UnitOne電子凸輪在自動化岸橋上的應用

姚向明 張暉鵬 湯家偉

港口自動化岸橋通常由主小車起升機構和門架起升卷筒上的機械凸輪控制起升電機的起升高度，但機械凸輪存在制造精度不高、觸點易磨損、調整難度較大、調節精度較差等問題。隨著電子機械技術的發展，電子凸輪應運而生。電子凸輪是一種模擬機械凸輪工作的智能控制器，采用電磁驅動代替機械凸輪的機械驅動，并通過軟件控制驅動電機帶動負載。由于電子凸輪在穩定性、安全性、高精度等方面表現突出，其在工業生產中得到廣泛應用，例如：西門子、羅克韋爾等企業已將電子凸輪應用到其所生產的設備中[1];我國也已將電子凸輪技術應用于機械壓力機、數控飛剪機等設備中，從而大大提高設備的穩定性和安全性。

自動化岸橋UnitOne電子凸輪將安裝在卷盤軸上的絕對值編碼器的位置信息反饋至可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）模塊，由PLC模塊將解碼計算的位置信號結果反饋至電子凸輪，從而通過設定高度位置來控制起升電機減速和停止。UnitOne電子凸輪在自動化岸橋上的應用有利于提高岸橋集裝箱抓取作業的控制精度、安全性和自動化水平，從而達到降低設備故障率和維修成本的目的。

1 電子凸輪工作原理

電子凸輪主要由上位機、驅動機構、執行機構和檢測機構組成[2]：上位機通過PLC實現對電子凸輪曲線數據的處理;驅動機構采用全數字伺服驅動器，與三相異步電機構成完整的伺服系統[3];執行機構的主要功能是驅動負載裝置（卷筒）;檢測機構主要通過增量式編碼器檢測執行機構的速度和位置等，并反饋至上位機PLC，從而實現電子凸輪運動。電子凸輪工作原理如圖1所示：增量式編碼器檢測卷筒旋轉位置并將檢測到的位置數據反饋至上位機PLC;輸出裝置將通過軟件設定的點反饋至上位機PLC;上位機PLC完成對電子凸輪曲線和凸輪表數據的處理。

2 UnitOne電子凸輪在自動化岸橋上的

應用

自動化岸橋的UnitOne電子凸輪主要通過安裝在卷筒上的位置編碼器來確定主軸當前的位置值，并根據主軸的位置值來確定和執行電子凸輪的啟動和停止。一旦位置編碼器發出特定位置的信號，就會觸發電子凸輪停止，此時電子凸輪因無法獲取主軸的位置值而停止運動。自動化岸橋主小車起升機構主要有海側下減速、海側下停止、陸側上停止、陸側上減速、陸側下停止和陸側下減速等6個控制點位。主小車起升機構的伺服電機帶動卷筒旋轉，并通過安裝在卷筒上的位置傳感器檢測位置信號;位置傳感器將位置信號發送至上位機PLC;上位機PLC依據電子凸輪曲線的位置數據控制卷筒旋轉，并通過卷筒所對應的位置信號控制電子凸輪的啟動和停止。[4]UnitOne電子凸輪解決了傳統機械凸輪不能停準上死點的缺陷，提高了自動化岸橋起升控制精度。

UnitOne電子凸輪上位機采用西門子S7-319-3PN/ DP型PLC，其具有高速運算功能，并支持PROFINET通信協議。伺服電機型號為西門子1PH8 354-7KZ40- 2AX0-Z，由伺服驅動器控制，并通過增量式編碼器實施位置檢測。自動化岸橋UnitOne電子凸輪采用ERCPro3軟件（見圖2）設定死點位置。軟件通過數據線與電子凸輪端口連接并控制電子凸輪運動，進而實現對岸橋起升機構的控制，具體原理如下。

（1）當ERCPro3連接到端口時，點擊界面中的“讀取”鍵。

（2）在ERCPro3“讀取”狀態下動起升機構，可以看到“當前位置”一欄顯示的編碼器讀數，據此調整起升機構升降。

（3）為自動化岸橋起升機構的海側下減速、海側下停止、陸側上停止、陸側上減速、陸側下停止和陸側下減速設定參數。若編碼器讀數反相，可以在“基本設定”中將“cw”改成“ccw”并保存。

（4）當起升機構的位置讀數為“0”時，點擊“設定”鍵進入“范圍值”，在“pos1”中設置“0”，在“pos2”中設置實際起升高度，系統自動計算電子凸輪運動范圍值（見圖3）。

（5）設定起升高度后，將計算得到的電子凸輪運動數據填入“基本設定”中的“參數”欄，然后點擊“設定”鍵保存（見圖4），完成電子凸輪運動參數設定。

3 結束語

UnitOne電子凸輪的應用有助于實現自動化岸橋起升機構的精確定位。與傳統機械凸輪相比，電子凸輪可通過軟件讀取和設置起升機構位置，實現對自動化岸橋主小車和門架起升機構升降范圍的快速設定。當需要對自動化岸橋起升機構實施位置校正時，通過軟件即可實現對電子凸輪編碼器數據清零，從而大大縮短設備維修時間，節約人力成本。

參考文獻：

[1] 王程，賀煒. 凸輪機構CAD/CAM研究的回顧與展望[J]. 機械傳動，2008，32（6）：119-121.

[2] 楊祥根，韋勇. 電子凸輪控制器在機械壓力機上的應用[J]. 鍛壓裝備與制造技術，2008，43（6）：52-56.

[3] 阮毅，陳伯時.電力拖動自動控制系統――運動控制系統[M].4版. 北京：機械工業出版社，2010：269-271.

[4] 李中年. 控制電器及應用[M]. 北京：清華大學出版社，2006.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-03-26）