門機抓斗實時監(jiān)控系統(tǒng)

1、 （申請工學(xué)碩士學(xué)位論文） （申請工學(xué)碩士學(xué)位論文） 基于FPGA 和單片機的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng) 培養(yǎng)單位：自動化學(xué)院 學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程 研 究 生：潘志偉 指導(dǎo)老師：劉 清 教授 2010年5月分類號密 級 暫不公開 UDC 學(xué)校代碼學(xué) 位 論 文中文題目 基于FPGA 和單片機的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng) 英 文題 目Operation for Portal Crane Based on FPGA and SCM 作者姓名 潘志偉姓名職稱 單位名稱 自動化學(xué)院 郵編 4300632010年5月指導(dǎo)教師獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明，所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取

2、得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生（簽名）： 日 期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定研究生（簽名）： 導(dǎo)師（簽名）： 日 期摘 要近年來，隨著進出口貿(mào)易的快速發(fā)展，

3、港口碼頭的貨物吞吐量日益增加，對港口的貨物轉(zhuǎn)運能力提出了更高的要求。港口門座式起重機（以下簡稱門機）是港口碼頭前沿裝卸一般散雜貨的通用港口裝卸起重機，在各海港、內(nèi)陸碼頭都廣泛使用。目前門機監(jiān)控系統(tǒng)CMS（起重機監(jiān)控系統(tǒng)，又稱本地的起重機監(jiān)控系統(tǒng)即LCMS）和RCMS（遠(yuǎn)程的起重機監(jiān)控系統(tǒng)），只是完成港機/散貨碼頭設(shè)備運行實時狀態(tài)信息監(jiān)控和港機/散貨碼頭設(shè)備在線編程功能，如港口機械車載PLC 狀態(tài)監(jiān)控，港口機械設(shè)備故障診斷，港口機械設(shè)備故障信息報警，港口機械電氣控制部分遠(yuǎn)程故障排除，港口機械網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控，港口機械歷史故障信息查詢及統(tǒng)計，港口機械故障處理記錄及統(tǒng)計查詢等，不包含機械設(shè)備操作數(shù)據(jù)的實

4、時記錄和作業(yè)量的實時監(jiān)測。這是散貨裝卸目前的一個不足。本文研究的主要目的，是采用FPGA 和單片機，設(shè)計和實現(xiàn)一個基于門機抓斗作業(yè)記錄的實時監(jiān)控系統(tǒng)。本文對現(xiàn)有的門機散貨抓斗作業(yè)的基本流程和門機的電氣構(gòu)造進行了必要的研究和分析，首先確定了系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)方案，即在基于對抓斗動作相關(guān)信號采集的基礎(chǔ)上，通過建立抓斗作業(yè)實時監(jiān)控的過程約束，提出基于FPGA+單片機的硬件開發(fā)思路設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)對門機作業(yè)進行監(jiān)控的思路。然后進一步地研究整個門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成。具體包括門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的作業(yè)信號采集，重量信號的獲取、作業(yè)動作信號和門機旋轉(zhuǎn)信號的采集方法，還有該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的整體構(gòu)成與設(shè)計方案，軟件

5、的設(shè)計流程等。由于門機上的電氣環(huán)境和電磁環(huán)境比較惡劣，本文還討論了門機作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計問題。最后，門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)成功在某港口門機上安裝成功，并且在某港口礦石散貨碼頭穩(wěn)定運行數(shù)月之后，效果良好。本文還介紹了系統(tǒng)的實時運行情況、分析了抓斗作業(yè)歷史信息。由于該系統(tǒng)有完善的數(shù)據(jù)保存和備份能力，數(shù)據(jù)的分析即依托與于門機實際作業(yè)的記錄信息。通過分析作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)歷史信息可以看出該系統(tǒng)的安裝運行對生產(chǎn)效率的提高發(fā)揮了積極作用。關(guān)鍵詞：門機，抓斗作業(yè)，監(jiān)控，F(xiàn)PGA ，單片機ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of imp

6、ort and export trade, the transshipment of port cargo increasing rapidly. Therefore there are higher requirements for the capacity on the port. As a general bulk cargo handling crane in bulk cargo ports, portal crane are widely used in mostly ports. Currently, the CMS (Crane Monitoring System, also

7、known as local CMS and RCMS could just complete port machinery / bulk cargo terminal equipment running real-time status information monitoring and port machinery / bulk cargo terminal equipment online programming features. Such as the PLC in the port machinery condition monitoring equipment, fault d

8、iagnosis equipment, port machinery and failure information alarm equipment, port machinery/electrical fault remote control, port machinery condition monitoring network equipment, port machinery failure treatment records and statistical inquiry, does not include machinery and equipment operational da

9、ta real-time recording and monitoring of operation. This is a current shortage of bulk handling.The main purpose of this thesis is to adopt FPGA+SCM, design and implement a real-time monitoring system based on the portal crane grab bucket record. This thesis analyze the basic processes of portal cra

10、ne grab operation and structure of portal crane. First decide the design of the monitoring system that are based on the signal acquisition of grab action, based on the obtain of process condition of real-time monitoring, established design solution of FPGA + SCM development. Then introduce the struc

11、ture of real-time monitoring system of portal crane grab bucket. Including the grab bucket operation signal acquisition of portal crane, the acquisition of weight signal, the acquisition of action signal of portal crane, the acquisition of rotate signal, as well as overall composition and design of

12、the hardware system, software system flow, etc. As the electrical environment and the electromagnetic environment on portal crane is harsh, the thesis is also discussed interference design of real-time monitoring system.Finally, the real-time monitoring system of portal crane is installed successful

13、ly on the port, and the results of the run is stable for several months bulk in a ore port. The thesis introduced real run of the real-time system as well, made analysis of historical information of grab operation. The data analysis relies on the recording information of actual operation on portal c

14、rane for the system has excellent data retention and backup capabilities. It can be seen that the installation of the real-time monitoring system has played an active role system by analyzing the operating history information.Key words: Portal Crane; Grab Operation; Monitoring; FPGA; SCM目 錄第1章 緒 論.1

15、1.1課題研究的意義.11.2 門機監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀.21.3 門機作業(yè)監(jiān)控的難點與解決思路.41.4 課題來源及主要研究內(nèi)容.6第2章 門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu).82.1 現(xiàn)有門機監(jiān)控系統(tǒng)簡述.82.2門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計方案.10第3章 門機監(jiān)控系統(tǒng)的信號采集.213.1 門機旋轉(zhuǎn)角度信號的采集.213.2 門機抓斗作業(yè)動作信號的采集.233.3 門機抓斗作業(yè)重量信號的采集.26第4章 基于FPGA+單片機的監(jiān)控終端設(shè)備硬件設(shè)計.284.1門機監(jiān)控終端設(shè)備的硬件構(gòu)成.284.2關(guān)鍵元器件選型.294.3 FPGA 控制電路的硬件設(shè)計.304.4 A VR 單片機控制

16、電路的硬件設(shè)計.394.5 FPGA 與單片機的數(shù)據(jù)通信.424.6 門機監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計.43第5章 基于FPGA 的門機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計.455.1 作業(yè)參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計.455.2 IC 卡讀寫程序設(shè)計.465.3 抓斗作業(yè)程序設(shè)計.47第6章 門機監(jiān)控系統(tǒng)運行結(jié)果分析.516.1 門機抓斗作業(yè)監(jiān)控分析.516.2 多門機單船抓斗作業(yè)監(jiān)控數(shù)據(jù)分析.52第7章 總結(jié)與展望.54 致 謝.56參考文獻.57攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文.60第1章 緒 論1.1課題研究的意義門機是廣泛地應(yīng)用于港口貨物裝卸的重型機械設(shè)備。建設(shè)現(xiàn)代化港口，高效快速的貨物裝卸設(shè)備與搬運系統(tǒng)是關(guān)鍵123。門機

17、的作業(yè)監(jiān)控水平，直接影響到現(xiàn)代港口的運行效率。伴隨著計算機、電子信息、工業(yè)控制和傳感器技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，各個工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)檢控設(shè)備得到不斷的完善與發(fā)展。門機作為現(xiàn)代港口的主力裝卸設(shè)備之一，因其機械結(jié)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜、作業(yè)頻繁，與之相匹配的作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)較少4。目前最為主要的設(shè)備級門機生產(chǎn)監(jiān)控裝置有風(fēng)速報警儀和門機超負(fù)荷限制器等裝置56。這類裝置主要的功能是檢測門機工作的風(fēng)速環(huán)境和工作負(fù)載狀態(tài)，確保門機的安全生產(chǎn)7?，F(xiàn)階段，港口門機在生產(chǎn)作業(yè)過程中，對現(xiàn)場門機裝卸作業(yè)的實時進展情況沒有一套科學(xué)的管理方法，而門機的管理部門有實時掌握門機生產(chǎn)進度的強烈需求。由于門機的類型多種多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜

18、、作業(yè)工況多，設(shè)計以傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)的門機生產(chǎn)作業(yè)量監(jiān)控系統(tǒng)面臨較大困難。要設(shè)計出科學(xué)的、有效的用于作業(yè)量監(jiān)控的門機監(jiān)控系統(tǒng)，主要面臨的問題有：設(shè)備通用性問題，即針對不同型號、不同載重量的門機設(shè)計出通用性很強的門機監(jiān)控系統(tǒng)；作業(yè)監(jiān)控方式的設(shè)計，即在不同的門機和不同的控制系統(tǒng)的情形下，如何構(gòu)建合適的傳感器系統(tǒng)，設(shè)計一個通用的作業(yè)信號采集方案采集所需的各類型作業(yè)量信號；設(shè)備耐用性問題，如何在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計出防塵、防水、抗震、抗電磁干擾能力強的門機作業(yè)監(jiān)控設(shè)備。而國內(nèi)各大港口的散貨碼頭的門機作業(yè)有其特殊性，對煤炭、礦石等的散貨作業(yè)主要以抓斗作業(yè)為主，針對這種專用碼頭的特殊作業(yè)方式，

19、本文設(shè)計出一套門機生產(chǎn)的抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實時動態(tài)地獲取門機抓斗作業(yè)量，對作業(yè)量信息和相關(guān)的門機運行信息進行保存。同時通過設(shè)計友好的人機接口，將統(tǒng)計到的作業(yè)信息進行實時更新顯示，并且結(jié)合門機操作人員不同的操作結(jié)果給出相應(yīng)的提示信息。該生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了能給門機司機操作上的提示、能為門機維護人員提供設(shè)備檢修信息以外，最重要的是能及時提供給門機管理人員詳細(xì)的作業(yè)信息，從而在提高生產(chǎn)效率的同時達到改善門機管理水平的目的。毫無疑問，門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)前各大港口作業(yè)信息實時管理的一個焦點，并將逐漸在我國的港口現(xiàn)代化建設(shè)方面發(fā)揮更加積極作用。可以預(yù)見到，各種類型和功能的門機監(jiān)控系統(tǒng)將

20、在21世紀(jì)裝卸工程領(lǐng)域中扮演更加重要的角色。因此研究港口門機的作業(yè)斗數(shù)實時監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要和有實際工程應(yīng)用價值的。1.2 門機監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀隨著我國對外貿(mào)易的不斷向前發(fā)展，國際運輸業(yè)特別是港口運輸業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和作用越來越突出。我國的港口運輸業(yè)雖然基礎(chǔ)較薄弱，隨著國際貿(mào)易的不斷發(fā)展，港口貨物轉(zhuǎn)運能力和管理水平也不斷得到加強。為了應(yīng)對貨運量的不斷增長，各大港口在添置港口裝卸設(shè)備的同時，也在努力提高設(shè)備管理水平。門機作為港口裝卸的主力設(shè)備之一，對它的作業(yè)管理水平關(guān)系到整個碼頭的貨物轉(zhuǎn)運效率?，F(xiàn)階段，伴隨著工業(yè)控制理論、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，門機監(jiān)控系統(tǒng)（crane mo

21、nitor system, CMS）得到了廣泛的研究，并且取得了極大的發(fā)展。CMS 用于門機運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、機構(gòu)的故障報警及診斷。一般由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、報警管理、趨勢曲線顯示、操作統(tǒng)計、系統(tǒng)管理等部分組成841。根據(jù)監(jiān)控范圍的不同主要可以分為2類：本地門機監(jiān)控系統(tǒng)(local crane monitor system, LCMS和遠(yuǎn)程門機監(jiān)控系統(tǒng)910(remote crane monitor system, RCMS 。LCMS 指單臺門機電氣控制房或者門機司機駕駛室中配置的上位監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控單臺門機的運行狀況。由于LCMS 直接與本機的PLC 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，所以數(shù)據(jù)通訊的速

22、度和精度都比較高，系統(tǒng)運行較穩(wěn)定。LCMS 是以某一臺或幾臺起重機為對象，可以根據(jù)實際工況靈活地設(shè)計監(jiān)控軟件，滿足用戶的各種要求，這就使得系統(tǒng)的適應(yīng)性較差，源碼的重用性不高，從總體上延長了系統(tǒng)的開發(fā)周期。上海港機有限責(zé)任公司針對港口機械開發(fā)的狀態(tài)檢測系統(tǒng)即屬于典型的LCMS 控制系統(tǒng)。該LCMS 的主要功能是對門機的機械結(jié)構(gòu)的實時運行狀況進行有效地監(jiān)測，防止因機械結(jié)構(gòu)設(shè)備的工作特性下降而引發(fā)安全事故。該系統(tǒng)通過復(fù)雜的機械狀態(tài)檢測傳感器系統(tǒng)，如應(yīng)變片測量、震動測量、轉(zhuǎn)速測量、溫度測量等檢測測量裝置，實時獲得門機的運行機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息。之后，利用前置的信號處理器和工業(yè)控制機組成完整的LCMS ，從

23、而實現(xiàn)對門機機械結(jié)構(gòu)的有效監(jiān)測11。RCMS 依托網(wǎng)絡(luò)（有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)），采取開放的TCP/IP協(xié)議，讓現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息流通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，這樣大大減少了監(jiān)控系統(tǒng)由于距離而帶來的限制，使工程師可同時遠(yuǎn)程監(jiān)控多臺設(shè)備的運行狀況，目前越來越受到用戶的重視。RCMS 使得上位監(jiān)控的用戶變得更為廣泛。網(wǎng)絡(luò)知識的普及，使得RCMS 的可操作性越來越強，從而提高了系統(tǒng)的可用性。特別是對于一些較少直接接觸現(xiàn)場的用戶，RCMS 大大提高了他們對現(xiàn)場的了解程度。天津港集裝箱碼頭公司即采用了RCMS 系統(tǒng)進行門機狀態(tài)的監(jiān)控。該公司采用CMS 實現(xiàn)岸橋與本機主PLC 實現(xiàn)通信，監(jiān)控岸橋的運行情況。岸橋管理辦公室的作

24、業(yè)控制主機通過光纖通信能實時調(diào)用相應(yīng)岸橋上CMS 的內(nèi)容，與橋機實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)顯示。另外，該公司還采用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以遠(yuǎn)程登陸公司網(wǎng)站調(diào)用辦公室內(nèi)的主機，實現(xiàn)對岸橋的監(jiān)控。實現(xiàn)的功能主要包括起重機故障管理、實時作業(yè)監(jiān)控、操作數(shù)據(jù)管理、維修管理模塊、“黑匣子”功能10。隨著CMS 系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)控越來越朝著遠(yuǎn)程化、自動化的管理方式發(fā)展。門機作業(yè)信息管理系統(tǒng)（MIS ）應(yīng)運而生。因為現(xiàn)階段，一是大多數(shù)的生產(chǎn)作業(yè)監(jiān)控僅僅停留在以監(jiān)控生產(chǎn)為主，以掌握船舶、港口機械、堆場等運行情況的階段，并不能對作業(yè)進行遠(yuǎn)程指揮和控制，其次由于舊有的生產(chǎn)監(jiān)控方式和作業(yè)方式的限制，目前碼頭各個生產(chǎn)部門各司其職、各

25、自為政，無法按照具體生產(chǎn)情況及時地服從整個碼頭生產(chǎn)作業(yè)的整體利益做到資源的合理利用和調(diào)配，限制了作業(yè)效率的提升。碼頭MIS 系統(tǒng)即針對這些不足而專門設(shè)計1213。但是考慮到MIS 系統(tǒng)的主要作用是了解港口現(xiàn)場的作業(yè)情況，因此，獲得現(xiàn)場的實時作業(yè)情況顯得尤為重要。即根據(jù)各個類型門機的具體機械電氣情況來設(shè)計不同的CMS 和LCMS 系統(tǒng)，是構(gòu)建和完善MIS 系統(tǒng)的關(guān)鍵。如上所述，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進步，港口貨物轉(zhuǎn)運的作業(yè)監(jiān)控和信息管理技術(shù)日趨成熟。前場作業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)也有如船舶裝卸作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、貨物轉(zhuǎn)運出入監(jiān)控系統(tǒng)、堆場作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、港口倉儲監(jiān)控系統(tǒng)等。門機作為港口機械的一個重要組成部分，對它進

26、行科學(xué)的、有效的生產(chǎn)管理顯得尤為重要。目前，港口門機上現(xiàn)有的作業(yè)監(jiān)控裝置主要有綜合監(jiān)測儀、風(fēng)速儀和超負(fù)荷力矩限制器。綜合監(jiān)測儀的作用主要是實時監(jiān)測門機的電氣機構(gòu)運行狀態(tài)，進行及時的運行操作提示和故障報警。風(fēng)速儀和超負(fù)荷力矩限制器均是以安全生產(chǎn)為目的的監(jiān)測裝置。前者是監(jiān)控門機的作業(yè)風(fēng)速環(huán)境，后者則是實時控制門機的安全作業(yè)載荷。當(dāng)門機的作業(yè)超重或者吊臂超幅以后，超負(fù)荷力矩限制器會及時地控制門機停止此類危險作業(yè)，確保生產(chǎn)安全?，F(xiàn)階段，由于門機作業(yè)工況復(fù)雜，對門機的管理停留在比較原始的階段。只能做到作業(yè)任務(wù)的安排，門機司機的調(diào)配，門機的調(diào)度。而對門機作業(yè)數(shù)據(jù)的實時采集和管理，目前還沒有一個好的解決方案

27、。門機的作業(yè)管理水平的不斷發(fā)展，迫切需要在以下幾個方面得到發(fā)展：（1）作業(yè)信息的采集。目前的門機監(jiān)測系統(tǒng)多是對門機自身的機械結(jié)構(gòu)或者電氣結(jié)構(gòu)進行監(jiān)控，無法對門機的作業(yè)量數(shù)據(jù)進行采集，門機司機也無法對操作過程進行理性的分析。（2）作業(yè)量的實時獲取。由于門機的單次作業(yè)量數(shù)據(jù)難以掌握，因此，現(xiàn)階段對門機作業(yè)量的獲取面臨較大困難。只能獲得門機工班作業(yè)的多臺參與作業(yè)門機的作業(yè)量之和。（3）作業(yè)提示和警示。因為門機作業(yè)特別是抓斗作業(yè)的過程很復(fù)雜，容易出現(xiàn)過快作業(yè)和超載作業(yè)。從安全生產(chǎn)的角度出發(fā)，也極其有必要通過設(shè)計新的門機抓斗作業(yè)實時提示、警示方案對該類操作進行提示和警示，以提高門機的生產(chǎn)作業(yè)水平。1.3

28、 門機作業(yè)監(jiān)控的難點與解決思路在本文中設(shè)計的門機作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)，是以對門機作業(yè)進行實時監(jiān)控為目標(biāo)，因此該監(jiān)控系統(tǒng)對獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時性要求非常高。因而對門機的作業(yè)動作以及相關(guān)的重量信號和門機旋轉(zhuǎn)信號進行有效且快速的捕捉和響應(yīng)顯得非常重要。對門機各類信號的實時性和快速性的要求，也是設(shè)計門機作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的難點。除了要盡量縮短檢測各類信號的響應(yīng)時間以外，門機的抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)還存在以下幾個需要解決的難題：（1）作業(yè)信息的采集。門機稱重傳感器主要是檢測門機鋼絲繩的承重，目前使用的港口門機主要有兩種，一種是采用2根鋼絲繩的10噸門機，另一種是采用4根鋼絲繩的25噸鋼絲繩。傳感器的安裝也主要有兩

29、種方式：第一種是安裝于機房頂部室外的鋼絲繩定滑輪上，這種安裝方式比較容易受門機變幅的影響；第二種是安裝于鋼絲繩的卷筒的一側(cè)，這樣可以稍微減弱門機變幅造成的影響，但是這種安裝方式難度較大，施工比較復(fù)雜，涉及到門機的改造。（2）設(shè)備的抗干擾的能力。由于門機作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)安裝于門機上，而大多數(shù)情況下門機都是大負(fù)載作業(yè)，會伴隨著大功率電機的不斷起停3839，在產(chǎn)生較大的電磁干擾的同時也使得門機的機上環(huán)境震動強度非常大。如此惡劣的環(huán)境，要求在設(shè)計門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)時一定要考慮好門機的傳感器信號的采集和抗干擾設(shè)計，做好系統(tǒng)重量信號檢測設(shè)備單元的防塵和抗震等措施。（3）設(shè)備的通用性和易維護性。即使是常用的散

30、貨碼頭的門機，因制造年代的不同和載荷量的差別，存在較多的電氣和機械差異。目前急需一種通用性較強的設(shè)備，在能實現(xiàn)門機作業(yè)量監(jiān)測的同時，同時還要求其安裝靈活，不需要做大的改動即可實現(xiàn)在多種類型的門機上安裝使用。同時考慮到門機作業(yè)惡劣的現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)備可能面臨著嚴(yán)重的大振動，大溫差和高粉塵的工作環(huán)境，因此較好的維護性顯得尤為重要。（4）門機作業(yè)生產(chǎn)因素。要考慮到門機的實際作業(yè)對作業(yè)信號捕捉產(chǎn)生的影響。由于門機的作業(yè)過程會不斷地執(zhí)行對貨物的起升、下降和門機的旋轉(zhuǎn)等操作，貨物也在空中不斷地加速、減速和擺動。因此同樣的貨物在空中移動時，傳感器的輸出值波動比較大，貨物上升時檢測到的重量值比實際值偏大，貨物

31、下降時檢測到的重量值比實際值偏小。考慮到門機具體的操作情況的復(fù)雜程度，要準(zhǔn)確獲得門機作業(yè)的作業(yè)動作信號和動態(tài)重量值存在較大的難度。提高門機作業(yè)監(jiān)控的準(zhǔn)確度和可靠性，是否能捕捉到有效的門機作業(yè)動作信號和獲得較高精度的稱重重量值是一個關(guān)鍵40。目前主要是從兩個方面著手，第一是優(yōu)化信號采集方案，第二是通過完善程序控制來避免信號的誤判斷和排除無效的動作信號。保證系統(tǒng)對門機作業(yè)監(jiān)控的實時性也是本系統(tǒng)的難點之一。要做到這一點，在選用了合適的捕捉門機動作信號的方式和獲得較高精度的稱重重量的前提下，需要對核心處理設(shè)備的響應(yīng)速度提出較高的要求。因為門機的抓斗作業(yè)是一個連續(xù)的過程，當(dāng)一次作業(yè)完成后，會馬上進入到下

32、一個作業(yè)流程中，而在下次作業(yè)開始的時候就要將已經(jīng)完成的抓斗作業(yè)信息進行記錄，并且顯示出來。只有當(dāng)門機作業(yè)監(jiān)控設(shè)備的處理速度夠快，每一次作業(yè)才能得以及時地記錄和顯示出來。1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容本文研究的主要目的是設(shè)計和實現(xiàn)一個基于FPGA 和單片機的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)，解決門機散貨作業(yè)的作業(yè)量實時監(jiān)控的難題，并且設(shè)計相應(yīng)的門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)以實現(xiàn)作業(yè)量實時地記錄、顯示和保存的功能。門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)采用了全新的作業(yè)量記錄方式，通過該系統(tǒng)門機操作人員和港口管理人員可以及時了解門機的作業(yè)量。本文的研究依托武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院與某港口散貨碼頭的合作項目，重點在以下三個方面開展研究：（1）在

33、基于斗數(shù)記錄的門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)過程中，為了保證信號采集的獨立性和安全性，論文重點研究對傳感檢測信息的分類處理以及信號的隔離處理，從而確保在該系統(tǒng)進行斗數(shù)記錄時，信息具有實時性、準(zhǔn)確性以及安全性。（2）研究并確定了以斗數(shù)記錄為基礎(chǔ)的門機監(jiān)控系統(tǒng)的信號采集。由于門機的作業(yè)涉及到抓斗的閉合、打開、上升、下降以及門機的旋轉(zhuǎn)。因此要通過現(xiàn)場考察確定如何通過安裝紅外角度傳感器系統(tǒng)來檢測門機的旋轉(zhuǎn)角度，并且通過交流繼電器從門機的交流控制線路中采集門機的動作信號。重量信號由于是判斷門機抓取貨物量的一個關(guān)鍵因素，因此在文中也會對此有專門的研究。（3）研究并確定門機作業(yè)監(jiān)控終端設(shè)備的作業(yè)信號采集、系統(tǒng)的硬件

34、設(shè)計原理、軟件的設(shè)計流程。該系統(tǒng)在門機上批量安裝投入運行，結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)，分析了該系統(tǒng)的可用性和可靠性。由于實際作業(yè)工況復(fù)雜，門機司機的操作具有隨機性，本文重點對抓斗作業(yè)量記錄和門機作業(yè)量監(jiān)控的方式進行研究，通過建立合理的數(shù)據(jù)處理模型來提高系統(tǒng)作業(yè)記錄的穩(wěn)定性和有效性。根據(jù)以上研究內(nèi)容本文各章內(nèi)容安排如下：第1章：闡述了本文研究工作的意義，介紹國內(nèi)門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及主要研究問題，引出本課題的研究背景和主要內(nèi)容。第 2 章：詳細(xì)分析了門機作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)所采用的整體技術(shù)方案，并詳細(xì)分析了采用該方案是如何通過新的抓斗作業(yè)斗數(shù)記錄的方案彌補現(xiàn)階段常規(guī)門機生產(chǎn)監(jiān)控方案的不足。第3章：門機作業(yè)監(jiān)

35、控系統(tǒng)作業(yè)信號的采集，包括門機的作業(yè)動作信號，旋轉(zhuǎn)信號和重量信號。并且詳細(xì)介紹了信號采集的原理、傳感器的安裝、信號的接收、放大以及隔離等優(yōu)化處理方法。第4章：詳細(xì)介紹了基于FPGA 的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的終端的原理和設(shè)計，包括對作為控制核心的FPGA 核心電路的詳細(xì)功能介紹和對作為數(shù)據(jù)處理顯示核心的單片機的介紹。第5章：詳細(xì)介紹了門機作業(yè)量監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括門機生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的作業(yè)監(jiān)控終端的抓斗作業(yè)參數(shù)設(shè)置軟件流程、IC 卡讀寫程序流程、抓斗作業(yè)實時監(jiān)控程序流程。第6章：最后對所設(shè)計的系統(tǒng)的實際運行結(jié)果進行分析，對已完成的工作進行總結(jié)，并且結(jié)合當(dāng)前的門機監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，給出對課題

36、繼續(xù)深入研究相關(guān)的展望。第2章 門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 在國內(nèi)大多數(shù)港口的散貨碼頭，由于對礦石等散貨進行裝卸操作的隨機性較強，目前在國際和國內(nèi)都沒有成熟的門機作業(yè)量監(jiān)控解決方案?，F(xiàn)有的一些監(jiān)控設(shè)備主要功能是檢測門機工作現(xiàn)場環(huán)境、進行故障統(tǒng)計與故障報警、超重等不規(guī)范作業(yè)進行限制等。因此為了實現(xiàn)對門機作業(yè)量的準(zhǔn)確統(tǒng)計，采用更好的門機作業(yè)監(jiān)控方案就顯得尤為必要。本章首先簡要介紹了現(xiàn)有的門機采用的作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)以及他們的工作原理，然后提出了一種基于FPGA+單片機的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，包括抓斗作業(yè)的實時監(jiān)控方案、監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能以及監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境等。2.1 現(xiàn)有門機

37、監(jiān)控系統(tǒng)簡述門機上現(xiàn)有的作業(yè)監(jiān)控裝置主要有綜合監(jiān)測儀、風(fēng)速儀和超負(fù)荷限制器。綜合監(jiān)測儀常見于通過變頻器和PLC 作為控制設(shè)備的新型門機上，該設(shè)備的主要功能是結(jié)合液晶屏來實時顯示門機的電氣部件的異常狀態(tài)，一旦門機的電氣部件發(fā)生損壞，該綜合監(jiān)測儀能將故障及時顯示出來，并進行報警。風(fēng)速儀主要是為了檢測港口的風(fēng)速大小，確保門機在安全的風(fēng)速下作業(yè)。超負(fù)荷限制器又被稱為力矩限制器14，它被廣泛使用在各種起重類的工程機械上，是現(xiàn)階段國內(nèi)所有門機必須配備的安全生產(chǎn)裝置。這里對力矩限制器的工作原理做一個重點介紹。所謂力矩，是對其中機械的幅度和負(fù)荷重量的大小的一個整體評估。即幅度的變化和負(fù)荷重量的變化都會引起力矩

38、發(fā)生變化。在要求力矩不變的情況下，他們的關(guān)系是此消彼長的，即幅度越小，起重機所能吊起來的物體最大重量越大，反之亦然。它的作用就是監(jiān)測起重機械的力矩變化情況，確保門機無超負(fù)荷作業(yè)情況，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。門機的伸展幅度一旦過大或者吊取貨物的重量過大，極易發(fā)生起重機整體翻倒或者承重鋼絲繩斷裂。因此部分力矩限制器為了簡化設(shè)計，直接設(shè)置了重量閾值和門機變幅的幅度閾值（最大幅度閾值和最小幅度閾值）。一旦門機變幅動作時即將超出最大（或最?。┓葧r，力矩限制器會切斷變幅電機向前（或向后）變幅的控制回路，直到門機司機控制減幅（或增幅）使得幅度達到所設(shè)定的閾值之內(nèi)?？梢姵?fù)荷限制器的使用可以避免門機的突發(fā)超重事故和疲

39、勞作業(yè)，延長設(shè)備使用壽命。超負(fù)荷限制器的種類和型號較多，該設(shè)備的主要構(gòu)成有：(1 壓力傳感器當(dāng)前門機的稱重傳感器大多采用的是電橋式電阻應(yīng)變式高精度壓力傳感器，雖然伴隨著制作工藝的進步，壓力傳感器的線性度有了較大的提高，但是仍然存在比較明顯的測量誤差。國內(nèi)各個港口現(xiàn)階段使用最普遍的是采用四根鋼絲繩的25噸級大型門機，由于作業(yè)時各根鋼絲繩的受力有極大差異，因此一般會對應(yīng)每一根鋼絲繩都安裝一個重量傳感器，通過在軟件編程時增加均值算法來提高重量檢測結(jié)果的精確度。重量傳感器的安裝一般有兩種方式：一種是將重量傳感器全部安裝于鋼絲繩的定滑輪支撐處，還有一種是安裝于機房內(nèi)的卷筒的一側(cè)。他們都有一個缺點，就是門

40、機在抓取貨物作業(yè)過程中一旦有變幅動作發(fā)生，或者是門機在執(zhí)行起升加速或者下降減速動作時，檢測到的重量信號會受到貨物運動加速度的影響有較大的失真。(2 重量信號變送器門機的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，考慮到工業(yè)現(xiàn)場的布線和信號衰減的情況，傳感器的安裝和力矩限制器的安裝所處位置可能會比較遠(yuǎn)。因此在必要的時候可以增加重量信號變送器，用以將微弱的電壓或者電流信號轉(zhuǎn)換為可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S-485信號或者是通過以太網(wǎng)的方式傳送和無線發(fā)送的信號。這種處理方式一是可以防止信號受到工業(yè)環(huán)境其他信號的干擾，保證信號的失真度小，另外也可以簡化布線，化繁為簡。布線的原則是盡量傳輸電流信號而非電壓信號；盡量通過變送器將模擬量信號轉(zhuǎn)化

41、為數(shù)字量的形式傳送，因為頻率信號等傳輸距離更有優(yōu)勢，但是更易受到信號干擾。(3 傳感器信號的放大與A/D轉(zhuǎn)換傳感器信號因自身種類的不同也有非常大的差異。常見的差別是輸出信號的種類和輸出的值的范圍不同，有的重量傳感器輸出的電壓值，這個可以直接送給運放進行信號放大然后進行A/D轉(zhuǎn)換，有的是毫安級的電流信號，這樣就必須要將電流信號做一個變換，先經(jīng)過一個100歐的高精度電阻則可以將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，對這個電壓信號做類似處理即可。通?？紤]到工業(yè)現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境，為了避免電磁干擾，會增加信號濾波電路。例如RC 低通濾波電路可以有效濾除高頻率的信號干擾。電壓的放大有多種方式，可以采用集成運放，也可以

42、采用同時具有運放和A/D轉(zhuǎn)換功能的芯片來做重量信號的采集。一般的轉(zhuǎn)換精度都要求要達到12位及以上。(4 起升變幅控制電路如前所述，超負(fù)荷限制器預(yù)先設(shè)置好了最大幅度閾值和最大重量閾值，在門機作業(yè)過程中超過了所設(shè)定的最大閾值時，超負(fù)荷限制器會發(fā)出一個相應(yīng)的弱電控制信號，利用繼電器輸出來控制切斷門機的相應(yīng)電氣控制回路。例如，作業(yè)過程中門機抓斗作業(yè)抓取了過多的貨物，使得重量超過了門機的重量閾值，此時門機司機必須打開抓斗放下一些貨物，以此減小門機的重量負(fù)荷才可以繼續(xù)進行抓斗作業(yè)。(5 人機交互接口人機交互接口主要是超負(fù)荷限制器的液晶和鍵盤接口。主要的功能包括作業(yè)參數(shù)的設(shè)定、超重的聲光報警、作業(yè)參數(shù)（幅度

43、和重量信息）的實時顯示。早期的超負(fù)荷限制器主要采用的是LED 數(shù)碼管作為作業(yè)信息顯示的人機交互接口、后來隨著超負(fù)荷限制器的升級換代，逐漸開始采用LCD 液晶屏和觸摸屏，這也使得作業(yè)參數(shù)的顯示內(nèi)容更加豐富。因為在人機接口中顯示的重量信息要求為實時作業(yè)噸數(shù)，而采集到的傳感器信號為電壓或電流信號，因此必須要做標(biāo)度變換。該變換是對傳感器信號的轉(zhuǎn)換處理，由于傳感器的信號大多是電流或者電壓信號，將這些信號做一個比例分割，將電壓值或電流值按其理應(yīng)對應(yīng)的值轉(zhuǎn)換為實際的重量值。當(dāng)前的標(biāo)度換算是由傳感器的輸出線性求得的一次函數(shù)或者二次函數(shù)或者直接使用插值法等數(shù)值運算方法。2.2門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計方案

44、本文采用了基于斗數(shù)記錄的門機作業(yè)實時監(jiān)控方法來實現(xiàn)作業(yè)量等信息的實時監(jiān)控。門機在連續(xù)的抓斗作業(yè)的過程中，每一個完整的抓斗作業(yè)過程都會伴隨產(chǎn)生不同作業(yè)動作信號變化。結(jié)合門機已有的信號采集傳感器、另外根據(jù)需要安裝相關(guān)的傳感器裝置即可捕捉到完整的抓斗作業(yè)過程。本文的創(chuàng)新之處即是以抓斗作業(yè)次數(shù)記錄為基礎(chǔ)實現(xiàn)門機作業(yè)量的實時獲取。抓斗作業(yè)的判斷和記錄，與信號的采集緊密相關(guān)。在本系統(tǒng)中主要涉及到的信號有開關(guān)量的直流角度信號，交流抓斗動作信號，毫伏級重量信號，對信號的采集、隔離、轉(zhuǎn)換等都提出了較高的要求。 圖2-1 門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)一次完整的抓斗作業(yè)工藝過程包括：開斗、抓斗下降、閉斗抓貨、抓

45、斗上升、旋轉(zhuǎn)（重量較大）、抓斗下降、開斗卸貨、抓斗上升、旋轉(zhuǎn)（空斗）、抓斗下降等，如此重復(fù)即可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。在優(yōu)化工藝過程提高生產(chǎn)效率時，可以有若干個動作同時進行，但不能缺少任何一個動作。而且其中某個動作有時需要多個命令的同時執(zhí)行才能得以實現(xiàn)，如閉斗操作為腳踏開關(guān)和司機手柄處于上升位置同時發(fā)生方能實現(xiàn)。管理人員為了實時了解門機作業(yè)進度，需要了解司機在一個工班所完成的作業(yè)量。考慮到抓斗作業(yè)中散貨的動態(tài)計量不準(zhǔn)確而且計量方法復(fù)雜的特點，采用記錄各工班司機的作業(yè)斗數(shù)，結(jié)合水尺測量法獲得參與同一條船作業(yè)的同一班次員工的裝卸船貨物總噸數(shù)，用總的裝卸貨物噸數(shù)除以所有當(dāng)班司機作業(yè)斗數(shù)即可得到每一斗的平均重量

46、。然后用每一斗的平均重量乘以每一位門機司機作業(yè)斗數(shù)，即可計算出門機司機在該工班內(nèi)的裝卸貨物估算量。司機完成一次有效的抓斗作業(yè)與司機的動作信號：閉斗、旋轉(zhuǎn)信號和開斗，重量信號，旋轉(zhuǎn)角度以及動作完成時間等密切相關(guān)。司機只有全部完成各工藝流程的動作，而且全部動作時間達到了安全生產(chǎn)所允許的時間，并且抓斗重量和旋轉(zhuǎn)角度都達到規(guī)定要求才能算完成一次有效作業(yè)。當(dāng)抓斗抓取的貨物超重時，需要實時報警并記錄為一次超重斗。但如果司機過分追求作業(yè)斗數(shù)，而在作業(yè)過程中抓斗抓取的貨物重量不達標(biāo)，或旋轉(zhuǎn)角度不達標(biāo)或動作完成時間過快都是門機作業(yè)不允許，要記錄為一次不規(guī)范斗或稱為無效斗。因此門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)在記錄司機作

47、業(yè)量的過程中要實時采集司機的動作信號，抓斗的重量信號和旋轉(zhuǎn)角度信號等。動作信號直接從門機原有的控制系統(tǒng)中采集，無需對門機原有的電氣線路實施改造。重量信號的采集主要是依靠門機上已經(jīng)安裝的力矩限制器在門機鋼絲繩的定滑輪附近或鋼絲繩卷筒附近安裝的多個重量傳感器獲得，一般大門機有四個重量傳感器。門機旋轉(zhuǎn)角度則采用安裝于門機轉(zhuǎn)筒上的紅外傳感器來實現(xiàn)角度信號的采集。 因此所設(shè)計的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它由監(jiān)控終端設(shè)備、信號隔離、中間繼電器、信號變送器及電源等部分組成。門機作業(yè)監(jiān)控終端設(shè)備安裝在門機司機室，是監(jiān)控系統(tǒng)的主控裝置，門機司機可以通過該終端設(shè)備實時掌握作業(yè)實時記錄情況，并

48、且作業(yè)記錄情況能夠轉(zhuǎn)儲到地面的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。監(jiān)控終端設(shè)備具有參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)顯示、信號報警、記錄數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲等功能。顯示采用大屏幕的液晶顯示，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲采用IC 卡，因此監(jiān)控終端設(shè)計了液晶接口和IC 卡讀寫接口，如圖2-1所示。門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)在采集門機各動作信號時，原有的控制電路為220V ，而門機作業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)采用微處理器實現(xiàn)，必須對采集到的電壓信號進行電平轉(zhuǎn)換，因此在圖2-1中設(shè)計了輸出為12VDC 的中間繼電器部分。首先詳細(xì)介紹一下門機的作業(yè)方式。一般散貨碼頭門機的作業(yè)方式主要分為兩種，即無抓斗作業(yè)和有抓斗作業(yè)。無抓斗作業(yè)常見的作業(yè)方式也有兩種，一是門機直接用鋼絲繩吊取袋狀物進行

49、船舶貨物的裝卸，這種作業(yè)方式主要是針對諸如袋裝糧食與其它包裝貨物；二是門機未裝抓斗直接參與其它門機的維修作業(yè)。因為如果有門機在作業(yè)過程中因機械部件損壞或者需要更換電機等較重的部件，只有借助其它門機的大吊裝能力，吊取大的機械構(gòu)件或者是電機等部件協(xié)助維修。這種作業(yè)方式門機也是不需要安裝抓斗的。門機作業(yè)大多是采用門機的第二種作業(yè)方式有抓斗作業(yè)，散貨碼頭的門機大多采用這種作業(yè)方式。這種作業(yè)方式主要是針對沙石類的碎礦。由于歷史原因，現(xiàn)階段國內(nèi)的煤礦、鐵礦以及其它類礦石的運輸都是采用專用的礦石運輸船舶來運輸?shù)摹Ｒ虼嗽谘b卸船時，船艙中都只能堆放沙狀的貨物，必須要用專用的裝卸工具。門機抓斗即是這種專用工具，門

50、機通過裝上抓斗，用抓斗抓取鐵礦石等散貨進行裝卸船作業(yè)。礦石散貨碼頭的作業(yè)幾乎全部是有抓斗作業(yè)，本系統(tǒng)所設(shè)計的門機抓斗作業(yè)實時監(jiān)控方案也是專門針對有抓斗作業(yè)而設(shè)計的。下面將詳細(xì)介紹抓斗作業(yè)的流程。這里以門機卸船為例來說明完整的門機抓斗作業(yè)。門機動作流程如圖2-2所示，連續(xù)的抓斗作業(yè)分為以下幾個步驟：抓斗開斗、抓斗上升、門機旋轉(zhuǎn)、抓斗下降，執(zhí)行這幾個動作時抓斗為空斗，開斗以后旋轉(zhuǎn)到船舶貨艙上方。緊接著門機開始抓貨作業(yè)：抓斗閉斗抓貨，抓斗上升將貨物從船艙提升上來，然后是門機想岸邊旋轉(zhuǎn)，將貨物吊取到碼頭堆場上方。緊接著抓斗下降，然后開斗將貨物卸到岸上的堆場上。當(dāng)然，在連續(xù)作業(yè)的過程中，開斗以后門機還會

51、旋轉(zhuǎn)到船舶那一側(cè)繼續(xù)執(zhí)行抓斗下降、抓斗閉斗等抓斗作業(yè)。 圖2-2 抓斗作業(yè)流程由于實際的門機抓斗作業(yè)工況非常復(fù)雜，以上對作業(yè)流程的分析都是對實際作業(yè)的簡化分析。如實際作業(yè)時，在抓斗第一次閉斗抓到貨物以后，由于船艙比較深，司機在駕駛室可能看不到抓斗是否抓滿了貨物，當(dāng)他稍微提升抓斗以后就能憑經(jīng)驗感覺到抓斗里的貨物不夠多，因此，他會控制抓斗下降到礦堆上開斗后再一次執(zhí)行閉斗動作，只到抓到滿斗的貨物以后他才會控制抓斗起升，然后控制門機旋轉(zhuǎn)將貨物提升到岸上的堆場上。總結(jié)起來，一次完整的抓斗作業(yè)工藝過程包括：開斗、抓斗下降、閉斗抓貨、抓斗上升、旋轉(zhuǎn)（重量較大）、抓斗下降、開斗卸貨、抓斗上升、旋轉(zhuǎn)（空斗）、抓斗下降等，如此重復(fù)即可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。門機生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。整個系統(tǒng)總共包含三個部分：信號采集部分、信號變換部分與作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備。要獲得門機的抓斗作業(yè)的信息，首先要得到門機的抓斗動作信號。這個信號是通過直接在門機的220V AC 控制回路中采集得到的。對于采用PLC 和變頻器控制的新型門機，它的抓斗上升、抓斗下降、腳踏、門機左轉(zhuǎn)、門機右轉(zhuǎn)等信號，是作為PLC 輸入點接入到控制系統(tǒng)中的。因此對這類門機是直接采集控制系統(tǒng)PLC 的輸入點相對應(yīng)的