港口門機模擬裝置的設(shè)計與應(yīng)用

高生存，郭 雷

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)校，營口 115009；2. 營口港務(wù)集團固機公司，營口 115009）

港口門機模擬裝置的設(shè)計與應(yīng)用

Design and application of port portal-type crane simulator

高生存1，郭 雷2

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營口市農(nóng)業(yè)工程學(xué)校，營口 115009；2. 營口港務(wù)集團固機公司，營口 115009）

本文論述門機模擬裝置的基本設(shè)計原理及其在就業(yè)崗位培訓(xùn)中的應(yīng)用。本模擬裝置既經(jīng)濟實用，又不失技術(shù)上的先進性，它操作安全、方便、可靠，提高了學(xué)生動手能力，實現(xiàn)了專業(yè)實踐與實際就業(yè)崗位的有機結(jié)合，達到了模擬培訓(xùn)的預(yù)期效果。

門機模擬裝置；PLC；變頻器；起升控制

0 引言

港口門座起重機作為一種通用的港口起重機械，其較好的工作性能和獨特的優(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)在門機上的應(yīng)用，對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)計制作一臺門機模擬裝置，以方便學(xué)生快速掌握起重機械的結(jié)構(gòu)和原理，并通過PLC和變頻器的學(xué)習(xí)和實踐，讓學(xué)生掌握當(dāng)前電氣自動化控制的基本常識，提高動手能力，突出實踐技能培養(yǎng)的職教理念。

1 門機模擬裝置的構(gòu)成和作用

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

模擬裝置的機械結(jié)構(gòu)部分，主要對學(xué)生起到感性認識的作用，通過三大機構(gòu)的協(xié)調(diào)動作，來演示門機作業(yè)中的動作過程，并對實驗過程中各項控制參數(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，并進一步掌握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，通過理論和實踐相結(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載功率為依據(jù)，因電動機的容量是有等級的，所以選用的電動機往往具有一定的功率裕量，在變頻器選用時無需重復(fù)放寬裕量，僅需驗證其電流是否大于電動機電流即可。變頻器容量計算公式如下：

式中：Mmin—電機起動過程中的最小轉(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—電動機額定電流,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，以及安川變頻器在港口起重機械界的普遍應(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)營口港務(wù)集團港機設(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)被控對象的I/O點數(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。

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

3.1 起升機構(gòu)系統(tǒng)控制要求

對門機起升控制系統(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控制和故障報警控制等。

3.2 確定起升控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)并分配地址編號

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

表1 起升機構(gòu)地址表

3.3 PLC配置及PLC外圍接線圖

三大機構(gòu)共有21個輸入點，14個輸出點，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PLC外圍接線如圖2所示。

3.4 起升機構(gòu)梯形圖的編寫

根據(jù)起升電機要實現(xiàn)的控制要求，編寫出對應(yīng)的起升機構(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

門機模擬裝置投入培訓(xùn)以來，經(jīng)過幾個周期的實驗實訓(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的吊鉤工況和港務(wù)局門機平時培訓(xùn)環(huán)境，使學(xué)生不出校門就可以了解門機的結(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)生快速提高知識水平，從而為將來進港工作時快速適應(yīng)工作崗位打下堅實的基礎(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)時果然熟練而高效，考核合格率高達100%，受到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)與工程技術(shù)人員的認可，充分體現(xiàn)了校企結(jié)合的辦學(xué)方針，達到了職業(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中的使用[J].中國高新技術(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[J]. 計算機與數(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,許長山.變頻器在起重機起升機構(gòu)中的應(yīng)用[J].港口裝卸,1998, (02):3-25.

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

[6] 美國Allen-Bradley SLC500指令集參考手冊.

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。