1，即PLC中認(rèn)定定位車已到達(dá)前進(jìn)停止限位開關(guān)處，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)自動(dòng)動(dòng)作工藝，工藝流程如圖4所示。

圖4 PLC中對應(yīng)程序段流程圖

2 實(shí)施效果

新的操作工藝向前頂送1節(jié)車皮的起點(diǎn)不變，終點(diǎn)設(shè)置于3、4節(jié)鉤檔之間，并且將定位車向前頂送1節(jié)的工藝由手動(dòng)升級為了自動(dòng)，反位錯(cuò)車的效率得到了大幅提升，反位錯(cuò)車耗時(shí)由手動(dòng)操作模式下的5 min降到了1 min，降幅達(dá)80%。在未新增接近開關(guān)、反光板等硬件的基礎(chǔ)上，應(yīng)用原有的絕對值編碼器制定多個(gè)控制定位車行走參數(shù)給定的軟限位，實(shí)現(xiàn)了對定位車行走過程的精確控制，保證了定位車牽車對位的精準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本文通過重新設(shè)計(jì)定位車向前頂送1節(jié)車皮時(shí)的給定參數(shù)，解決了定位車牽引1節(jié)車皮行程時(shí)主臂與車皮間機(jī)械沖擊大的問題，并且將操作工藝由手動(dòng)升級為自動(dòng)，排除了定位車牽車對位時(shí)人為操作失誤可能導(dǎo)致的一系列安全問題，提升了翻車作業(yè)的安全性。