淺談碼頭快速登船橋位移傳感器應用原理及故障解決方法

摘? 要：文章主要對港口客運碼頭登船橋運行中電控問題進行了深入分析，以期在維修與管理中快速找出問題并迅速解決，把問題扼殺在萌芽狀態，將故障停機時間縮短到最低程度，提高設備的利用率，為公司產出好的效率！

關鍵詞：PLC程序;位移傳感器;油缸;程序分析

1項目背景

隨著經濟與科技的發展，自動化控制在港路口設備中的應用越來越廣泛，成為港口提效與增產的重要途徑。一旦設備出現故障不能正常運行，如果不能深入了解其控制原理，小故障造成大問題，對公司會產生不可估量的損失。

深圳市廣匯源環境水務有限公司有四個客運登船碼頭，每個碼頭左右各有一個登船橋。由于客運量大，每個登船橋利用率高，故要求出現問題能及時快速修復。其控制部分是由傳感器把動作信號轉換成4～20mA給PLC采集，PLC中的CPU通過運算與觸摸屏設定信號比較由輸出點給放大板，放大后的功率信號驅動左右油缸同步上或下。如果兩個油缸不同步達一定值，會拉彎油缸使油缸報廢。每個油缸成本要二十多萬元，整個橋架伸入在海中，換油缸工藝復雜、成本高。為了不損壞油缸，壞了能快速準確找出問題，本文對其控制原理進行深入分析與探討。

2控制原理

2.1位移傳感器介紹

傳感器內部安裝有自卷彈簧滾輪，3.5m長的鋼絲繩緊繞在滾輪上，每圈相同，當操作登船橋液壓油缸上下移動時，固定在油缸上的鋼絲繩也相應上下垂直運動，帶動傳感器滾輪旋轉，滾輪上有測量編碼器，經轉換后可實現最大量程0～3.5米對應4～20mA信號電流給控制器PLC采樣運算，PLC輸出相應信號，使兩油缸能同步上下平行伸縮，從而避免了橋的主體扭曲損壞。傳感器型號為JF-103BE420SM58-WH，端子接線見表1。

2.2位移傳感器信號到快速登船橋控制系統的連接

傳感器到PLC控制系統連接只用了4根線，見表1，棕色和白色兩根線是傳感器內部電源輸入，電源24V由快速登船橋控制電源L+和L-提供;另外兩根粉色和黑色是傳感器輸出的電流信號，它接到控制器PLC模擬模塊I0和I1的輸入端;還有一個灰色功能線，它與棕色線短接6s可實現傳感器復位到初始位，也就是輸出4mA的初始位，在更換傳感器時要用上。其它線的功能不用，空閑狀態。

2.3位移傳感器故障判斷

位移傳感器壞后最典型的現象是，橋在升降過程中油泵電機突然停止，蜂鳴器一直報警，且泵在10s內啟動不了，需等10s后才能重新啟動，泵啟動后按升降開關還不動作，這時應該懷疑位移傳感器問題，用電流表毫安擋，分別串接兩傳感器信號線（在傳感器本體上是粉色和黑色線，經電纜連接轉換后到控制器上，黃色的線號是P5.1，綠色線號是 P5.4），測量是否在4～20mA以內，如不在進一步確認是否供給傳感器DC24電源是否正常，如電源正常則傳感器已壞，需更換。如兩傳感器信號電流都在4～20mA以內，則嘗試更換傳感器方式及重新調零位。

2.4位移傳感器更換方法

傳感器按原位裝好、線接好后電源送上，橋手動升到最高位，分別短接兩個傳感器灰色和棕色線6s以上，使傳感器復位到零位，然后在控制箱PLC上短接輸入點I13和0V持續時間5s以上，這時兩傳感器初始零位值就寫入了PLC內保存，完成后如沒有其它故障，蜂鳴器報警和故障指示燈應該馬上消失，最后用萬用表毫安擋分別串接兩傳感器信號線校驗是否正確，結束完成更換。

2.5位移傳感器在快速登船橋PLC程序分析

本文選擇了與傳感器應用相關的程序作為講解，闡述功能要點，了解內在原理，以8號泊位登船橋程序作為分析：

（1）傳感器零點設定程序，功能是設置兩油缸在平衡狀態下的初始位，算出兩油缸高度差值等。

當把PLC輸入點%I0.13與0V短接5s后，即可把左右油缸兩個位移傳感器的初值通過PLC模擬通道%IW2.0和%IW2.1送給存儲器%MW40和%MW41。在程序運行及油缸上下動作后，程序把傳感器實時的值減去設定的初始值，分別送到%MW20和%MW21儲存，最后把%MW20和%MW21之間差值送到%MW51保存。這樣最后得到兩油缸在設定初始值以后的實時差值送到寄存器%MW51里，作為不平衡依據。

（2）登船橋啟動升降時給PLC模擬輸出賦值的程序，功能是為PLC模擬輸出給兩油缸電磁閥驅動器提供數字量。

當上升%M13或下降%M14動作后，寫入一個9000的數到%MW50寄存器，（因PLC模擬輸出設置0～10V對應0～10000數字量，經算得9000/10000×10V=9V）即PLC輸出最高9V的電壓給比列電磁閥驅動器;當沒有按上升和下降，則把%MW50、%MW52、%MW53三個寄存器清零。

（3）兩油缸位置實時差值（%MW51）在啟動上升階段的比較賦值程序，功能是在油缸上升運過程中如兩油缸不平衡時，通過調節賦值改變PLC模擬輸出量，調節油缸電磁閥驅動器，使油缸恢復到平衡狀態。

當上升%M13接通，條件是%MW51<-37（因兩油缸位置傳感器信號4～20mA到PLC模擬輸入通道%IW2.0和%IW2.1對應數字量設為0～32767，傳感器4～20mA又對應傳感器長度0～ 3500mm，即算得-37數字對應長度為-37/32767×3500≈-4mm），也就是兩油缸相差值<-4mm時寄存器%MW53賦值1500;當油缸差值≥-4mm或≤4mm時，%MW53和%MW52寄存器清零;當差值>4mm時，%MW52寄存器賦值1500。

（4）兩油缸位置實時差值（%MW51）在啟動下降階段的比較賦值程序，功能同（3）。

當下降%M14接通，條件是兩油缸相差值-4mm時寄存器%MW52賦值1500;當差值≥-4mm或≤4mm時%MW53和%MW52寄存器清零;當差值>4mm時，%MW53寄存器賦值1500。

（5）兩油缸位置差值經實時比較，PLC輸出相應邏輯處理的程序。功能是兩油缸的實時差值作為比較，如在容許范圍內則根據前幾段程序賦值，PLC輸出相應模擬量控制油缸電磁閥驅動器，使兩油缸自動條節平衡，如兩油缸差值太大不在容許范圍，則PLC輸出保護等。

當468≤%MW51≥-468（也就是±468/32767×3500≈±50mm）時，根據程序（3）和（4），PLC給兩油缸電磁閥驅動器的模擬輸出通道%QW2.0和%QW2.1分別賦值，如相差超過4mm時相應的寄存器賦值1500，即（因PLC模擬輸出設置是0～10V對應0～10000數字量）（9000-1500）/32767×10V=7.5V，輸入給超前油缸電磁閥驅動器使電磁閥開度減小，運動變慢，而滯后油缸電磁閥驅動器輸入的電壓為9000/32767×10V=9V，速度不變;當兩油缸平衡相差<4mm范圍內，則超前的油缸電磁閥驅動器輸入電壓又回復到9V，兩油缸運行速度變為一樣，反之亦然，這樣自動實現了兩油缸調平目的。

當兩油缸平衡差值%MW51>50mm或%MW51<-50mm時，則超出容許范圍，把PLC輸出模擬通道清零，兩油缸電磁閥驅動器停止，油缸異常%M18位動作，輸出保護。

（6）油泵啟動保護程序，功能是實現在PLC上電或其它功能異常保護又恢復情況下，必須經過10s延時油泵電機才能啟動。

其中當有兩油缸位置差值超過容許范圍，油缸異常%M18動作時，在一個掃描周期的上升沿使%Q0.9取反停止，則油泵電機停機，同時%Q0.9復位自鎖，導致油泵電機啟動不了，此時需時間計時器%TM0計時10s后，%M7動作解鎖，%Q0.9又重新啟動動作，油泵電機才允許重新啟動。

（7）登船橋功能異常蜂鳴器報警程序，其中有兩油缸位置差值超過容許范圍，油缸異常%M18動作時則%Q0.1輸出，蜂鳴器報警，直到兩油缸位置差值在容許范圍以內%M18復位，蜂鳴器才停止報警。

3結束語

綜上所述，本文闡述了位移傳感器在碼頭登船橋中的應用、油缸升降自動調節平衡方法、遇到危險故障后控制器如何保護處理等。這些都在程序里反應出來，從而快速找到問題并修復，希望能給相關人員提供參考 附有關程序：

參考文獻

[1]? 王兆宇.施耐德PLC電氣設計與編程自學寶典[M].北京：中國電力出版社，2015.

作者簡介：黎明剛（1971.06.12），男，湖北隨卅人，大專，電工技師，從事自動化相關工作。