智能起重机方案描述及技术特征说明

 

  智能起重机技术方案及说明 节能措施  整机驱动采用变频调速可提高整个系统的功率因数，使电能的有功功率增加。  抓斗采用电磁阀控制张开闭合，有效的减少了液压电机的启动次数，降低了液压电机 的能耗；并且在程序中还设置了抓斗电机廷时5秒停止的功能，既可以保证抓斗放料 的快速，防止料口搭桥，有可以减少液压电机的启动次数，降低能耗。  抓斗自动深抓功能，增加了每次抓取的抓满率，使在每次的操作更加高效，不浪费就 是最大的节能！  多次放料，防止“搭桥”，保证整个系统稳定可靠运行，减小了人工用工成本。智能起重机  具有就地触摸屏故障自诊断和远程诊断技术，大大缩短了设备的维修保养周期，减小 了劳动轻度，减少了人工用工成本。方案描述 主梁桥架 主梁为焊接箱型梁设计。主梁架的材料用 Q345-B 制造。合适位置的全长度隔板保证 大梁方形与腹板加劲。机械应力按照 FEM 标准 8 级计算。主腹板应8mm，翼缘板和腹板 在拼接时，进行超声波探伤，在动态全额负载下挠度不超过跨度1/1000。 起重机主梁设有防震照明灯、 安全检修电源、 行车报警电铃等。 桥架设置维修平 台，即桥式起重机走台及栏杆。所有栏杆为三道横栏杆，高度 1100mm，并有相应的护脚 板。 大车端梁 大车端梁采用主、端梁采用不等高形式，增强起重机结构的抗剪性，容易安装、运输， 同等高度的大车轨道梁，该结构可更加有效的利用起重机的下方空间。 端梁为由中国标准的 Q345-B 的钢板焊接而成，两端各有一个路轨清扫装置端梁配备 脱轨/轮损坏保护装置。 端梁采用“月牙型”结构，一次性整体镗孔，保证大车驱动的安装精度。 该结构使大车车轮对土建承轨梁的单轮最大集中轮压减小 50%，降低起重机整机高度，可 节约垃圾仓的土建投资。 大车运行机构 三合一驱动结构图 大车驱动为进口的三合一驱动机构，该驱动与铰接式端梁配合形成四角驱动方案，使 桥架每个角都有主动轮驱动，可有效缓解“啃轨”现象。与其它驱动形式相比，传动精度 高，噪音底，构造简单，重量轻，密封性好，寿命长，免维护。起重机大车单侧有八个车 轮。 大车车轮采用ZG50SiMn合金铸钢制造，配有调心滚子轴承，具有更强的承载能力和使 用寿命。 大车制动主要有电气制动实现，机械制动只有在运行速度小于额定速度的 3﹪时才动 作，保证了大车运行的平稳、减小机械制动时对刹车盘的过度磨损。同时驱动减速机还带 有手动刹车释放功能，方便维修维护时的手动操作。 起升机构 起升小车是按照我公司独特设计的结构，其构造专为高容量的垃圾搬运而设计。 四吊点、双卷筒、“V”字型防摆设计！其全部机构采用国、内外最先进的产品。 称重传感器：在小车的四个车轮上方，安装有四个托利多称重传感器并配有托利 多精密仪表，使整小车的重量完全作用于四个传感器上，传感器配置有精密信息电源， 令整个称重系统具有很高的精确度、稳定性和实时性，称重精度优于1% 结构如下图 减速器与联轴器：起升机构配有两个QY硬齿面减速器,采用特重级工作制下常用的三 支点形式，运转平稳，使用寿命长。起升电机与减速器与德国 KTR 公司生产的联轴器联接 如下图。 起升电机：为起重专用变频电机，F 级绝缘及 IP55防护等级外壳。电机配备有温度传 感器。一旦过热会传输信号给操作台上的警铃。一个独立、连续操作（或热敏控制）的外 设强制性风扇向电机提供循环冷空气。 双起升卷筒：采用成双的高强度钢板焊接而成，耐磨性能优越 ，适用于垃圾吊的频繁运 行工况，将抓斗电缆与钢丝绳共同放置在其中一个卷筒上面，这样即保证了抓斗电缆和钢丝绳 的绝对同步，又保证了 4 根钢丝绳具有良好的抓斗旋转自恢复性和抓斗防晃动性，同时减轻整 个起重机的自重。 起升钢丝绳：分别采用 左旋和右旋方向的意大利镀锌钢丝绳，可有效防止抓斗的自身旋 转。钢丝绳长度满足在最大起吊高度时，吊绳在卷筒上还留有不少于 5 圈。 英国布顿钢丝绳 抗拉强度 2160N/mm2 钢丝绳寿命 5年（工作级别A8） 表面处理 镀锌 免维护 国产钢丝绳 1770N/mm2（（破断力） NAT6×19W-FC-1770 2～3年 无处理 需涂防锈油 重级制导绳器：用于卷筒全长范围，使绳索在起升时得以正确地导入滚筒槽，一旦钢丝绳 跳出滚筒槽时会有警告信号，并停止提升运行。如下图所示 起升钢丝绳：分别采用 左旋和右旋方向的镀锌钢丝绳，可有效防止抓斗的自身旋转。钢 丝绳长度满足在最大起吊高度时，吊绳在卷筒上还留有不少于 5 圈。配套采用深槽卷筒，防 止钢丝绳脱槽。 起升制动器：起升机构配备双闸瓦电动推杆式制动器。该制动器将额定最少 200﹪满负荷 电动机转距。且采用双制动器-带手动释放功能。制动器具有磨损自动补偿功能，无需人工调 整，直至更换磨擦片。 小车运行机构 小车驱动为进口的三合一驱动机构，该驱动端梁配合形成两侧驱动方案，使桥架每个 侧都有主动轮驱动，可有效缓解“啃轨”现象。与其它驱动形式相比，传动精度高，噪音 底，构造简单，重量轻，密封性好，寿命长，免维护。 小车车轮采用ZG50SiMn合金铸钢制造，配有调心滚子轴承，具有更强的承载能力和使 用寿命。 小车制动主要有电气制动实现，机械制动只有在运行速度小于额定速度的 3﹪时才动 作，保证了大车运行的平稳、减小机械制动时对刹车盘的过度磨损。同时驱动减速机还带 有手动刹车释放功能，方便维修维护时的手动操作。 电气综述 库区基本情况介绍 1) 配套全自动无人值守操作控制系统； 当自卸汽车在卸料进料时，要求控制系统具备自动识别功能，自动控制抓斗不在卸料区域 抓料，防止抓斗被物料掩埋或与卸车碰撞设备现状 2 台抓斗行车为新制造的桥式起重设备，跨度 29.5 米，最大起升高度 15 米，配 4m³容量 的液压抓斗。 整体方案 鉴于技术的进步及当前水泥行业生产发展的需要，新建 2 台行车均为无人值守的抓斗行 车，在中控室合适位置放置 1 台远程监控台，及相关的视频存储设备、任务服务器、任务处理 终端、视频通讯和解码设备，远程操作人员可在远程监控台上进行设备运行指令的操作，用于 实现设备现场的自动化运行。 执行标准 工程所涉及的设计制造均遵下列国际通用标准： FEM 欧洲搬运工程学会------钢结构/机构 IEC 国际电工委员会标准-----电气 AWS 美国焊接协会 ISO 国际标准化组织 SIS 瑞典国家标准 DIN 德国工业标准 GB3811-2005 抓斗行车设计规范 GB6067-2010 抓斗行车械安全规程 主要技术指标和说明 序号 分项功能 技术规格指标 1 通讯系统 丢包率不大于 3%。 2 视频系统前端 全部视频摄像机采用数字式摄像头，监控视频质量 达到 720P(1280×720)或以上。合理布置摄像头位置， 确保满足设备视频监控及远程控制系统需要。 3 视频系统后端 视频实际存储容量大于 7 天，扩展保留 15 天以上容 量接口，可在远程查看调用。 4 大车定位 大车自动定位在定位侧精度要求±50mm 以内。 5 小车定位 小车自动定位精度要求±50mm 以内。 6 起升定位 起升自动定位精度±100mm 以内。 基本作业流程 作业指令类型 物料需求指令为手动输入形式，包含作业设备、物料种类、操作种类（进料/移料/出料）， 预留自动指令接口； 联合储库每个料池分为三个区域：进料区、储存区和出料区； 进料：物料由进料口（拖车进料口或皮带输送口）进入进料区； 出料：物料由其他区（进料区或储存区）移至出料区； 移料：物料由进料区或储存区移至储存区指定位置； 进料区根据料位设置高料位和低料位：料位高于高料位，停止进料、及需合适时间对进料 口移料；料位低于低料位，允许进料、禁止行车对进料口移料； 自动作业流程 智能化行车自动作业流程如下： （1）根据中控室 DCS 监控中心数据，手动输入物料需求至综合管理系统（水泥厂管理系 统 ICCS），物料需求需包含以下信息（作业设备、所需物料、所需操作－进料/出料/移料、所 需数量-需循环作业次数/重量）。 （2）水泥厂管理系统 ICCS 根据库区物料分布检测系统的数据以及库区起重设备的位置或 人为设置区域，给指定起重设备发出作业指令（如：从一个目标位置（大车位置、小车位置、 物料高度）抓物料去下一个目标位置（大车位置、小车位置、物料高度）。 （3）起重设备根据指令自动跑大车、小车运行到第一个目标位置（大车、小车自动运行 到位，抓斗处于安全停止位置）。 （4）当大车、小车机构行走到位后，抓斗自动下降开闭斗进行物料抓取。 （5）抓取物料后抓斗自动上升到安全高度，大车、小车自动运行到下一个目标位置。 （6）抓斗运行到目标位置，自动开闭斗放料完成后，抓斗自动执行下一条作业指令。 （7）重复（2）、（3）、（4）、（5）、（6）步，直到完成第（1）步作业指令。 （6）本条任务完毕，等待下一条物料需求。 备注：自动作业出现异常情况，则行车设备停止工作并报警。 系统结构及功能 本次智能抓斗行车系统分为无人化控制中心系统、自动控制系统、视频系统、通讯系统、 安全保护系统五大部分。 无人化控制中心 改造完成后，库区内抓斗行车的远程控制都部署在远程控制中心内（远程程控制中心可安 排在中控室内）。远控中心由水泥厂管理系统 ICCS、通讯系统、远程监控台、视频系统后端、 服务器柜组成。稳定可靠的无人化控制中心，是保证整个库区安全高效作业的关键。 无人化控制中心工程包含水泥厂管理系统 ICCS、通讯系统、远程监控台、视频系统后端、 服务器柜等。 水泥厂管理系统 水泥厂管理系统 ICCS 是一个功能齐全的远程控制系统；包含各种自定义的参数设置，即 使工作环境发生改变，可以通过修改系统的参数，使得设备正常工作，不影响正常作业；系统 配备了设备监控以及整场监控功能，可以随时了解设备的状态和库区物料的堆放情况，使得作 业过程更加直观，更加高效，另外系统界面整体设计简洁，功能完善，操作时更加便捷。 作业列表操作：包括作业指令的新增、修改、删除、激活、暂停、作业优先级调整以及作 业指令进度查看。 附图：作业列表 设备监控：监控行车、大小车设备状态，以及暂停功能； 设备指示灯状态：红灯表示停止，绿灯表示运行。 人工控制：提供人工手动控制功能 历史任务查询：提供历史任务查询功能 无人化控制中心通讯系统 无人化控制中心通讯系统以核心交换机为中心，将远控中心监控台、视频系统、服务器等 设备连接起来，并通过光缆地面库区和抓斗行车通讯。系统核心交换机也是整个视频系统控制 和管理的中枢部分，每个抓斗行车上，所有与当前操作相关的实时视频信号、每个监控台的视 频解码服务器都连接在该交换机上。 需要接入的设备包括：ICCS 服务器、监控台 PLC 系统、视频解码服务器、视频切换服务 器。 抓斗行车上通信包括机上 PLC 系统与抓斗行车各检测设备、传感器的通信；视频系统的前 端设备汇聚接入机上总交换机；以及抓斗行车与远控中心内的控制操作台和视频的后台显示、 存储设备的数据传输。 监控台 在远程控制中心配置远程监控台，远程监控台可以监视所有远程抓斗行车的作业状态，远 程监控台上安装有显示器、触摸屏和库区管理操作屏。 远程监控台采用人体工学设计，人员操作侧的边缘采用弧形设计，台面美观大方。在远程 监控台的后面集成有控制箱，控制箱内远程 PLC 采用西门子系列 PLC，通过以太网接口与堆场 内抓斗行车上的 PLC 进行通讯。远程监控台上的按钮及 PLC 的 I/0 模块连接。在远程监控台上 放置一台液晶显示器，用来显示作业时抓斗行车上传回的视频画面和抓斗行车状态参数。 远程监控台上设置有急停按钮，当出现特殊情况时，能立即停止抓斗行车所有动作，进入 锁定状态，等待人工干预。 服务器柜 服务器柜内包含中控室核心交换机、光纤配线架、远控服务器、视频存储服务器。 服务器柜电源要求提供 3KVA 稳定 UPS 电源，电压等级为 AC220V，频率 50HZ。 自动控制系统 自动控制系统由自动控制 PLC、库区远程分站、远控柜、抓斗防摇、机上通讯部分、三大 机构定位系统、视频系统前端、大车防撞系统、库区物料分布检测、皮带进出料口信号检测系 统。自动控制 PLC 在每台抓斗行车上布置一台远控 PLC、机上控制主交换机等元件，其中 PLC 主要负责机上 远控程序，主交换机通过机上通讯客户端、地面基站、光纤与中控室建立通讯；实现远程操控 监督。 库区远程分站 库区远程分站保留与原 DCS 兼容并入接口（是否并入，待定），库区位于拖车进料口侧分 别各设置一个库区远程 I/O 分站，库区远程分站包含如下内容： 1、进料侧需采集信号： 汽车进料口（9 个）开闭指令及状态； 皮带进料口（1 个）皮带运行信号； 库区平台入库检修门状态（2 组）； 登机门（6 个）开闭信号； 出料仓检修门（8 个）开闭信号； 2、出料侧需采集信号： 出料皮带运行信号（9 个）； 出料仓仓称数据； 机构定位系统 准确而可靠的定位检测方案，是整个抓斗行车智能化改造的基础。 自动定位系统包括大车、小车以及起升三大机构的定位。 4.1.1 大车定位系统 采用绝对值编码器检测和定点校验的方式进行大车定位。 绝对值编码器：绝对值编码器通过物理码盘记录位置，可断电保持数据，无须频繁校准。 每一个位置值唯一确定，对应的码盘位置也唯一确定，无须辅助装置记录脉冲量，因此位置记 录实时准确。编码器通过工业总线与自动控制系统进行通讯。 用于定位校验的 RFID 标签沿大车轨道方向布置若干个。RFID 读写器安装在大车上，当读 写器经过时，读取每个 RFID 标签信息，即对应大车的位置信息；与绝对值编码器配合使用方 可得到连续且较为准确的定位信息。 磁钉安装位置示意图 4.1.2 小车定位系统 小车机构定位方式采用双激光测距冗余方式，记录一个激光传感器距离测量数据作为主要 数据，利用另一个激光传感器测量数据复核主数据的正确性。激光传感设备选择具有镜反射功 能的激光测距传感器。2 个激光发射器各安装在行车大梁的一端上，在小车上安装 2 个反光板， 反光板正面贴纸，贴纸采用 3M 的钻石级贴纸，尺寸为 300×400mm。 小车定位激光 小车反光板 4.1.3 起升定位系统 起升机构采用绝对值编码器作为定位装置和凸轮限位进行定点校验。凸轮限位和绝对值编 码器安装在起升卷筒的输出轴，检测卷筒转动圈数和角度，得到抓斗距离小车的高度值，再通 过目标位置至小车的高度值，通过计算转换为抓斗放料时所需的起升高度值。 起升定位绝对值编码器 抓斗防摇系统 储库抓斗行车实际作业时，抓斗在小车方向和大车方向均有明显的摆动情况，严重影响了 抓斗行车的作业效率；抓斗防摇系统可有效解决此类问题。 防摇系统可以达到以下要求：在自动工况下，无论空载和重载，大小车从全速运行到完全 停止的工况下，抓斗摆动一个周期内，电子防摇系统能将抓斗消除摇摆，并趋于静止。 皮带进料口信号检测 库区有皮带进料口 1 个；皮带进料口上方安装雷达传感器进行料位检测，对皮带进料料位 进行实时检测，另业主提供皮带运行信号，可采用无源干接点接入库区远程站或通过远控系统 与中控 DCS 系统对接，读取皮带实时状态，采取何种方案由业主根据实际情况决定。 视频系统 视频前端 在机上司机室旁安装一台球机，司机室对侧安装一台枪机，用于拍摄视频画面并传回中控 室供实时回放和存储，为适应夜间作业监控，起重设备上应分别加设补光灯。 在行车上安装摄像头用于远程监控行车运行状况，并可供远程手动操作时观察现场情况。 视频后端 视频后端系统由实时视频存储装置、视频解码显示设备、视频切换显示的控制设备组成。 视频存储：配备可以满足视频存储 7 天要求的监控级硬盘，并可在今后进行扩展。 显示器：作为视频显示、远控终端使用。在显示监视画面的同时，可以显示起重设备当前 的相关状态智能起重机。 视频解码器：用作解码现场传输回来的视频信号，并确保视频的流畅显示性。 抓斗行车与地面中控室采用光缆通讯，光缆通讯的带宽足够满足此视频存储采用所有视频 信号传回中控室集中存储的方案。中控室安装一台网络视频存储器，用于网络视频存储和视频 信号转发。配备总容量为 4T 的监控级硬盘，此项目中，每台抓斗行车有 2 个摄像头，则需同 时记录的视频路数为 6 个。智能起重机 通讯系统 抓斗行车与中控室之间通过库区地面站转发数据，从抓斗行车到中控室之间是光纤通讯。 中控室与库区路由 光缆敷设利用现场的场地电缆沟、电缆埋管、电缆隧道等通道，库区土建时需预置路由所 需的通道。 光缆采用铠装单模拖拽式光缆，全部光纤选用单模光纤，每台抓斗行车的光纤芯数为实际 使用芯数两倍以作备用；地下敷设的光纤为带铠装及抗老化橡皮。光纤的熔接位置采用高质量 光纤熔接盒熔接，预留备用光纤及尾纤，套上保护套。 电缆槽内敷设光纤回路与动力电缆、控制电缆、通讯电缆分开，使各回路不至混乱。 中控室与抓斗行车通讯 中控室与抓斗行车之间的通讯方式采用光纤通讯方式。从中控室敷设 1 根 24 芯单模光缆 至库区地面箱。从库区地面箱分别 3 根多模柔性光缆经行车上机拖令至行车 PLC 控制柜。 机上通讯 机上通讯指机上 PLC 系统与抓斗行车上各检测设备和传感器的通讯；视频系统的前端设备 汇聚接入电气房交换机；以及抓斗行车与远控中心内的远程监控台和视频的后台显示、存储设 备的数据传输。通讯信号分为两组数据传输。 第一组是控制信号，将抓斗行车上各控制元件、驱动元器件的状态传输到远控中心控制台 的 PLC 主站上，同时远控中心现场指令需要传送到现场抓斗行车上的 PLC 控制系统，以保证设 备的正常运行，控制信号的传输是重要的核心通讯。 第二组信号是视频信号，视频信号同样是需要双向传输的信号，从现场的摄像机拍摄的画 面，需要通过数据链路传回远控中心，远控中心的视频控制信号需要传送到摄像机云台上。视 频信号需要比较大的带宽容量来保证高清晰度视频的传输。 库区物料分布检测系统 库区物料分布检测系统核心设备激光扫描仪、旋转云台和控制器组成，对联合储库进行库 区物料轮廓扫描。激光测距技术具有范围广、实时性、精度高等特点。激光扫描仪固定安装天 车下方进行高频率扫描，可以获取物料的轮廓信息等；控制器的主要功能是实现激光扫描仪的 控制和数据采集。 3D 激光扫描效果图 扫描激光安装图 库区物料库存情况盘点功能 通过库区扫描库区物料分布情况，核算各种物料在库区分布轮廓，软件计算对应物料在库 区存放位置的体积，和客户给出的物料容重比，物料重量=体积*容重比，计算出各种物料的库 存量，一般误差在 10%左右。智能起重机 安全保护系统 大车防撞系统 在抓斗行车两个对角安装激光传感器，激光测距限位指向大车行走方向，两个大车之间交 叉安装。激光信号接入抓斗行车的 PLC 系统，激光测距限位可以检测 10 米距离内是否有其它 抓斗行车，当检测到其它抓斗行车时可以实现自动减速停车。本方案选择漫反射式激光传感器。 每台设备在前进和后退方向分别个安装一个传感器，在对应激光传感器方向的相邻行车上或两 端横墙区域安装反光板。 库区防护 在汽车进料口旁安装本地远程选择开关，以便于现场维修或需进入该区域工作时，切换该 区域的工作模式-选择本地模式，此时抓斗行车在该区域禁止进行远程自动作业。进料口或登 机楼梯安全门状态通过库区远程 IO 分站与库区抓斗行车作业进行联锁。 库区防护采取以下措施： 1. 汽车进料口宽度小于 7 米，则可使用道闸封闭汽车进料口；汽车进料口宽度大于 7 米，建 议采用电动卷帘门方式封闭汽车进料口，电动卷帘门需招标方提供，投标方提供卷帘门的 状态信号及控制信号的无源接入点。若库区有环保要求，建议采用电动卷帘门方案。 2. 所有开闭指令和状态进地面远程分站，与行车进行安全联锁，当道闸打开时，行车禁止于 所对应进料区作业。道闸/电动卷帘门旁安装控制箱及信号灯，信号灯尺寸约为 320mm*140mm。 3. 当行车于该进料区域作业时，指示灯熄灭禁止打开道闸/电动卷帘门或进入库区；仅当指 示灯为正常绿色时，方可打开道闸/电动卷帘门进行进料或维修作业。 4. 库区登机楼梯封闭门需增加限位传感器，其信号就近引入地面分站，与行车进行安全联锁。 因门的位置和数量不确定，登机楼梯封闭门及限位传感器由招标方提供，投标方提供无源 干接点。 5. 检修门需安装限位检测传感器，信号就近引入地面分站，与行车进行安全联锁。因门的位 置和数量不确定，检修门及限位传感器由招标方提供，投标方提供无源干接点。 6. 出料仓检修门需安装限位检测传感器，信号就近引入地面分站，与行车进行安全联锁。因 门的位置和数量不确定，检修门及限位传感器由招标方提供，投标方提供无源干接点。智能起重机

 

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