基于組態(tài)王的鏈斗卸船機(jī)模型電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許秋潤(rùn)+胡雄+李希壘

摘 要：基于歐姆龍PLC和組態(tài)王，為一臺(tái)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的新型鏈斗式卸船機(jī)模型開發(fā)一套電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過編寫PLC控制程序以及設(shè)計(jì)組態(tài)王界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈斗卸船機(jī)各機(jī)構(gòu)的狀態(tài)、連鎖、故障等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，并將采集處理的結(jié)果通過動(dòng)畫的方式表達(dá)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)直觀了解設(shè)備的工作狀態(tài)，為故障排查提供可靠依據(jù)，也可以對(duì)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)的采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行挖掘分析，從而優(yōu)化鏈斗卸船機(jī)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了鏈斗卸船機(jī)的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)采集的一體化，為新型鏈斗卸船機(jī)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，提供了有益探索。

關(guān)鍵詞：鏈斗卸船機(jī)；PLC；組態(tài)王；電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

鏈斗卸船機(jī)是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種連續(xù)卸船機(jī)，其與傳統(tǒng)的抓斗卸船機(jī)相比，具有卸船效率高，對(duì)環(huán)境污染小，能耗低，質(zhì)量小，工作平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn)，因此其在大型港口的散料裝卸作業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院，基于此，自主研制了一臺(tái)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的新型鏈斗卸船實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)。整個(gè)模型機(jī)重5200kg，起升重量100kg，生產(chǎn)率為5000kg/h，該模型機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、鏈斗取料提升機(jī)構(gòu)、鏈斗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及電控部分等組成。該模型機(jī)作業(yè)時(shí)，鏈斗從實(shí)驗(yàn)料池內(nèi)將物料掘取到料斗中，然后通過鏈斗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將物料提升到卸料槽，然后物料通過卸料槽再回到料池中。

1.硬件電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鏈斗卸船機(jī)的電控部分主要是由控制臺(tái)、PLC、PROFIBUS通信模塊、控制三大動(dòng)作的變頻器、以及4臺(tái)YVPEJ71-6變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)等組成。實(shí)驗(yàn)員通過操作臺(tái)發(fā)送動(dòng)作指令，從而使卸船機(jī)完成規(guī)定動(dòng)作。

1.1 PLC選擇

PLC為整個(gè)模型機(jī)電控系統(tǒng)的控制核心，該系統(tǒng)選用歐姆龍CJ2M CPU13型號(hào)的PLC，該P(yáng)LC程序容量為20K，輸入輸出點(diǎn)數(shù)為2560點(diǎn)，其功能強(qiáng)大，具有良好的可擴(kuò)展性，可靠性及靈活性，具有極高的性價(jià)比等特點(diǎn)，在檢測(cè)、監(jiān)控等自動(dòng)化場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。

1.2 變頻器選擇

變頻器主要是改變?nèi)髣?dòng)作驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電壓的頻率及大小，從而改變電機(jī)的輸出功率，該系統(tǒng)選用安川的HB4A0005FBC型號(hào)的變頻器，該變頻器額定電壓為三相AC380V，額定電流為4.4A，適配電機(jī)功率為1.5kW，開關(guān)方式為PWM控制變頻，控制方式為V/F閉環(huán)，輸出電壓調(diào)節(jié)方式為PAM控制，此變頻器節(jié)能高效率，能適應(yīng)重載和過載環(huán)境，在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。

2.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是基于組態(tài)王6.55平臺(tái)，組態(tài)王通過RS-232與歐姆龍PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，可獲取3臺(tái)電機(jī)的實(shí)時(shí)給定轉(zhuǎn)速，反饋速度、反饋扭矩、反饋電流，以及4個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)

卸船機(jī)機(jī)構(gòu)動(dòng)作是由PLC程序控制，實(shí)驗(yàn)員通過操作手柄，向PLC發(fā)送指令，PLC對(duì)指令進(jìn)行邏輯判斷，再向各執(zhí)行電機(jī)發(fā)送動(dòng)作指令，從而機(jī)構(gòu)動(dòng)作，機(jī)構(gòu)動(dòng)作的同時(shí)，各傳感器將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，反饋到PLC，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，PLC也將獲取的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口線發(fā)送到組態(tài)王，組態(tài)王編寫程序及數(shù)據(jù)顯示界面，將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主界面設(shè)計(jì)

在組態(tài)王中設(shè)計(jì)的主監(jiān)測(cè)界面，啟動(dòng)組態(tài)王軟件后，需要監(jiān)測(cè)卸船機(jī)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，首先點(diǎn)擊掃描，實(shí)驗(yàn)員就可以通過左下角的動(dòng)畫了解各機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)動(dòng)作狀態(tài)，然后實(shí)驗(yàn)員可以根據(jù)自己需求，點(diǎn)擊最下方想要監(jiān)控動(dòng)作的對(duì)應(yīng)按鈕，進(jìn)入該動(dòng)作的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面，實(shí)驗(yàn)員既可以從中看到設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，也可以根據(jù)實(shí)際需要把參數(shù)保存到電腦里，以備后續(xù)分析。

3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)所監(jiān)測(cè)的對(duì)象為一臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)，需要做各種工況作業(yè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)是否合理，因此，我們需要采集大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)采集的數(shù)據(jù)與我們理論計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出不足之處，然后再不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終使所設(shè)計(jì)的卸船機(jī)能夠應(yīng)用到工業(yè)當(dāng)中去。

3.1 組態(tài)王實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計(jì)

由上文可知，需要顯示與采集的數(shù)據(jù)主要分成4類，分別為鏈斗旋轉(zhuǎn)、鏈斗提升、小車前后行、以及傳感器數(shù)據(jù)。因此需要設(shè)計(jì)4個(gè)界面來(lái)顯示這些采集到的數(shù)據(jù)，鏈斗旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的5個(gè)主要參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示界面，從界面中可以看出，鏈斗的反饋速度隨著給定速度的變化而變化，給定速度是實(shí)驗(yàn)員給定的，成線性變化，而反饋速度為電機(jī)的實(shí)際速度，其與工況和給定速度有關(guān)，鏈斗旋轉(zhuǎn)的速度出現(xiàn)變化時(shí)，反饋力矩、反饋電流、扭矩模擬量反饋也隨之變化，經(jīng)分析，這些參數(shù)的變化趨勢(shì)與理論上的變化是相一致的，這也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是合理的。

3.2 組態(tài)王數(shù)據(jù)采集界面設(shè)計(jì)

由前文可知，本系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)模型機(jī)的三大動(dòng)作和傳感器數(shù)據(jù)，其實(shí)傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)際也是三大動(dòng)作參數(shù)，因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中將傳感器采集到的數(shù)據(jù)歸類到對(duì)應(yīng)動(dòng)作內(nèi)，故數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分成鏈斗旋轉(zhuǎn)、鏈斗提升、小車前后行三大部分，在采集界面的左端，實(shí)驗(yàn)員可以根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要，選擇要采集的數(shù)據(jù)，在采樣界面中可以采集一個(gè)數(shù)據(jù)或幾個(gè)數(shù)據(jù)，也可以同時(shí)采集16個(gè)數(shù)據(jù)，在采集界面的底部，可以設(shè)置采樣時(shí)間，在采集的過程中，可以停止采樣，也可以清除采樣，重新設(shè)置采樣時(shí)間，重新采樣，采樣完成后，可以將樣本保存到用戶需要的磁盤文件中。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)基于組態(tài)王軟件和歐姆龍PLC實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有較高精度，能夠與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信的鏈斗卸船機(jī)模型的電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)能夠了解設(shè)備各機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，為故障排查提供可靠依據(jù)，同時(shí)也能實(shí)時(shí)顯示與采集鏈斗旋轉(zhuǎn)，鏈斗提升，小車前后行以及傳感器的參數(shù)，為優(yōu)化鏈斗機(jī)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。本系統(tǒng)可靠性高，穩(wěn)定好，已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，并獲取了大量的寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)新型鏈斗卸船機(jī)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中去，奠定了一定的基礎(chǔ)。

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