抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统及方法与流程

1.本发明涉及散料码头抓斗卸船机设备领域，具体而言，尤其涉及一种抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统及方法。


背景技术：

2.抓斗卸船机的起升、开闭机构是其最重要的两个运行机构，其钢丝绳的损耗也最为严重，以2000t/h抓斗卸船机为例，其起升、开闭钢丝绳的平均寿命大概在作业300万吨物料左右。断绳事故一旦发生，会导致设备停机，同时也会产生抓斗失控碰撞等风险。目前，起升、开闭钢丝绳断绳检测普遍采用人工巡检的方式进行检测，效率低下。因此急需一种可靠的抓斗卸船机起升开闭机构断绳在线检测系统，以保证抓斗卸船机运行的安全、可靠。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术的不足，本发明提供一种抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统及方法，通过配置超声波传感器、rfid检测装置以及编码器的方式，对起升、开闭钢丝绳的运行状态进行检测，一旦出现断绳故障，检测系统发出故障告警信号，从而实现抓斗卸船机起升、开闭机构断绳检测的功能。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统，包括：
6.设置于抓斗卸船机主小车区域的钢丝绳状态检测单元，所述钢丝绳状态检测单元用于实时检测起升、开闭钢丝绳是否滑轮槽内运行，以及小车上主滑轮的运行转速；
7.设置于机房内起升、开闭卷筒端部的卷筒运行状态检测单元，所述卷筒运行状态检测单元用于检测钢丝绳卷筒运行转速；
8.设置于plc室内的主plc控制单元，所述主plc控制单元用于接收所述钢丝绳状态检测单元和卷筒运行状态检测单元检测的状态数据并基于所述状态数据给出断绳故障告警；
9.所述钢丝绳状态检测单元与卷筒运行状态检测单元分别通过总线与主plc控制单元连接。
10.进一步地，所述钢丝绳状态检测单元包括超声波传感器、rfid检测装置及编码盘、通讯模块、di模块、无线传输装置以及蓄电池；
11.所述超声波传感器安装于主小车架上主滑轮绳槽处，用于检测起升、开闭钢丝绳是否在滑轮绳槽内运行；
12.所述rfid检测装置安装于主小车架上主滑轮侧壁，其编码盘于主滑轮侧壁环绕一周安装，在主滑轮转动的过程中，rfid检测装置通过读取其编码盘数据，用以测量主滑轮转速；
13.所述通讯模块安装于主小车架上的电控箱内，用于接收所述rfid检测装置的测量的数据；
14.所述di模块安装于主小车架上的电控箱内，用于接收所述超声波传感器的数据；
15.所述无线传输装置安装于主小车架上的电控箱内，用于实现同主plc控制单元之间的数据通讯；
16.所述蓄电池安装于主小车架上的电控箱内，用于上述电气元件的供电。
17.进一步地，所述卷筒运行状态检测单元包括四组绝对值编码器及其安装支架，其中四组绝对值编码器分别为起升海侧卷筒绝对值编码器、起升陆侧卷筒绝对值编码器、开闭海侧卷筒绝对值编码器以及开闭陆侧卷筒绝对值编码器。
18.进一步地，所述主plc控制单元包括plc模块、通讯模块以及无线接收装置。
19.一种抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测方法，基于上述任意一项所述抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统实现，所述方法包括以下步骤：
20.s1、控制所述起升开闭机构断绳检测系统与抓斗卸船机同步运行；
21.s2、主plc控制单元分别对钢丝绳断绳检测单元及卷筒运行状态检测单元的检测数据进行接收和运算分析，包括：
22.主plc控制单元对钢丝绳断绳检测单元中的四组超声波传感器信号进行实时检测，当任意一组超声波传感器信号出现变化，判定为钢丝绳断绳后抽出，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行；
23.主plc控制单元同时接收钢丝绳状态检测单元中四组rfid检测装置及卷筒运行状态检测单元中四组绝对值编码器的实时数据，将二者的数据进行换算、对比分析，一旦发现rfid所反馈的主滑轮运转速度与绝对值编码器所反馈的卷筒运转速度的比值低于设定阈值，判定钢丝绳出现断绳现象，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行。
24.进一步地，一旦发现rfid所反馈的主滑轮运转速度与绝对值编码器所反馈的卷筒运转速度的比值低于设定阈值，判定钢丝绳出现断绳现象，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行，包括：
25.根据以下公式判断钢丝绳为正常状态：
26.k0《(r
01
*ω
01
)/(r
00
*ω
00
)《100％；
27.根据以下公式判断钢丝绳为断绳状态：
28.(r
01
*ω
01
)/(r
00
*ω
00
)《＝k0；
29.其中，r
01
为小车上主滑轮半径，ω
01
为rfid检测装置所反馈的主滑轮运行角速度，r
00
为机房内钢丝绳卷筒半径，ω
00
为绝对值编码器所检测的卷筒运行角速度，k0为断绳故障告警阀值，当计算比值小于断绳故障告警阀值时，判断为主滑轮因断绳故障无法跟随卷筒转动，发出断绳故障告警信号。
30.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
31.1、本发明应用于散料码头抓斗卸船机设备上，通过配置超声波传感器、rfid检测装置以及编码器的方式，对起升、开闭钢丝绳的运行状态进行检测，一旦出现断绳故障，上述检测系统发出故障告警信号，从而实现抓斗卸船机起升、开闭机构断绳检测的功能。
32.2、本发明采用自动化检测方式代替人工巡检，提升检测效率，且检测功能稳定可靠，提升了设备的安全性和实用性。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明起升开闭机构断绳检测系统结构示意图。
35.图2为本发明钢丝绳断绳检测单元电路连接图。
36.图3为本发明卷筒运行状态检测单元电路连接图。
37.图4为本发明主plc控制单元电路连接图。
38.图5为本发明起升开闭机构断绳检测系统检测装置布置图。
39.图6为本发明起升开闭机构断绳检测装置控制流程图。
40.附图标号：1、钢丝绳断绳检测单元；101、超声波传感器；102、rfid检测装置及编码盘；103、通讯模块；104、di模块；105、无线传输装置；106、蓄电池；2、主plc控制单元；201、plc；202、dp通讯模块；203、无线接收装置；3、卷筒运行状态检测单元；301、起升海侧卷筒绝对值编码器；302、起升陆侧卷筒绝对值编码器，303、开闭海侧卷筒绝对值编码器；304、开闭陆侧卷筒绝对值编码器；a01、开闭钢丝绳1；a02、起升钢丝绳1；a03、开闭滑轮；a04、起升滑轮；a05、超声波传感器；a06、主小车；a07、开闭钢丝绳2；a08、起升钢丝绳2；a09、电控箱；a10、rfid检测装置及编码器；a11、机房开闭卷筒；a12、机房起升卷筒；a13、绝对值编码器；a14、抓斗。
具体实施方式
41.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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，本发明提供了一种抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统，由钢丝绳状态检测单元、卷筒运行状态检测单元以及主plc控制单元三部分组成。其中钢丝绳状态检测单元设置于抓斗卸船机主小车区域，用于实时检测起升、开闭钢丝绳运行状态及小车上主滑轮运行状态，即实时检测起升、开闭钢丝绳在滑轮槽内运行，以及检测主滑轮运行转速。卷筒运行状态检测单元设置于机房内起升、开闭卷筒端部，用于检测钢丝绳卷筒运行状态，即检测卷筒运行转速。主plc控制单元设置于plc室内，用于采集数据并进行算法分析，及时给出断绳故障告警。钢丝绳状态检测单元由超声波传感器、rfid检测装置及编码盘、通讯模块、di模块、无线传输装置、蓄电池组成。卷筒运行状态检测单元由四组绝对值编码器及其安装支架组成。主plc控制单元由plc模块、通讯模块、无线接收装置组成。钢丝绳状态检测单元、卷筒运行状态检测单元与主plc控制单元之间通过profibus dp总线进行连接。
44.本发明还给出了一种基于上述起升开闭机构断绳检测系统实现的抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测方法，包括以下步骤：
45.s1、操作人员于司机室联动台处操作抓斗卸船机时，起升开闭机构断绳检测功能自动激活。
46.s2、主plc控制单元在收到起升开闭机构断绳检测功能激活指令后，依次对钢丝绳断绳检测单元及卷筒运行状态检测单元的检测数据进行接收和运算分析。具体包括：
47.s201、主plc控制单元对钢丝绳断绳检测单元中的四组超声波传感器信号进行实时检测，该信号一旦出现变化，判定为钢丝绳断绳后抽出，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行。
48.s202、主plc控制单元同时接收钢丝绳状态检测单元中四组rfid检测装置及卷筒运行状态检测单元中四组绝对值编码器的实时数据，将二者的数据进行换算、对比分析，一旦发现rfid所反馈的主滑轮运转速度与绝对值编码器所反馈的卷筒运转速度的比值低于设定阈值，判定钢丝绳出现断绳现象，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行。具体判断公式如下：
49.钢丝绳正常状态判断公式：k0《(r01*ω01)/(r00*ω00)《100％；
50.钢丝绳断绳状态判断公式：(r01*ω01)/(r00*ω00)《k0；
51.其中r01为小车上主滑轮半径，ω01为rfid检测装置所反馈的主滑轮运行角速度，r00为机房内钢丝绳卷筒半径，ω00为绝对值编码器所检测的卷筒运行角速度，k0为断绳故障告警阀值，当计算比值小于断绳故障告警阀值时,判断为主滑轮因断绳故障无法跟随卷筒转动，发出断绳故障告警信号。
52.s3、主plc控制单元在抓斗卸船机运行过程中，实时采用s2中的检测方式进行检测直至卸船作业完成，以实现起升开闭机构断绳检测功能，保证设备运行安全、稳定。
53.下面通过具体的应用实例，对本发明的方案和效果做进一步说明。
54.抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统如图1所示，由钢丝绳断绳检测单元1、主plc控制单元2以及卷筒运行状态检测单元3组成。
55.钢丝绳断绳检测单元1由安装于主小车上的超声波传感器101、rfid检测装置及编码盘102、通讯模块103、di模块104、无线传输装置105以及蓄电池106组成。其中超声波传感器数据101接入di模块104、rfid检测装置102数据接入通讯模块103，单元内部检测数据汇总后采用profibus dp总线协议经无线传输至主plc控制单元2，具体连接方式如图2。
56.卷筒运行状态检测单元3由安装于机房内起升、开闭卷筒端部的四组绝对值编码器装置组成，其数据采用profibus dp总线协议经profibus dp总线电缆传输至主plc控制单元2，具体连接方式如图3。
57.主plc控制单元2由安装于plc室内的plc201、dp通讯模块202以及无线接收装置203组成。其中plc201用于起升开闭机构断绳检测功能控制，dp通讯模块202和无线接收装置203用于plc与钢丝绳断绳检测单元u1、卷筒运行状态检测单元u2的profibus dp协议数据通讯，具体接线方式见图4。
58.起升开闭机构断绳检测功能激活后，主plc控制单元2依次对钢丝绳断绳检测单元1及卷筒运行状态检测单元3的检测数据进行接收和运算分析。当出现超声波传感器信号变化、主滑轮运转相对于卷筒运转出现异常等状况时，主plc控制单元发出断绳故障告警，及
时中断主机构动作，避免抓斗失控碰撞事故的发生。
59.本技术可实现抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测功能，及时发出断绳故障告警，保障设备安全、稳定的运行。提高了设备的智能化水平，并在一定程度上降低了操作人员和码头运营维护人员的劳动强度。
60.如图5所示为装置布置位置示意图，由图可知超声波传感器安装于主小车架上主滑轮绳槽附近，用于检测起升、开闭钢丝绳是否在滑轮绳槽内运行。rfid检测装置安装于主小车架上主滑轮侧壁附近，其编码盘于主滑轮侧壁环绕一周安装，在主滑轮转动的过程中，rfid检测装置通过读取其编码盘数据，用以测量主滑轮转速。此外，通讯模块安装于主小车架上的电控箱内，用于接收上述rfid检测装置的数据。di模块安装于主小车架上的电控箱内，用于接收上述超声波传感器的数据。无线传输装置安装于主小车架上的电控箱内，用于实现同主plc控制单元之间的数据通讯。蓄电池安装于主小车架上的电控箱内，用于上述电气元件的供电。
61.以双前出绳的抓斗卸船机为例，对其起升开闭机构断绳检测功能进行说明。控制流程如图6所示：抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测功能激活后，主plc控制单元对钢丝绳断绳检测单元中的四组超声波传感器信号进行实时检测，若该信号出现变化，判定为钢丝绳断绳后抽出，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行，避免抓斗失控碰撞事故的发生。若超声波传感器信号正常，主plc控制单元进而对钢丝绳状态检测单元中四组rfid检测装置及卷筒运行状态检测单元中四组绝对值编码器的数据进行实时检测，将二者的数据进行换算、对比分析，一旦发现rfid所反馈的主滑轮运转速度与绝对值编码器所反馈的卷筒运转速度的比值低于设定阈值，判定钢丝绳出现断绳现象，立即发出断绳故障告警，及时中断相应主机构运行。若检测结果均无异常，主plc控制单元重复进行上述检测，直至抓斗卸船机卸船作业完成。
62.本发明提供的抓斗卸船机起升开闭机构断绳检测系统及方法，可实现对起升、开闭钢丝绳断绳故障的快速检测，极大增强了抓斗卸船机运行的安全性，同时也为码头节省了大量人工巡检所需成本。
63.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。