大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水泥構(gòu)件的生產(chǎn)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑行業(yè)水泥預(yù)制構(gòu)件的制造普遍采用讓水泥自然凝固的傳統(tǒng)方式，這種生產(chǎn)方式占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且水泥構(gòu)件的質(zhì)量無(wú)法得到有效保證。在建筑業(yè)，一件有隱患的構(gòu)件就可能使整棟樓房存在安全隱患，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)力水平的不斷提高，人們對(duì)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境同時(shí)重視起來(lái)，目前采用的立體排列式蒸養(yǎng)窯養(yǎng)護(hù)水泥構(gòu)件，在每一列可以養(yǎng)護(hù)存取多個(gè)水泥構(gòu)件，可有效提升水泥構(gòu)件的產(chǎn)量和質(zhì)量，減小占地面積，還能促使水泥構(gòu)件實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)。水泥構(gòu)件具有大體積、大重量的特點(diǎn)，而且存取水泥構(gòu)件時(shí)要求定位精度高(定位精度<2mm)，且操作繁瑣，需要進(jìn)行蒸養(yǎng)窯的開(kāi)門和關(guān)門的操作。由于現(xiàn)階段水泥構(gòu)件養(yǎng)護(hù)基本是由人工手動(dòng)操作，工人稍一疏忽就會(huì)出現(xiàn)放置傾斜和掉落等事故，安全隱患很大，所以蒸養(yǎng)窯采用全自動(dòng)碼垛方式極為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠?qū)崿F(xiàn)水平和垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合位置傳感系統(tǒng)及有效控制策略，實(shí)現(xiàn)大慣量系統(tǒng)的快速準(zhǔn)確平層及對(duì)位，實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件碼垛車的全自動(dòng)智能化運(yùn)行的大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)手段是:
[0005]大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和碼垛裝置，所述的控制系統(tǒng)和碼垛裝置通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信連接，所述的控制系統(tǒng)包括上位機(jī)、地面子站、車架主站和升降子站，所述上位機(jī)包括工控機(jī)和觸摸屏，所述的地面子站與車架主站之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信連接，所述的車架主站和升降子站之間通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信連接，所述車架主站包括PLC、變頻器；所述升降子站包括ET200M、S120伺服驅(qū)動(dòng)器;所述地面子站和所述觸摸屏安裝在置于地面上的工控機(jī)控制柜內(nèi)；所述地面子站包括ET200M。
[0006]所述的碼垛裝置包括車架、行走定位裝置、升降裝置、模座、模座驅(qū)動(dòng)裝置、抬門機(jī)構(gòu)、頂推機(jī)構(gòu)、限位裝置，車架包括矩形支架和頂板，頂板固定在矩形支架的頂部且開(kāi)設(shè)有多個(gè)透視孔，行走定位裝置和限位裝置設(shè)置在車架的底部，車架通過(guò)行走定位裝置和限位裝置進(jìn)行前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模座和模座驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在車架的內(nèi)部，抬門機(jī)構(gòu)固定在車架左側(cè)，頂推機(jī)構(gòu)固定在模座和抬門機(jī)構(gòu)之間。
[0007]所述的頂推機(jī)構(gòu)包括頂推卡爪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、頂推卡爪和頂推卡爪旋轉(zhuǎn)電機(jī)，頂推卡爪在頂推卡爪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下做左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，頂推卡爪在頂推卡爪旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在豎直面內(nèi)繞頂推卡爪的軸線旋轉(zhuǎn)，頂推卡爪的最大旋轉(zhuǎn)角度為90°。
[0008]所述行走定位裝置包括車輪和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)為兩組相對(duì)設(shè)置的第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)。
[0009]所述升降裝置包括托架、鋼絲繩、頂部滑輪、托架滑輪、支撐滑輪、提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)、拉繩編碼器，所述鋼絲繩一端依次繞過(guò)頂部滑輪、托架滑輪后固定在頂部滑輪支座的底部，鋼絲繩另一端固定并在纏繞在齒輪軸上;提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速器和聯(lián)軸器帶動(dòng)第一絞盤組轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)托架上下移動(dòng)。
[0010]所述的模座為平鋪的鋼板，在模座的下底面設(shè)置有支撐筋，在模座的下方設(shè)置四個(gè)模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分別為第一模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第三模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第四模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)，模座下方等間距排列數(shù)個(gè)支撐滑輪，模座在支撐滑輪上移動(dòng)。
[0011]所述限位裝置包括第一接近開(kāi)關(guān)支架、第二接近開(kāi)關(guān)支架，以及安裝在第一接近開(kāi)關(guān)支架上的第一接近開(kāi)關(guān)和安裝在第二接近開(kāi)關(guān)支架上的第二接近開(kāi)關(guān)，還包括位于碼垛車水平向行程最前端的第一感應(yīng)塊和位于碼垛車水平向行程最后端的第二感應(yīng)塊;所述第一接近開(kāi)關(guān)與位于碼垛車水平向行程最前端的第一感應(yīng)塊配合使用，當(dāng)碼垛車向前運(yùn)行，第一接近開(kāi)關(guān)靠近第一感應(yīng)塊，接近開(kāi)關(guān)發(fā)送高電位信號(hào)給PLC，PLC控制第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)的運(yùn)行頻率為OHz;所述第二接近開(kāi)關(guān)與位于碼垛車水平向行程最后端的第二感應(yīng)塊配合使用，當(dāng)碼垛車向后運(yùn)行，第二接近開(kāi)關(guān)靠近第二感應(yīng)塊，接近開(kāi)關(guān)發(fā)送高電位信號(hào)給PLC，PLC控制第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)的運(yùn)行頻率為0Hz。
[0012]所述抬門機(jī)構(gòu)包括擋板、滑塊、鏈輪、鏈條、軌道擋板、固定架、抬門卡爪、軌道、軌道側(cè)壁、卡爪托、抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī);所述軌道擋板通過(guò)固定架固定在車架的支架上;所述軌道為設(shè)置在軌道擋板上的凹槽;所述抬門卡爪在軌道內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述軌道側(cè)壁和卡爪托形成一個(gè)凹槽，用于收回并固定卡爪。
[0013]大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0014]第一步，上位機(jī)操作:在所述工控機(jī)上選擇需要存板的列，開(kāi)啟自動(dòng)模式，碼垛車上電；
[0015]第二步，碼垛車運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃:將選中的列作為目標(biāo)列，并由PLC根據(jù)碼垛車兩側(cè)目標(biāo)列的分布情況自動(dòng)規(guī)劃碼垛車運(yùn)動(dòng)路線；
[0016]第三步，碼垛車啟動(dòng):PLC通過(guò)S120伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)碼垛車往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0017]第四步，橫向定位控制:碼垛車通過(guò)伺服電機(jī)內(nèi)置的編碼器讀取位置信息，當(dāng)碼垛車接近目標(biāo)列時(shí)，碼垛車開(kāi)始減速，隨后碼垛車車以低速運(yùn)行；當(dāng)編碼器讀取的位置信息與目標(biāo)列的位置信息一致時(shí)，碼垛車停止運(yùn)行；
[0018]第五步，縱向定位控制:變頻器控制提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速器、聯(lián)軸器帶動(dòng)第一絞盤組和第二絞盤組同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)收緊或放松鋼絲繩達(dá)到提升或下降的目的，并通過(guò)拉繩編碼器反饋的位置信息確定托架的位置；
[0019]第六步，存板:抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)抬門卡爪沿著軌道向上移動(dòng)，從而將門抬起;第一模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第三模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第四模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，將模座連同模座上放置的水泥構(gòu)件送入窯中，頂推卡爪伸出，并轉(zhuǎn)動(dòng)90°，將模座推入窯內(nèi)；隨后，頂推卡爪反向轉(zhuǎn)動(dòng)90°并縮回，抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)抬門卡爪沿著軌道向下移動(dòng)，并進(jìn)入凹槽內(nèi)，門關(guān)閉；
[0020]第七步，更新運(yùn)動(dòng)路徑:PLC控制器模塊實(shí)時(shí)采集窯位信息，每個(gè)窯位有三種狀態(tài):故障、已使用、未使用，控制器根據(jù)更新目標(biāo)列的窯位狀態(tài)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑；
[0021]第八步，抬門取板:抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)抬門卡爪沿著軌道向上移動(dòng)，從而將門抬起;頂推卡爪伸出至模座下部，轉(zhuǎn)動(dòng)90°，卡爪收回，并帶動(dòng)模座移動(dòng)至支撐滑輪上，第一模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第三模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第四模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)模座連同模座上放置的水泥構(gòu)件移動(dòng)至碼垛車上，抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)抬門卡爪沿著軌道向下移動(dòng)，并進(jìn)入凹槽內(nèi)，門關(guān)閉；
[0022]第九步，保護(hù)設(shè)計(jì):當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)正在運(yùn)行、模座驅(qū)動(dòng)電機(jī)或提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，抬門驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率為OHz;當(dāng)頂推卡爪沒(méi)有縮回到位、卡爪驅(qū)動(dòng)電機(jī)沒(méi)有歸位或有限位信號(hào)時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行頻率為0Hz。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:PLC控制器根據(jù)立體蒸養(yǎng)窯各個(gè)窯位的實(shí)時(shí)狀態(tài)在線優(yōu)化碼垛車的運(yùn)動(dòng)路線，使得碼垛車存取板的過(guò)程更加高效、節(jié)能，碼垛車雙閉環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)多軸伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)行走伺服電機(jī)進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)控制和拉繩編碼器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋保證了兩個(gè)自由度控制的精確性。通過(guò)水平和垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)合精確的位置反饋裝置及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略，實(shí)現(xiàn)大慣量系統(tǒng)的快速準(zhǔn)確平層及對(duì)位，實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件碼垛車的全自動(dòng)智能化運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明中碼垛裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是圖2的西南等軸測(cè)圖。
[0027]圖4是圖2的東南等軸測(cè)圖。
[0028]圖5是本發(fā)明中抬門機(jī)構(gòu)的爆炸圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明為大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)及其控制方法。
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]具體實(shí)施例，如圖1至圖5所示，大型水泥構(gòu)件蒸養(yǎng)窯全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和碼垛裝置，關(guān)鍵在于:所述的控制系統(tǒng)和碼垛裝置通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)和工