卸船機教學模型電氣控制程序的設計

郭東方

關(guān)鍵詞：港口;電氣設備;卸船機;PLC;教學模型

一、控制系統(tǒng)硬件部分

為貼合卸船機本身電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，模型采用與卸船機電控系統(tǒng)相同的主控PLC型號及配套輸入輸出模塊、通信功能。使用ABB公司AC800M系列主控PLC，利用以太網(wǎng)端口進行編程操作。通過Profibus通信方式實現(xiàn)與各分站模塊C1801以及輸入輸出模塊D1801、D0802等功能硬件的通信功能。動力部分采用24VDC電機，配合直流調(diào)速器進行機構(gòu)驅(qū)動功能。并采用干簧管開關(guān)、接近開關(guān)、微動開關(guān)等各類限位開關(guān)實現(xiàn)保護和位置檢測功能。

二、主要機構(gòu)功能

卸船機控制分為起升、開閉、小車、大車等機構(gòu)運行控制。手動指令由左右機構(gòu)操作手柄發(fā)出，驅(qū)動不同電機進行機構(gòu)動作。控制程序首要解決的問題是驅(qū)動電機的同時判斷機構(gòu)運行的位置和狀態(tài)。由于驅(qū)動電機尺寸和成本考慮，結(jié)合模型機構(gòu)運動所需的控制精度，控制程序采用計時器加限位來實現(xiàn)機構(gòu)狀態(tài)的判斷功能。即對關(guān)鍵位置設置限位進行狀態(tài)修正，其他情況通過電機速度和運行時間來計算設備狀態(tài)。以抓斗高度s為例：

其他機構(gòu)計算方式與上述計算方式相同或更為簡單（只有一種速度）：

對于抓斗的限位設置，主要使用干簧管開關(guān)配合抓斗上安裝的磁鐵，進行關(guān)鍵位置的狀態(tài)重置，如抓斗起始位，船艙上方，抓斗前極限。同時結(jié)合抓斗起升、開閉電機的運行時間，對抓斗起升上限、起升下限、開斗極限、閉斗極限等抓斗極限狀態(tài)進行限制，防止出現(xiàn)抓斗繩過松或者抓斗沖頂、觸底事故。

對于大車的限位設置，主要是軌道兩側(cè)極限位置的接近開關(guān)，通過檢測大車兩側(cè)行走輪進行安全限制，防止設備出軌。同時結(jié)合大車走行電機的運行時間，對大車位置進行計算，根據(jù)倉口位置，選擇合適的大車停車、作業(yè)位置。

其他的輔助機構(gòu)，如司機室走行、接料板起放等，均使用微動開關(guān)進行安全保護和位置確認。

機構(gòu)狀態(tài)確認后，可以進行機構(gòu)運行。機構(gòu)運行邏輯如下圖：當一種操作模式選中后，鎖定另一種操作模式的指令輸出;再判斷是否起升開閉聯(lián)動狀態(tài)后，再決定輸出速度。當前模式下無起升上升或下降指令，則程序結(jié)束。機構(gòu)無動作。

其他機構(gòu)動作方式與起升動作方式相同或更為簡單（無聯(lián)動模式）。

三、自動運行功能

（一）自動作業(yè)程序

當自動模式選中并啟動后，PLC程序?qū)⒆詣涌刂菩洞瑱C進行各機構(gòu)動作，展示一臺卸船機從冷備用狀態(tài)開始執(zhí)行的各種指令（電梯上升，大臂放下，司機室移動，大車移動，循環(huán)抓料等），從而達到自動展示一臺卸船機作業(yè)的狀態(tài)和各機構(gòu)動作情況的功能。其運行邏輯如上圖所示：自動模式啟動后，首先判斷卸船機俯仰角度是否為0°。若不是0°則自動進行俯仰下降操作，俯仰角度小于等于0°時停止。當俯仰角度滿足條件后，判斷上機電梯是否位于4層，不滿足則運行電梯;當電梯層級滿足條件后，判斷司機室是否位于倉口上方，不滿足則移動司機室向海側(cè)運行;當司機室位置滿足條件后，判斷大車位置是否滿足條件，不滿足則向前行進大車，當大車位置到達設定作業(yè)倉口后，繼續(xù)判斷接料板狀態(tài)，不滿足則自動放下接料板。當卸船機的輔助機構(gòu)，即俯仰、大車、接料板、司機室等設備的狀態(tài)符合運行條件后，就可以根據(jù)抓斗狀態(tài)，來進行自動抓料程序。

正常情況下，抓斗應位于初始位，即抓斗位于格柵上方，且抓斗處于打開狀態(tài)。如果抓斗狀態(tài)不滿足初始狀態(tài)，則不能進行自動抓料程序。需要手動對抓斗位置進行調(diào)整，這是為了保護抓斗繩和設備，防止抓斗觸底或者碰觸接料板。當抓斗位于格柵上方時，判斷抓斗是否打開，未打開則自動將抓斗完全打開。同時小車向海側(cè)行進，當小車位置超過接料板伸出的安全距離后，抓斗可以進行下降動作，同時小車繼續(xù)向海側(cè)行進。小車、起升機構(gòu)聯(lián)動運行時，任意機構(gòu)狀態(tài)達到設定值后，即可單獨停止運行。當小車、起升均達到設定位置，即抓斗進入船艙內(nèi)部料面上方，就可以進行抓料即閉斗操作，抓斗完全閉合后，執(zhí)行抓斗返回動作。首先抓斗提升，高度超過倉口后小車開始向陸側(cè)行進，當抓斗返回格柵上方后，抓斗打開放料。一個抓料流程完成，根據(jù)自動模式是否激活，程序可以執(zhí)行下一輪抓料流程或者停止運行。

（二）自動復位程序

自動復位程序作為自動程序的補充部分，其功能為：當自動模式選中、自動復位程序啟動時，卸船機可以以任意作業(yè)狀態(tài)開始自動執(zhí)行復位至冷備用狀態(tài)（大車位于后停止，俯仰抬起，抓斗位于起始位，司機室位于停止位，接料板抬起等）。復位功能運行邏輯如上圖所示：與自動運行功能類似，當卸船機處于任意作業(yè)狀態(tài)時，均執(zhí)行抓斗打開、抓斗提升、小車陸側(cè)行進的動作，使抓斗返回格柵上方。當抓斗達到格柵上方后，抓斗下降一定高度，將抓斗放置在格柵上方。同時將輔助機構(gòu)執(zhí)行返回動作。

四、結(jié)語

卸船機模型制作實際上是相當復雜和煩瑣的過程。其主要難度集中在機械設計和制作上。電氣控制設計作為機械設計的補充，實現(xiàn)機構(gòu)運行和限位控制。作為司機、技術(shù)人員教學和實驗平臺，卸船機教學模型比起傳統(tǒng)現(xiàn)場教學更加安全，也更加直觀。在企業(yè)對外展示中，也起到了更加直觀的效果。