接近開(kāi)關(guān)在門(mén)機(jī)防風(fēng)鐵楔上的設(shè)計(jì)應(yīng)用

◎ 陳俊宏，黃 同，雷富成

（廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司東莞直屬庫(kù)，廣東 東莞 523143）

隨著廣東省儲(chǔ)備糧管理總公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“省糧”）東莞直屬庫(kù)百萬(wàn)噸倉(cāng)容規(guī)模糧倉(cāng)達(dá)成投產(chǎn)，碼頭裝卸業(yè)務(wù)量也達(dá)到前所未有的高峰。業(yè)務(wù)量的增大，長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度作業(yè)，加之散糧碼頭復(fù)雜的工作環(huán)境，難免會(huì)影響一線員工精神狀態(tài)，特別是夜間光線欠佳的環(huán)境中，可能會(huì)出現(xiàn)或多或少的疏忽。比如門(mén)機(jī)移機(jī)作業(yè)前，需要工人將固定于軌道上的8個(gè)防風(fēng)鐵楔取出才能行走，否則輕則壓壞防風(fēng)鐵楔，重則使門(mén)機(jī)脫軌，后果不堪設(shè)想。因此，技術(shù)人員以消除安全隱患為導(dǎo)向，利用接近開(kāi)關(guān)在這一環(huán)節(jié)上進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，使司機(jī)在駕駛室觸摸屏上能清晰看到防風(fēng)鐵楔是否取出，由PLC控制單元判斷是否滿(mǎn)足行走條件，達(dá)到良好的效果。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 硬件設(shè)計(jì)

1.1.1 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一種具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存與執(zhí)行。可編程控制器由CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成，其工作過(guò)程一般分為輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段，完成上述3個(gè)階段為一個(gè)掃描周期[1]。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個(gè)階段。省糧門(mén)機(jī)電控系統(tǒng)的PLC屬于西門(mén)子S7-300系列，這類(lèi)PLC運(yùn)算功能強(qiáng)大，兼容性、穩(wěn)定性高，其模塊化結(jié)構(gòu)易于拓展，易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置，抗震動(dòng)沖擊性能好，十分適合碼頭惡劣的工業(yè)環(huán)境。

1.1.2 信號(hào)輸入模塊

信號(hào)輸入模塊屬于PLC控制系統(tǒng)的一部分，主要用于接收設(shè)備狀態(tài)信息如溫度、電流、電壓等，或者控制開(kāi)關(guān)如接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等的動(dòng)作信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，傳送到處理單元進(jìn)行程序運(yùn)算。前者屬于模擬量輸入模塊（AI），后者屬于數(shù)字量輸入模塊（DI）。本次技術(shù)改造在原有數(shù)字量輸入模塊（6ES7321-1FH00-0AA0）上直接連接接近開(kāi)關(guān)，接線方便，應(yīng)用兼容性好。

1.1.3 接近開(kāi)關(guān)

接近開(kāi)關(guān)是一種無(wú)需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械直接接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)[2]，區(qū)別于行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)金屬檢測(cè)體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)探頭，開(kāi)關(guān)就能通過(guò)其內(nèi)部電氣通斷進(jìn)行響應(yīng)，從而驅(qū)動(dòng)下一級(jí)控制電路或?yàn)镻LC等其他控制器提供輸入信號(hào)，精準(zhǔn)地進(jìn)行行程控制。接近開(kāi)關(guān)具有動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、頻率響應(yīng)快、應(yīng)用壽命長(zhǎng)及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)等，有電感式、電容式、霍爾式、交流型和直流型[3]。考慮省糧碼頭粉塵大、鹽霧腐蝕等環(huán)境特點(diǎn)，以及省糧碼頭門(mén)機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布，采用德國(guó)Pepperl+Fuchs NBB5-18GM60-WS電感式傳感器（圖1、表1），這類(lèi)接近開(kāi)關(guān)屬于兩線制常開(kāi)型。二線制接近開(kāi)關(guān)安裝簡(jiǎn)單，接線方便，應(yīng)用比較廣泛，但有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)[4]。因此，選用兩線式傳感器時(shí)需要注意一點(diǎn)，應(yīng)保證傳感器的漏電流小于PLC輸入模塊邏輯低電平的最大電流，并留有足夠的空間裕量，否則PLC讀取邏輯狀態(tài)不定容易出現(xiàn)誤動(dòng)作。雖然不同款式不同型號(hào)的PLC邏輯判斷電流不一樣，但原理大致一樣，這是兩線制傳感器應(yīng)用時(shí)需要特別注意的。

表1 NBB5-18GM60-WS電感式傳感器參數(shù)表

圖1 NBB5-18GM60-WS電感式傳感器圖

1.1.4 可轉(zhuǎn)動(dòng)式感應(yīng)基座

根據(jù)傳感器孔徑，結(jié)合防風(fēng)鐵楔（圖2）放置工序及其結(jié)構(gòu)物理特性，自主定制一個(gè)感應(yīng)基座（圖3）焊接在防風(fēng)鐵楔基座旁側(cè)，用于放置接近開(kāi)關(guān)探頭以及被防風(fēng)鐵楔觸動(dòng)。當(dāng)防風(fēng)鐵楔從軌道取出掛起放入基座時(shí)，鐵片被觸動(dòng)，貼近接近開(kāi)關(guān)（圖4）。當(dāng)防風(fēng)鐵楔從基座取出放入軌道時(shí)，鐵片受自身結(jié)構(gòu)重力影響歸位，遠(yuǎn)離接近開(kāi)關(guān)（圖5）。

圖2 防風(fēng)鐵楔圖

圖3 可轉(zhuǎn)動(dòng)式感應(yīng)基座圖

圖4 鐵楔從軌道取出時(shí)圖

圖5 鐵楔放入軌道時(shí)圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

1.2.1 邏輯控制要求

移機(jī)作業(yè)前，當(dāng)工人把防風(fēng)鐵楔從軌道取出放入基座時(shí)，旁邊的鐵片受防風(fēng)鐵楔傳動(dòng)往接近開(kāi)關(guān)側(cè)靠近，接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)后動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸入信號(hào)由常開(kāi)變常閉，PLC內(nèi)部邏輯程序進(jìn)行運(yùn)算處理，達(dá)到行走條件，允許行走。反之，防風(fēng)鐵楔放入軌道時(shí)，接近開(kāi)關(guān)信號(hào)由常閉變常開(kāi)，相應(yīng)行走條件斷開(kāi)，禁止行走（圖6）。

圖6 控制原理圖

1.2.2 部分邏輯程序圖及上位機(jī)畫(huà)面

結(jié)合本次設(shè)計(jì)，在原控制程序上進(jìn)行改進(jìn)（圖7），同時(shí)在司機(jī)室上的觸摸屏進(jìn)行直觀顯示（圖8）。

圖7 部分邏輯程序圖

圖8 觸摸屏畫(huà)面效果圖

2 改造所達(dá)到的效果

（1）準(zhǔn)備大車(chē)行走時(shí)，鐵楔未掛起，此刻行走無(wú)法進(jìn)行。

（2）行走過(guò)程中，中途出現(xiàn)人為等其他突發(fā)情況致鐵楔未掛起，此時(shí)行走電機(jī)制動(dòng)，不能繼續(xù)行走，需待司機(jī)與機(jī)下確認(rèn)情況。

（3）當(dāng)傳感器或其他部件存在故障時(shí)，司機(jī)與機(jī)下人員確認(rèn)鐵楔已經(jīng)掛起，不在軌道后，可點(diǎn)擊觸摸屏臨時(shí)屏蔽按鈕，此刻能進(jìn)行行走。

（4）鐵楔放置與掛起全程司機(jī)室觸摸屏可視化。

3 結(jié)語(yǔ)

港口機(jī)械裝備技術(shù)水平?jīng)Q定了碼頭裝卸工藝的專(zhuān)業(yè)化、自動(dòng)化程度，并直接影響港口作業(yè)人員安全[5]。面對(duì)省糧老式門(mén)機(jī)沒(méi)有新裝電動(dòng)型防風(fēng)鐵楔的情況，利用接近開(kāi)關(guān)在防風(fēng)鐵楔上進(jìn)行技術(shù)改造，也能收到理想的效果，進(jìn)而提高了裝卸設(shè)備安全性能。對(duì)比電動(dòng)型防風(fēng)鐵楔，其制作過(guò)程短，投入成本及故障率幾乎為零，真正實(shí)現(xiàn)了“小技改，大安全”，不失為一個(gè)經(jīng)濟(jì)選擇，為碼頭裝卸設(shè)備相關(guān)技術(shù)改造提供了借鑒。