港口門機(jī)模擬裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

高生存，郭 雷

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營(yíng)口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)校，營(yíng)口 115009；2. 營(yíng)口港務(wù)集團(tuán)固機(jī)公司，營(yíng)口 115009）

港口門機(jī)模擬裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

Design and application of port portal-type crane simulator

高生存1，郭 雷2

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營(yíng)口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)校，營(yíng)口 115009；2. 營(yíng)口港務(wù)集團(tuán)固機(jī)公司，營(yíng)口 115009）

本文論述門機(jī)模擬裝置的基本設(shè)計(jì)原理及其在就業(yè)崗位培訓(xùn)中的應(yīng)用。本模擬裝置既經(jīng)濟(jì)實(shí)用，又不失技術(shù)上的先進(jìn)性，它操作安全、方便、可靠，提高了學(xué)生動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)實(shí)踐與實(shí)際就業(yè)崗位的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到了模擬培訓(xùn)的預(yù)期效果。

門機(jī)模擬裝置；PLC；變頻器；起升控制

0 引言

港口門座起重機(jī)作為一種通用的港口起重機(jī)械，其較好的工作性能和獨(dú)特的優(yōu)越結(jié)構(gòu)，在港口得到廣泛的應(yīng)用，隨著變頻器、PLC等新控制技術(shù)在門機(jī)上的應(yīng)用，對(duì)維修工人的要求也越來越高。為適應(yīng)港口快速發(fā)展的需要，我校決定為港電專業(yè)設(shè)計(jì)制作一臺(tái)門機(jī)模擬裝置，以方便學(xué)生快速掌握起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)和原理，并通過PLC和變頻器的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，讓學(xué)生掌握當(dāng)前電氣自動(dòng)化控制的基本常識(shí)，提高動(dòng)手能力，突出實(shí)踐技能培養(yǎng)的職教理念。

1 門機(jī)模擬裝置的構(gòu)成和作用

該模擬裝置以M10-33門機(jī)為設(shè)計(jì)參考原型，包括起升、變幅、旋轉(zhuǎn)三大機(jī)構(gòu)，考慮到是室內(nèi)安裝，所以沒有設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)主要包括臂架、人字臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、固定門架、支腿等；驅(qū)動(dòng)裝置采用交流電動(dòng)機(jī)，其控制系統(tǒng)參考目前國(guó)內(nèi)港機(jī)系統(tǒng)技術(shù)最新、應(yīng)用較廣的控制系統(tǒng)，起升和變幅電機(jī)采用安川變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，為了便于與變頻控制對(duì)比，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用常規(guī)調(diào)速控制，全機(jī)采用AB系列 PLC進(jìn)行控制，為了便于學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，電氣控制裝置和被控制的機(jī)械裝置各自獨(dú)立安裝。其整體電氣控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

模擬裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，主要對(duì)學(xué)生起到感性認(rèn)識(shí)的作用，通過三大機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，來演示門機(jī)作業(yè)中的動(dòng)作過程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中各項(xiàng)控制參數(shù)的調(diào)整起到直觀反應(yīng)，便于學(xué)生理解和掌握。

模擬裝置的電氣控制部分，主要是讓學(xué)生理解PLC和變頻控制的原理與特點(diǎn)，并進(jìn)一步掌握PLC編程、PLC在線調(diào)試、變頻器參數(shù)設(shè)定及調(diào)試等知識(shí)，通過理論和實(shí)踐相結(jié)合的方法，提高學(xué)生的技能水平。

下面以起升變頻器和PLC的選用為例，簡(jiǎn)述變頻器和PLC在模擬裝置中的選用。

2 起升變頻器的選用

2.1 電機(jī)的選用

圖1 電氣控制系統(tǒng)原理圖

2.2 變頻器的選用

變頻器容量的選取仍以負(fù)載功率為依據(jù)，因電動(dòng)機(jī)的容量是有等級(jí)的，所以選用的電動(dòng)機(jī)往往具有一定的功率裕量，在變頻器選用時(shí)無需重復(fù)放寬裕量，僅需驗(yàn)證其電流是否大于電動(dòng)機(jī)電流即可。變頻器容量計(jì)算公式如下：

式中：Mmin—電機(jī)起動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩,NM

Mjmax—提升載荷所需最大額定轉(zhuǎn)矩,NM

ICN—變頻器額定輸出電流,A

Ie—電動(dòng)機(jī)額定電流,A

MCN—變頻器額定轉(zhuǎn)矩,NM

根據(jù)以往設(shè)備的使用經(jīng)驗(yàn)，以及安川變頻器在港口起重機(jī)械界的普遍應(yīng)用，我們選用YASKAWA Varispeed—616G7A2P2型變頻器。其標(biāo)稱輸出功率為2.2KW，額定輸出電流為4.5A。

3 PLC的選用

根據(jù)營(yíng)口港務(wù)集團(tuán)港機(jī)設(shè)備目前的使用情況，我們采用較為普遍的Rockwell公司的AB子公司生產(chǎn)的 PLC。根據(jù)被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們選用AB公司的SLC 500系列1747-L531型模塊式PLC。該系列PLC具有高可靠性、豐富的指令集、易于掌握、操作便捷。

考慮到這套電控實(shí)訓(xùn)裝置只是用于實(shí)訓(xùn)室內(nèi)部的模擬實(shí)訓(xùn)，在電氣控制方面不可能像港口碼頭現(xiàn)場(chǎng)門機(jī)的電氣控制那樣復(fù)雜，因而我們實(shí)際所使用的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要比港口碼頭門機(jī)少。

3.1 起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)控制要求

對(duì)門機(jī)起升控制系統(tǒng)的基本要求有：升降主令零位控制、升降主令上升控制、升降主令下降控制、升降主令一檔控制、升降主令二檔控制；上升限位控制、下降限位控制，以及電磁抱閘的延時(shí)控制和故障報(bào)警控制等。

3.2 確定起升控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)并分配地址編號(hào)

根據(jù)以上分析，起升控制需7個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)。輸入端均為開關(guān)量信號(hào)，輸出端均接繼電器線圈。其地址分配如表1所示。

表1 起升機(jī)構(gòu)地址表

3.3 PLC配置及PLC外圍接線圖

三大機(jī)構(gòu)共有21個(gè)輸入點(diǎn)，14個(gè)輸出點(diǎn)，所以輸入模塊選用兩塊1746-IV16模塊；輸出模塊選用一塊1746-OW16模塊；CPU模塊選用1747-L531模塊；電源模塊選用1746-P4模塊。

整個(gè)PLC外圍接線如圖2所示。

3.4 起升機(jī)構(gòu)梯形圖的編寫

根據(jù)起升電機(jī)要實(shí)現(xiàn)的控制要求，編寫出對(duì)應(yīng)的起升機(jī)構(gòu)梯形圖。限于版面所限，此處的PLC梯形圖略去，讀者如有需要，可來信索取。

4 結(jié)論

門機(jī)模擬裝置投入培訓(xùn)以來，經(jīng)過幾個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，結(jié)果表明，該模擬裝置控制系統(tǒng)較好地模擬了港口門機(jī)的吊鉤工況和港務(wù)局門機(jī)平時(shí)培訓(xùn)環(huán)境，使學(xué)生不出校門就可以了解門機(jī)的結(jié)構(gòu)、基本原理和工況，學(xué)到PLC梯形圖的編寫和變頻器的調(diào)試，它的應(yīng)用大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使抽象的理論學(xué)習(xí)變得直觀形象，便于學(xué)生快速提高知識(shí)水平，從而為將來進(jìn)港工作時(shí)快速適應(yīng)工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而我們培養(yǎng)的港口電氣專業(yè)畢業(yè)生到就業(yè)崗位參加培訓(xùn)時(shí)果然熟練而高效，考核合格率高達(dá)100%，受到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)與工程技術(shù)人員的認(rèn)可，充分體現(xiàn)了校企結(jié)合的辦學(xué)方針，達(dá)到了職業(yè)學(xué)校為企業(yè)培養(yǎng)人才的目的。

[1] 孫琦.PLC變頻器在門座起重機(jī)中的使用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2008,(22):117,125.

[2] 路野,周朝暉.基于PLC和變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2009,(01):162-164.

[3] 徐如敬.PLC和變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用[J].電氣技術(shù),2009, (01):34-37.

[4] 王梅生,許長(zhǎng)山.變頻器在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用[J].港口裝卸,1998, (02):3-25.

[5] 日本YASKAWA株式會(huì)社安川電機(jī),Varispeed G7使用說明書(型號(hào):CIMR-G7A)2004,07.

[6] 美國(guó)Allen-Bradley SLC500指令集參考手冊(cè).

N945.13

B

1009-0134(2010)11(下)-0136-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).47

2010-09-19

高生存（1969 -），男，遼寧鲅魚圈人，高級(jí)講師，在讀碩士，主要從事電類專業(yè)課程的講授、教研、專業(yè)建設(shè)與管理。