UnitOne電子凸輪在自動化岸橋上的應(yīng)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(gòu)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(diào)整難度較大、調(diào)節(jié)精度較差等問題。隨著電子機械技術(shù)的發(fā)展，電子凸輪應(yīng)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(qū)動代替機械凸輪的機械驅(qū)動，并通過軟件控制驅(qū)動電機帶動負載。由于電子凸輪在穩(wěn)定性、安全性、高精度等方面表現(xiàn)突出，其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，例如：西門子、羅克韋爾等企業(yè)已將電子凸輪應(yīng)用到其所生產(chǎn)的設(shè)備中[1];我國也已將電子凸輪技術(shù)應(yīng)用于機械壓力機、數(shù)控飛剪機等設(shè)備中，從而大大提高設(shè)備的穩(wěn)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(jié)果反饋至電子凸輪，從而通過設(shè)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(yīng)用有利于提高岸橋集裝箱抓取作業(yè)的控制精度、安全性和自動化水平，從而達到降低設(shè)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(qū)動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和檢測機構(gòu)組成[2]：上位機通過PLC實現(xiàn)對電子凸輪曲線數(shù)據(jù)的處理;驅(qū)動機構(gòu)采用全數(shù)字伺服驅(qū)動器，與三相異步電機構(gòu)成完整的伺服系統(tǒng)[3];執(zhí)行機構(gòu)的主要功能是驅(qū)動負載裝置（卷筒）;檢測機構(gòu)主要通過增量式編碼器檢測執(zhí)行機構(gòu)的速度和位置等，并反饋至上位機PLC，從而實現(xiàn)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(zhuǎn)位置并將檢測到的位置數(shù)據(jù)反饋至上位機PLC;輸出裝置將通過軟件設(shè)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(shù)據(jù)的處理。

2 UnitOne電子凸輪在自動化岸橋上的

應(yīng)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(dāng)前的位置值，并根據(jù)主軸的位置值來確定和執(zhí)行電子凸輪的啟動和停止。一旦位置編碼器發(fā)出特定位置的信號，就會觸發(fā)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(gòu)主要有海側(cè)下減速、海側(cè)下停止、陸側(cè)上停止、陸側(cè)上減速、陸側(cè)下停止和陸側(cè)下減速等6個控制點位。主小車起升機構(gòu)的伺服電機帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，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(fā)送至上位機PLC;上位機PLC依據(jù)電子凸輪曲線的位置數(shù)據(jù)控制卷筒旋轉(zhuǎn)，并通過卷筒所對應(yīng)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(tǒng)機械凸輪不能停準(zhǔn)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(xié)議。伺服電機型號為西門子1PH8 354-7KZ40- 2AX0-Z，由伺服驅(qū)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(shè)定死點位置。軟件通過數(shù)據(jù)線與電子凸輪端口連接并控制電子凸輪運動，進而實現(xiàn)對岸橋起升機構(gòu)的控制，具體原理如下。

（1）當(dāng)ERCPro3連接到端口時，點擊界面中的“讀取”鍵。

（2）在ERCPro3“讀取”狀態(tài)下動起升機構(gòu)，可以看到“當(dāng)前位置”一欄顯示的編碼器讀數(shù)，據(jù)此調(diào)整起升機構(gòu)升降。

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

（4）當(dāng)起升機構(gòu)的位置讀數(shù)為“0”時，點擊“設(shè)定”鍵進入“范圍值”，在“pos1”中設(shè)置“0”，在“pos2”中設(shè)置實際起升高度，系統(tǒng)自動計算電子凸輪運動范圍值（見圖3）。

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

3 結(jié)束語

UnitOne電子凸輪的應(yīng)用有助于實現(xiàn)自動化岸橋起升機構(gòu)的精確定位。與傳統(tǒng)機械凸輪相比，電子凸輪可通過軟件讀取和設(shè)置起升機構(gòu)位置，實現(xiàn)對自動化岸橋主小車和門架起升機構(gòu)升降范圍的快速設(shè)定。當(dāng)需要對自動化岸橋起升機構(gòu)實施位置校正時，通過軟件即可實現(xiàn)對電子凸輪編碼器數(shù)據(jù)清零，從而大大縮短設(shè)備維修時間，節(jié)約人力成本。

參考文獻：

[1] 王程，賀煒. 凸輪機構(gòu)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(yīng)用[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，43（6）：52-56.

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

[4] 李中年. 控制電器及應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-03-26）