接近開關在門機防風鐵楔上的設計應用

◎ 陳俊宏，黃 同，雷富成

（廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫，廣東 東莞 523143）

隨著廣東省儲備糧管理總公司（以下簡稱“省糧”）東莞直屬庫百萬噸倉容規模糧倉達成投產，碼頭裝卸業務量也達到前所未有的高峰。業務量的增大，長時間高強度作業，加之散糧碼頭復雜的工作環境，難免會影響一線員工精神狀態，特別是夜間光線欠佳的環境中，可能會出現或多或少的疏忽。比如門機移機作業前，需要工人將固定于軌道上的8個防風鐵楔取出才能行走，否則輕則壓壞防風鐵楔，重則使門機脫軌，后果不堪設想。因此，技術人員以消除安全隱患為導向，利用接近開關在這一環節上進行設計應用，使司機在駕駛室觸摸屏上能清晰看到防風鐵楔是否取出，由PLC控制單元判斷是否滿足行走條件，達到良好的效果。

1 設計思路

1.1 硬件設計

1.1.1 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一種具有微處理器的用于自動化控制的數字運算控制器，可以將控制指令隨時載入內存進行儲存與執行。可編程控制器由CPU、指令及數據內存、輸入/輸出接口、電源和數字模擬轉換等功能單元組成，其工作過程一般分為輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新3個階段，完成上述3個階段為一個掃描周期[1]。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述3個階段。省糧門機電控系統的PLC屬于西門子S7-300系列，這類PLC運算功能強大，兼容性、穩定性高，其模塊化結構易于拓展，易于實現分布式的配置，抗震動沖擊性能好，十分適合碼頭惡劣的工業環境。

1.1.2 信號輸入模塊

信號輸入模塊屬于PLC控制系統的一部分，主要用于接收設備狀態信息如溫度、電流、電壓等，或者控制開關如接近開關、行程開關等的動作信號，然后進行數據轉換，傳送到處理單元進行程序運算。前者屬于模擬量輸入模塊（AI），后者屬于數字量輸入模塊（DI）。本次技術改造在原有數字量輸入模塊（6ES7321-1FH00-0AA0）上直接連接接近開關，接線方便，應用兼容性好。

1.1.3 接近開關

接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的位置開關[2]，區別于行程開關，當金屬檢測體接近開關的感應探頭，開關就能通過其內部電氣通斷進行響應，從而驅動下一級控制電路或為PLC等其他控制器提供輸入信號，精準地進行行程控制。接近開關具有動作可靠、性能穩定、頻率響應快、應用壽命長及抗干擾能力強等特點，并具有防水、防震、耐腐蝕等特點，在自動控制系統中可作為限位、計數、定位控制和自動保護環節等，有電感式、電容式、霍爾式、交流型和直流型[3]。考慮省糧碼頭粉塵大、鹽霧腐蝕等環境特點，以及省糧碼頭門機電控系統結構分布，采用德國Pepperl+Fuchs NBB5-18GM60-WS電感式傳感器（圖1、表1），這類接近開關屬于兩線制常開型。二線制接近開關安裝簡單，接線方便，應用比較廣泛，但有殘余電壓和漏電流大的缺點[4]。因此，選用兩線式傳感器時需要注意一點，應保證傳感器的漏電流小于PLC輸入模塊邏輯低電平的最大電流，并留有足夠的空間裕量，否則PLC讀取邏輯狀態不定容易出現誤動作。雖然不同款式不同型號的PLC邏輯判斷電流不一樣，但原理大致一樣，這是兩線制傳感器應用時需要特別注意的。

表1 NBB5-18GM60-WS電感式傳感器參數表

圖1 NBB5-18GM60-WS電感式傳感器圖

1.1.4 可轉動式感應基座

根據傳感器孔徑，結合防風鐵楔（圖2）放置工序及其結構物理特性，自主定制一個感應基座（圖3）焊接在防風鐵楔基座旁側，用于放置接近開關探頭以及被防風鐵楔觸動。當防風鐵楔從軌道取出掛起放入基座時，鐵片被觸動，貼近接近開關（圖4）。當防風鐵楔從基座取出放入軌道時，鐵片受自身結構重力影響歸位，遠離接近開關（圖5）。

圖2 防風鐵楔圖

圖3 可轉動式感應基座圖

圖4 鐵楔從軌道取出時圖

圖5 鐵楔放入軌道時圖

1.2 軟件設計

1.2.1 邏輯控制要求

移機作業前，當工人把防風鐵楔從軌道取出放入基座時，旁邊的鐵片受防風鐵楔傳動往接近開關側靠近，接近開關感應后動作，對應的數字量輸入信號由常開變常閉，PLC內部邏輯程序進行運算處理，達到行走條件，允許行走。反之，防風鐵楔放入軌道時，接近開關信號由常閉變常開，相應行走條件斷開，禁止行走（圖6）。

圖6 控制原理圖

1.2.2 部分邏輯程序圖及上位機畫面

結合本次設計，在原控制程序上進行改進（圖7），同時在司機室上的觸摸屏進行直觀顯示（圖8）。

圖7 部分邏輯程序圖

圖8 觸摸屏畫面效果圖

2 改造所達到的效果

（1）準備大車行走時，鐵楔未掛起，此刻行走無法進行。

（2）行走過程中，中途出現人為等其他突發情況致鐵楔未掛起，此時行走電機制動，不能繼續行走，需待司機與機下確認情況。

（3）當傳感器或其他部件存在故障時，司機與機下人員確認鐵楔已經掛起，不在軌道后，可點擊觸摸屏臨時屏蔽按鈕，此刻能進行行走。

（4）鐵楔放置與掛起全程司機室觸摸屏可視化。

3 結語

港口機械裝備技術水平決定了碼頭裝卸工藝的專業化、自動化程度，并直接影響港口作業人員安全[5]。面對省糧老式門機沒有新裝電動型防風鐵楔的情況，利用接近開關在防風鐵楔上進行技術改造，也能收到理想的效果，進而提高了裝卸設備安全性能。對比電動型防風鐵楔，其制作過程短，投入成本及故障率幾乎為零，真正實現了“小技改，大安全”，不失為一個經濟選擇，為碼頭裝卸設備相關技術改造提供了借鑒。