FOUR-ROPE GRAB BUCKET SLAG MATERIAL GRABBING SYSTEM AND METHOD

本发明涉及自动化控制领域，具体是一种四绳抓斗抓取渣料的系统及方法。

目前四绳抓斗行车由人工控制，机械部分有大小车行走减速机、提升转筒及减速机、开闭转筒及减速机，电气控制部分由接触器、定子电阻、行走电机、起重电机、超载限制器，限位凸轮及门限位构成。高炉渣池水蒸汽较大，在冬季严重影响视线，人员在恶劣环境下高强度工作，也容易发生安全事故。

随着经济和科技的发展，在工业生产中自动化设备的运用越来越广泛，如何完成一些需要定位的自动化项目，需要检测装备将位置信息测量出来传给系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能自动化抓取渣料的系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供的四绳抓斗抓取渣料的系统，包括计算机、PLC、提升变频器、增量编码器A、开闭变频器、增量编码器B、大车小车定位装置、超载限制器、大车行走电机、小车行走电机、行车大梁、行车小车及抓斗；行车小车与行车大梁滑动连接；行车小车上设有提升电机、开闭电机、提升绳、开闭绳、提升转筒、限位凸轮、开闭转筒、减速机A及减速机B；提升电机与减速机A连接，减速机A与提升转筒连接；开闭电机与减速机B连接，减速机B与开闭转筒连接；提升绳、开闭绳分别与抓斗连接；提升绳缠绕在提升转筒上，开闭绳缠绕在开闭转筒上；限位凸轮固定在提升转筒上；

计算机、提升变频器、开闭变频器、大车小车定位装置、超载限制器、大车行走电机及小车行走电机分别与PLC连接；PLC与计算机间可采用有线或无线的通讯方式实现数据交换；提升电机、增量编码器A分别与提升变频器连接，开闭电机、增量编码器B分别与开闭变频器连接。

在实践过程中，若提升绳受力，开闭绳不受力，则抓斗内渣料会从底部撒落；若开闭绳受力，提升绳不受力，则开闭绳负载过大易断裂，在人工抓料时需要时时进行调节，工作量大、效果差；在自动控制中，开闭电机和提升电机采用主从方式和力矩控制模式，将开闭变频器做为主机，提升变频器做为从机，开闭变频器的力矩通过通讯发送给提升变频器，提升变频器以一定的百分比运行，保持提升绳和开闭绳同时受力，提升速度一致，从而达到 受力均匀且不撒落渣料。

在抓斗上升、下降步骤中，提升变频器、开闭变频器均有电流输出，在抓料、放料步骤中，开闭变频器有电流输出，PLC通过采集提升变频器、开闭变频器电流输出，并在计算机中做归档记录，程序员通过对记录电流的电流值规律进行分析，得出正常运行的电流值区间，在PCL中编写程序，若在这些步骤中实际电流值偏出正常运行的电流值区间，即可判断提升绳、开闭绳的钢丝绳状态不正常，在程序中将会暂停作业运行，并发生报警，操作工查看原因。

超载限制器能检测抓斗在空中时的净重量，当抓斗下降到接触水渣表面的过程中，超载限制器检测的抓斗重量会逐渐变为零；在程序中，若设置检测的抓斗重量变为零时抓取，则能抓取最大的渣量，若设置检测的抓斗重量变为净重量一半时抓取，则抓取的渣量会减少。通过此种原理，可控制抓取渣量；不论渣池内是否有水，通过增量编码器A计算的抓斗实际高度与超载限制器检测的抓斗重量相结合，能计算出抓斗内抓取的渣量，抓取渣料不超过荷载量的一半，会将该抓斗里的渣子放在下一个目标位，然后一起抓取，模仿了人工的并沙功能。

作为改进，所述大车小车定位装置包括大车地址编码发生器、格雷母线A、天线A、大车地址解码器、小车地址解码器、格雷母线B、小车地址编码发生器及天线B；小车地址编码发生器、天线B固定在行车小车上；天线A固定在行车大梁上；天线A通过大车地址解码器与PLC连接，格雷母线B通过小车地址解码器与PLC连接；大车地址编码发生器与格雷母线A连接。

格雷母线A通过大车地址编码发生器进行编码，在行车大梁的端头的天线A接收格雷母线A的信号，传送到大车地址解码器进行解码，大车地址解码器将位置地址传给PLC，得到行车大梁的实时位置信息X；小车地址编码发生器通过天线B发送编码，在行车小车移动的轨道梁安装格雷母线B，接收编码，再传送到小车地址解码器进行解码，然后将位置地址通过通讯传给PLC，得到行车小车的实时位置信息Y；通过大车小车定位装置，通过PLC程序设置该行车与轨道终端的安全距离，在该行车和同一轨道的另外一台行车之间也通过程序设置安全距离，增加安全防范措施。

作为改进，该系统还包括大车行走变频器、小车行走变频器；大车行走变频器增设在大车行走电机与PLC之间，小车行车变频器增设在小车行走电机与PLC之间；大车走电机和小车行走电机启动或停止的过程中，抓斗由于有惯性，相对于行车大梁或行车小车有一个钟摆效应，会产生摇摆；为达到消除摇摆，根据物理原理，大车行走变频器、小车行走变频 器均集成控制模型，调整输出频率，调节大车走电机、小车行走电机的启动和停止速度来进行防止抓斗摇摆。

作为改进，该系统还包括与PCL连接的绞绳检测装置；绞绳检测装置包括激光传感器、反光板；激光传感器固定在行车小车底部，反光板固定在抓斗顶部；安装激光传感器的安装的位置要保证激光能够照射在固定在抓斗顶部一侧的反光板上，当抓斗上升到设定的区间，激光传感器就能接受到反射信号，若接受不到信号，则表明抓斗已经旋转，PLC将会暂停行车的运行，并发生报警，操作工查看原因。

作为改进，在行车的大梁两侧分别安装一个红外防撞装置，外侧的作为该行车与轨道终端防撞的第二重保护，内侧的作为该行车和同一轨道的另外一台行车之间防撞的第二重保护；红外防撞装置与PLC连接。

本发明还提供一种基于以上系统的方法，包括以下步骤：

1)将每个渣池进行分解成多个区域，每个区域为抓斗刚好抓取的面积，并标定每个区域的X轴、Y轴坐标值，行车开始自动作业后，在渣池内按设定路线开始依次抓取，池内所有区域都抓取一斗为一个循环，该循环最后一个区域抓取完毕后重新按设定路线继续下一循环；

2)当准备抓取目标区域时，将该X、Y轴的目标地址与行车大梁、行车小车的实际地址进行比较，从而得出大车行走电机、行车小车行走电机是正向运行还是反向运行；根据目标地址与实际地址的差值大小，PLC输出给变频器不同的频率，控制行车的运行速度；

3)抓斗从高位开始下降到池内抓料，抓料后再上升到高位，属于一个升降周期；在这个过程中，通过增量编码器A的脉冲值计算抓斗的实际高度，传送给大车行走变频器、小车行走变频器，大车行走变频器、小车行走变频器调整输出频率，消除抓斗摆动幅度；在每个周期内，限位凸轮会被触发一次，对抓斗高度进行校验，矫正消除增量编码器A的累计误差；

4)开闭电机和提升电机采用主从方式和力矩控制模式，将开闭变频器做为主机，提升变频器做为从机，开闭变频器的力矩通过通讯发送给提升变频器，提升变频器以一定的百分比运行，保持提升绳和开闭绳同时受力，提升速度一致；抓斗下降，当抓斗下降到接触渣面后，开始抓料；若抓斗下降到设定低位，超载限制器仍然检测到有重量，表明该区域抓完这一斗后，将没有渣子了，做空位标记，下一循环，将跳过该区域；抓斗下降到设定的低低位，超载限制器仍然检测到有重量，表明该区域的渣子很少，不够半斗，触发并沙功能。

有益效果：本发明是一种四绳抓斗抓取渣料的系统及方法，渣料的形式是细沙。高炉的水渣、干煤棚的煤粉均属于细沙类型，都可以应用此系统及方法实现自动作业。

(1)本发明解决了抓斗的防摇摆问题：大车行走电机、小车行走电机启动或停止的 过程中，抓斗由于有惯性，相对于行车大梁或行车小车有一个钟摆效应，会产生摇摆；为达到消除摇摆，根据物理原理，大车行走变频器、小车行走变频器均集成控制模型，调整输出频率，调节大车走电机、小车行走电机的启动和停止速度来进行防摇摆；

(2)本发明解决了提升绳和开闭绳的配合问题；若提升绳受力，开闭绳不受力，则抓斗内渣料会从底部撒落；若开闭绳受力，提升绳不受力，则开闭绳负载过大易断裂，在人工抓料时需要时时进行调节，工作量大、效果差；在自动控制中，开闭电机和提升电机采用主从方式和力矩控制模式，将开闭变频器做为主机，提升变频器做为从机，开闭变频器的力矩通过有线或无线方式发送给提升变频器，提升变频器以一定的百分比运行，保持提升绳和开闭绳同时受力，提升速度一致，从而达到受力均匀且不撒落渣料；

(3)本发明实现了对行车位置的实时信息的检测；在大车行走电机行走的轨道护栏上安装的格雷母线A，通过地址编码发生器进行编码，天线A接收格雷母线A的信号，传送到大车地址解码器进行解码，大车地址解码器将位置地址传给PLC，得到行车大梁的实时位置信息X；小车地址编码发生器通过天线B发送编码，格雷母线B接收编码，再传送到小车地址解码器进行解码，然后将位置地址通过无线传给PLC，得到行车小车的实时位置信息Y；

(4)本发明实现了对抓斗钢丝绳断绳检测；在抓斗上升、下降步骤中，提升变频器、开闭变频器均有电流输出，在抓料、放料步骤中，开闭变频器有电流输出，PLC通过采集提升变频器、开闭变频器电流输出，并传送给计算机，在计算机中做归档记录，程序员通过对记录电流的电流值规律进行分析，得出正常运行的电流值区间，再在PLC中编写程序，若在这些步骤中实际电流值偏出正常运行的电流值区间，即可判断提升绳、开闭绳的钢丝绳状态不正常，PLC程序将会自动暂停作业运行，并发生报警，操作工查看原因。

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的系统结构示意图；

图3为本发明的绞绳检测装置的结构示意图；

图4为本发明行车小车内部起重机构的结构示意图；

图5为本发明的定位系统装置的结构示意图；

图中：1、计算机，2、PLC，3、提升变频器，4、提升电机，5、增量编码器A，6、开闭变频器，7、开闭电机，8、增量编码器B，9、大车行走变频器，10、小车行走变频器，11、大车小车定位装置，12、绞绳检测装置，13、超载限制器，14、大车行走电机，15、小车行走电机，16、行车大梁，17、行车小车，18、激光传感器，19、激光光线示意，20、反光板， 21、抓斗，22、提升绳，23、开闭绳，24、提升转筒，25、限位凸轮，26、开闭转筒，27、减速机A，28、大车地址编码发生器，29、格雷母线A，30、天线A，31、大车地址解码器，32、小车地址解码器，33、格雷母线B，34、小车地址编码发生器，35、天线B，36、减速机B。

如附图2-5所示，本发明提供的四绳抓斗抓取渣料系统，包括计算机1、PLC2、提升变频器3、增量编码器A5、开闭变频器6、增量编码器B8、大车行走变频器9、小车行走变频器10、大车小车定位装置11、绞绳检测装置12、超载限制器13、大车行走电机14、小车行走电机15、行车大梁16、行车小车17、抓斗21；

行车小车17与行车大梁16滑动连接；行车小车17上设有提升电机4、开闭电机7、提升绳22、开闭绳23、提升转筒24、限位凸轮25、开闭转筒26、减速机A27及减速机B36；提升电机4与减速机A27连接，减速机A27与提升转筒24连接；开闭电机7与减速机B36连接，减速机B36与开闭转筒26连接；提升绳22、开闭绳23分别与抓斗21连接；提升绳22缠绕在提升转筒24上，开闭绳23缠绕在开闭转筒26上；限位凸轮25固定在提升转筒24上；提升电机4、增量编码器A5分别与提升变频器3连接，开闭电机7、增量编码器B8分别与开闭变频器6连接；

计算机1、提升变频器3、开闭变频器6、绞绳检测装置12、超载限制器13、大车行走变频器9及小车行车变频器10分别与PLC2连接；大车行走电机14与大车行走变频器9连接，小车行走电机15与小车行车变频器10连接；大车行走变频器9、小车行走变频器10均集成控制模型，通过调整输出频率，调节大车走电机14、小车行走电机15的启动和停止速度来进行防摇摆；

大车小车定位装置11包括大车地址编码发生器28、格雷母线A29、天线A30、大车地址解码器31、小车地址解码器32、格雷母线B33、小车地址编码发生器34及天线B35；小车地址编码发生器34、天线B35固定在行车小车17上；天线A30固定在行车大梁上16；天线A30通过大车地址解码器31与PLC2连接，格雷母线B33通过小车地址解码器32与PLC2连接；大车地址编码发生器28与格雷母线A29连接；

绞绳检测装置12包括激光传感器18、反光板20；激光传感器18固定在行车小车17底部，激光传感器18与PLC2连接，反光板20固定在抓斗21顶部；安装的位置要保证激光光线能够照射在固定在抓斗21顶部一侧的反光板20上；当抓斗21上升到设定的区间，激光传感器18就能接受到反射信号，若接受不到信号，则表明抓斗21已经旋转，PLC2将会暂停 行车的运行，并发生报警，操作工查看原因；红外激光防撞装置设置于行车大梁16的两侧，与PLC2连接。

在自动控制中，开闭电机7和提升电机4采用主从方式和力矩控制模式，将开闭变频器6做为主机，提升变频器3做为从机，开闭变频器6的力矩通过有线通讯方式发送给提升变频器3，提升变频器3以一定的百分比运行，保持提升绳22和开闭绳23同时受力，提升速度一致，从而达到受力均匀且不撒落渣料。

在大车行走电机14行走的轨道护栏上安装的格雷母线A29通过地址编码发生器28进行编码，在行车大梁16的端头安装的天线A30接收格雷母线A29的信号，传送到大车地址解码器31进行解码，大车地址解码器31将位置地址传给PLC2，得到行车大梁16的实时位置信息X；在行车小车17上安装的小车地址编码发生器34，通过天线B35发送编码，在行车小车17移动的轨道梁安装的格雷母线B33，接收编码，再传送到小车地址解码器32进行解码，然后将位置地址通过通讯传给PLC2，得到行车小车17的实时位置信息Y。

如图1所示，本发明提供的四绳抓斗抓取渣料的方法包括以下步骤：

1)将每个渣池进行分解成多个区域，每个区域为抓斗21刚好抓取的面积，并标定每个区域的X轴、Y轴坐标值，行车开始自动作业后，在渣池内按设定路线开始依次抓取，池内所有区域都抓取一斗为一个循环，该循环最后一个区域抓取完毕后重新按设定路线继续下一循环；

2)当准备抓取目标区域时，将该X、Y轴的目标地址与行车大梁16、行车小车17的实际地址进行比较，从而得出大车行走电机14、行车小车行走电机15是正向运行还是反向运行；根据目标地址与实际地址的差值大小，PLC2输出给变频器不同的频率，控制行车的运行速度；

3)抓斗21从高位开始下降到池内抓料，抓料后再上升到高位，属于一个升降周期；在这个过程中，通过增量编码器A5的脉冲值计算抓斗21的实际高度，传送给大车行走变频器9、小车行走变频器10，大车行走变频器9、小车行走变频器10调整输出频率，消除抓斗21摆动幅度；在每个周期内，限位凸轮25会被触发一次，对抓斗21高度进行校验矫正；

4)开闭电机7和提升电机4采用主从方式和力矩控制模式，将开闭变频器6做为主机，提升变频器3做为从机，开闭变频器6的力矩通过通讯发送给提升变频器3，提升变频器3以一定的百分比运行，保持提升绳22和开闭绳23同时受力，提升速度一致；利用超载限制器13检测抓斗21在空中时的净重量，当抓斗21下降但没接触渣面时，检测重量不发生变化，抓斗21接触水渣表面的过程中，超载限制器13检测的抓斗21重量会逐渐变为零，则可以 知道抓斗21已经接触渣面了；此时通过增量编码器A5记录的抓斗21高度计算离池底距离，就能判断该区域的渣子还剩余多少、在下一循环中是否还需要到该区域进行抓渣作业；在计算机1中，若设置检测的抓斗21重量变为零时抓取，则能抓取最大的渣量，若设置检测的抓斗21重量变为净重量的0-100％某一百分比时抓取，则抓取的渣量会减少。通过此种原理，可控制每次抓斗21抓取的渣量，防止超载；抓斗21下降，当抓斗21下降到接触渣面后，开始抓料；若抓斗21下降到设定低位，超载限制13器仍然检测到有重量，表明该区域抓完这一斗后，将没有渣子了，做空位标记，下一循环，将跳过该区域；抓斗21下降到设定的低低位，超载限制器13仍然检测到有重量，表明该区域的渣子很少，不够半斗，触发并沙功能。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。