CN105967070A

CN105967070A - 一种用于冷轧厂的自动化搬运设备

Info

Publication number: CN105967070A
Application number: CN201610537905.1A
Authority: CN
Inventors: 刘岩增
Original assignee: DALIAN BAOXIN LIFTING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DALIAN BAOXIN LIFTING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-07-10
Filing date: 2016-07-10
Publication date: 2016-09-28

Abstract

一种用于冷轧厂的自动化搬运设备，包括夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备、主机PLC、防摇设备、起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备、地面远程控制设备；主机PLC包括CPU、通讯模块、通讯模块、通讯模块；夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备与主机PLC的CPU相连；起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备与主机PLC的通讯模块相连；地面远程控制设备与主机PLC的通讯模块相连；防摇设备与主机PLC的通讯模块相连。

Description

一种用于冷轧厂的自动化搬运设备

技术领域

本专利涉及一种用于冷轧厂的自动化搬运设备。

背景技术

目前在钢铁企业正在兴起一股自动化更新改造的热潮。主要是因为目前人力成本越来越高，安全要求越来高，人员操作常常会因为疲劳、操作不当、疏忽大意而造成的生产事故，虽然屡次强度安全生产，但是生产事故还是频频发生，其中认为因素占有绝大部分的比例。这给钢铁企业造成的损伤居高不下。在钢铁企业的冷轧厂，通常每个车间只生产一个系列的产品，产品规格单一，所以所用的起重机通常也是有规律的进行产品搬运工作，所以非常适合进行自动化地改造。生产线中的起重机虽然工作单一，但工作强度很高，常常会因为操作人员的疲劳导致生产事故发生，在进行自动化改造后，不仅可以节省大量人力，大幅度降低人力的工作强度，同时也可以大幅度提高生产效率。

专利内容

为了解决上述问题，本专利提供一种有效地解决方案，在冷轧厂的起重机上安装自动化搬运设备，实现起重机的无人值守的全自动化搬运，将节省大量人力，大幅度降低人力的工作强度，同时也可以大幅度提高生产效率。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：该自动化搬运设备包括夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备、主机PLC、防摇设备、起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备、地面远程控制设备；主机PLC包括CPU、通讯模块1、通讯模块2、通讯模块3；夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备与主机PLC的CPU相连；起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备与主机PLC的通讯模块1相连；地面远程控制设备与主机PLC的通讯模块2相连；防摇设备与主机PLC的通讯模块3相连。

冷轧厂传统起重机均由人员操作，主要负责轧线的物料上线和下线和产品入库和出库。由于现场工况复杂，设备繁多，所以还需要一个地面指挥人员负责指挥起重机的操作，不仅增加了人员成本同时无法保证人身安全。本专利将解决这一问题，实现一种全自动化的起重机设备控制***。

传统起重机的每个机构的驱动方式种类繁多，有绕线电机切电阻控制、调压调速控制、变频调速控制等等，每种控制方式或基于成本或基于性能都有各自的优缺点，但是自动化起重机只能采用变频控制***。传统起重机也有很多采用了变频调速驱动，但只有起升机构采用了转速闭环矢量控制，而平移机构不仅未采用速度闭环控制，同时还采用了一台变频器驱动多台电动机的方案。这种控制方案在人工操作时可以满足生产需求，但在自动化控制时就无法满足要求了，主要是自动化起重机需要精确定位和精确的速度控制，在速度开环控制和一拖多的控制方式都不能实现电动机的精确速度控制。本专利采用了一对一的驱动控制方式，同时每台电动机都采用了增量编码器作为速度反馈，实现了速度矢量闭环控制。该方式不仅可以实现每台电动机的精确速度控制，同时还可以对小车和大车机构进行精确的偏斜控制，也提供了更快的加速度响应，这对于后面叙述的电子防摇***是非常有益的。

传统起重机只能单机人工操作，对于冷轧厂众多起重机，地面人员是无法了解每台起重机的工作状态和工作位置的，也无法了解每台起重机的当前工作任务，对于整体的统筹规划，提高生产效率来说这是一个死去。本专利引入了无线通讯、远程监控***。通过无线以太网设备将冷轧厂诸多起重机全部通过无线以太网连接到地面中控室，在地面中控室设置数据服务器，同时采集每台起重机的状态数据、位置数据等信息。另外还设置监控终端设备，通过HMI人机界面以图形、文字、动画的形式体现每台起重机的状态数据、实时位置、工作任务等诸多信息。另外也提供多种故障预警、报警、故障检索、故障排查向导等诸多功能。地面监控人员可以通过监控终端设备对起重机进行远程控制，下发工作指令，实现起重机的自动运行功能。

传统起重机由于人工控制，所以对起重机吊具的摇摆没有专门的设备进行控制，完全由操作人员凭经验控制，虽然能够满足生产需求，但对对面设备，搬运的物料、产品都造成碰撞安全隐患。吊具的晃动不可控也威胁到地面的指挥人员的人身安全。本专利为解决该问题，引入了电子防摇***，通过在小车盘下面安装摄像头，在吊具上安装反射板的方式采集起重机吊具的左右、前后四个方向的晃动偏移量和晃动周期，通过电子防摇***集成的PLC来计算对应的大车机构和小车机构的运行加速度，再将该数据发送到起重机的PLC中，由起重机PLC根据该数据调整驱动设备的运行加速度，从而实现吊具的防摇和消摆功能。

地面HMI可以进行数据设置和画面显示，工作人员通过地面HMI进行自动化参数设置，地面HMI将参数设置传递到地面数据服务器中，地面数据服务器根据自动化参数和数据库数据信息，通过地面无线通讯设备将控制数据发送到机上无线设备，机上无线设备在接收到这些数据后，通过通讯模块2传递到主机PLC的CPU中。CPU根据参数和指令，直接控制夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备实现起重机的夹钳开闭、旋转，起升的升降、小车和大车的移动。这些设备在运行同时也将其本身的运行数据(包括大连、电压、速度)反馈给CPU。在设备运行过程中，起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备将进行各个设备的位移测量，并将测量数据通过通讯模块1反馈给CPU。而防摇设备在此过程中将实时检测设备的摇摆状态，计算出各个大车和小车机构的运行加速度，然后通过通讯模块3将该数据反馈给CPU。CPU会根据各个通讯模块反馈的数据实时调整各个驱动设备的速度，最终到达目标位置后停止。在运行过程中CPU也将实时的通过通讯模块2以及机上无线设备将CPU得到的反馈数据发送到地面远程控制设备上，远程控制会根据这些数据进行运算，并存储到数据库中，地面HMI也会将运算后的数据实时显示在画面上。地面数据服务器将根据这些数据调整起重机的作业计划。

本专利的有益效果是实现了起重机操控人员减少，大幅度降低了人员成本和人身伤亡的事故率，大幅度降低人员的工作强度，同时也可以大幅度提高生产效率。

附图说明

图1是本专利的***框图。

图2是本专利的驱动设备结构图。

图3是本专利的无线通讯结构图。

图4是本专利的防摇设备结构图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本专利的具体实施例。

实施例：

图1是本专利的***框图。本专利主要由夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备、主机PLC、防摇设备、起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备、地面远程控制设备构成。其中主机PLC包括CPU、通讯模块1、通讯模块2、通讯模块3。冷轧厂主要以冷轧钢卷为主，所以冷轧厂起重机将配备钢卷夹钳来搬运钢卷产品。主机PLC的CPU采用西门子S7-300系列的S7315-2DP型号的CPU，夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备均采用Profibus通讯方式连接到CPU，实现CPU多设备的驱动控制。通讯模块1是扩展Profibus模块，起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备均采用Profibus通讯方式与主机PLC的通讯模块1连接，实现CPU对定位设备的数据采集。通讯模块2是以太网扩展模块，地面远程控制设备通过无线以太网与通讯模块2连接，实现CPU的无线数据通讯。通讯模块3是扩展Profibus模块，防摇PLC为西门子专用防摇***的PLC，该PLC也是采用Profibus通讯，为了保证防摇***的可靠工作，所以采用独立的一路Profibus模块实现主机PLC和防摇PLC的数据交换。

图2是本专利的驱动设备结构图。驱动设备由变频器、电动机、速度反馈编码器组成。电动机和速度反馈编码器均连接到变频器；电动机与编码器同轴连接。变频器通过速度反馈编码器与电动机实现速度闭环矢量控制***。自动化起重机要求响应快，速度控制精确，所以必须采用变频驱动控制，同时电动机也必须采用加装脉冲编码器实现变换矢量控制。图2中驱动设备为U1，为ABB的变频器，M01为电动机，B01为与电动机同轴连接的脉冲编码器，B01、M01及U1组成了电动机的速度闭环矢量控制***。B01反馈电动机的实际转速给变频器U1，U1将根据B01的转速，实时调整输出频率，控制电动机的转速，从而保证电动机的实际转速与PLC的给定速度严格保持一致。变频器采用Profibus方式与主机PLC通讯。Q10是刀熔开关，实现变频器的过流保护。由于要求采用速度闭环矢量控制，所以每个电动机必须独立配置一台变频器，不可以多台电动机共用一台变频器，否则无法实现精确的速度闭环矢量控制。

图3是本专利的地面远程控制设备结构图。地面远程控制设备由机上无线通讯设备、地面无线通讯设备、数据服务器、HMI设备构成。地面无线设备和HMI设备均通过以太网方式连接到数据服务器；机上无线通讯设备与地面无线通讯设备通过无线以太网方式相连。数据服务器负责整个自动化***的控制工作，HMI设备负责对起重机数据和自定义运行数据的显示，同时通过人机接口，实现人员对自动化控制***的调整。

图中1为主机PLC，2为以太网总线、3是机上无线通讯设备、4是地面无线通讯设备、5是数据服务器、6是地面HMI。机上无线通讯设备(3)通过以太网(2)与主机PLC(1)实现数据通讯。机上无线通讯设备(3)和地面无线通讯设备(4)通过无线以太网的方式建立无线通讯。然后地面无线通讯设备(4)和地面HMI设备(6)都通过以太网与数据服务器(5)连接，从而完成机上和地面的数据网络的连接。

图4是本专利的防摇设备结构图。防摇设备包括PLC、摄像头、反射板。摄像头与PLC相连；反射板安装于吊具上，摄像头安装于小车盘下，摄像头通过采集反射板的运动状态计算出吊具的前后、左右四个方向的偏移量和运动周期，然后将该数据发送给PLC，PLC根据这些数据计算出小车和大车需要的运行加速度。图中7是防摇PLC，8是光纤网络，9是摄像头，10是防摇反射板。摄像头(9)采集防摇反射板(10)的图像，根据图像中反射板(10)的角度计算起重机的摇摆偏移量和周期，然后将摇摆偏移量和周期通过光纤网络传递到PLC(7)中，PLC(7)分析来自摄像头(9)的测量数据，计算出小车和大车的运行加速度，通过Profibus方式将加速度传递到主机PLC中，主机PLC再根据这些数据调整大车和小车的运行速度，从而实现起重机防摇和消摆功能。

Claims

1.一种用于冷轧厂的自动化搬运设备，其特征在于：该自动化搬运设备包括夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备、主机PLC、防摇设备、起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备、地面远程控制设备；主机PLC包括CPU、通讯模块、通讯模块、通讯模块；夹钳控制设备、起升驱动设备、小车驱动设备、大车驱动设备与主机PLC的CPU相连；起升定位设备、小车定位设备、大车定位设备与主机PLC的第一通讯模块相连；地面远程控制设备与主机PLC的第二通讯模块相连；防摇设备与主机PLC的第三通讯模块相连；

所述的驱动设备由变频器、电动机、速度反馈编码器组成；电动机和速度反馈编码器均连接到变频器；电动机与编码器同轴连接；变频器通过速度反馈编码器与电动机实现速度闭环矢量控制***；

所述的远程控制设备地面远程控制设备由机上无线通讯设备、地面无线通讯设备、数据服务器、HMI设备构成；地面无线设备和HMI设备均通过以太网方式连接到数据服务器；机上无线通讯设备与地面无线通讯设备通过无线以太网方式相连；

所述的防摇设备包括PLC、摄像头、反射板；摄像头与PLC相连；反射板安装于吊具上，摄像头安装于小车盘下，摄像头通过采集反射板的运动状态计算出吊具的前后、左右四个方向的偏移量和运动周期，然后将该数据发送给PLC，PLC根据这些数据计算出小车和大车需要的运行加速度。