港口門機模擬裝置的設計與應用

高生存，郭 雷

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營口市農業工程學校，營口 115009；2. 營口港務集團固機公司，營口 115009）

港口門機模擬裝置的設計與應用

Design and application of port portal-type crane simulator

高生存1，郭 雷2

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 營口市農業工程學校，營口 115009；2. 營口港務集團固機公司，營口 115009）

本文論述門機模擬裝置的基本設計原理及其在就業崗位培訓中的應用。本模擬裝置既經濟實用，又不失技術上的先進性，它操作安全、方便、可靠，提高了學生動手能力，實現了專業實踐與實際就業崗位的有機結合，達到了模擬培訓的預期效果。

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越結構，在港口得到廣泛的應用，隨著變頻器、PLC等新控制技術在門機上的應用，對維修工人的要求也越來越高。為適應港口快速發展的需要，我校決定為港電專業設計制作一臺門機模擬裝置，以方便學生快速掌握起重機械的結構和原理，并通過PLC和變頻器的學習和實踐，讓學生掌握當前電氣自動化控制的基本常識，提高動手能力，突出實踐技能培養的職教理念。

1 門機模擬裝置的構成和作用

該模擬裝置以M10-33門機為設計參考原型，包括起升、變幅、旋轉三大機構，考慮到是室內安裝，所以沒有設計行走機構。金屬結構主要包括臂架、人字臺、轉臺、固定門架、支腿等；驅動裝置采用交流電動機，其控制系統參考目前國內港機系統技術最新、應用較廣的控制系統，起升和變幅電機采用安川變頻器進行調速控制，為了便于與變頻控制對比，旋轉機構采用常規調速控制，全機采用AB系列 PLC進行控制，為了便于學習和實驗，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原理圖如圖1所示。

模擬裝置的機械結構部分，主要對學生起到感性認識的作用，通過三大機構的協調動作，來演示門機作業中的動作過程，并對實驗過程中各項控制參數的調整起到直觀反應，便于學生理解和掌握。

模擬裝置的電氣控制部分，主要是讓學生理解PLC和變頻控制的原理與特點，并進一步掌握PLC編程、PLC在線調試、變頻器參數設定及調試等知識，通過理論和實踐相結合的方法，提高學生的技能水平。

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，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矩,NM

Mjmax—提升載荷所需最大額定轉矩,NM

ICN—變頻器額定輸出電流,A

Ie—電動機額定電流,A

MCN—變頻器額定轉矩,NM

根據以往設備的使用經驗，以及安川變頻器在港口起重機械界的普遍應用，我們選用YASKAWA Varispeed—616G7A2P2型變頻器。其標稱輸出功率為2.2KW，額定輸出電流為4.5A。

3 PLC的選用

根據營口港務集團港機設備目前的使用情況，我們采用較為普遍的Rockwell公司的AB子公司生產的 PLC。根據被控對象的I/O點數以及工藝要求、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裝置只是用于實訓室內部的模擬實訓，在電氣控制方面不可能像港口碼頭現場門機的電氣控制那樣復雜，因而我們實際所使用的輸入輸出點數要比港口碼頭門機少。

3.1 起升機構系統控制要求

對門機起升控制系統的基本要求有：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 確定起升控制系統的I/O點數并分配地址編號

根據以上分析，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 起升機構地址表

3.3 PLC配置及PLC外圍接線圖

三大機構共有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 起升機構梯形圖的編寫

根據起升電機要實現的控制要求，編寫出對應的起升機構梯形圖。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 結論

門機模擬裝置投入培訓以來，經過幾個周期的實驗實訓，結果表明，該模擬裝置控制系統較好地模擬了港口門機的吊鉤工況和港務局門機平時培訓環境，使學生不出校門就可以了解門機的結構、基本原理和工況，學到PLC梯形圖的編寫和變頻器的調試，它的應用大大提高了學生的學習興趣，使抽象的理論學習變得直觀形象，便于學生快速提高知識水平，從而為將來進港工作時快速適應工作崗位打下堅實的基礎。而我們培養的港口電氣專業畢業生到就業崗位參加培訓時果然熟練而高效，考核合格率高達100%，受到企業領導與工程技術人員的認可，充分體現了校企結合的辦學方針，達到了職業學校為企業培養人才的目的。

[1] 孫琦.PLC變頻器在門座起重機中的使用[J].中國高新技術企業,2008,(22):117,125.

[2] 路野,周朝暉.基于PLC和變頻調速的恒壓供水系統設計[J]. 計算機與數字工程,2009,(01):162-164.

[3] 徐如敬.PLC和變頻器在中央空調系統中的節能應用[J].電氣技術,2009, (01):34-37.

[4] 王梅生,許長山.變頻器在起重機起升機構中的應用[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，主要從事電類專業課程的講授、教研、專業建設與管理。