卸船機(jī)教學(xué)模型電氣控制程序設(shè)計(jì)

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摘要:橋式抓斗卸船機(jī)目前已經(jīng)成為散貨碼頭接卸鐵礦石、煤炭等大宗散貨的主力港機(jī)。隨著裝機(jī)數(shù)量的不斷增加，港口企業(yè)對(duì)卸船機(jī)司機(jī)和卸船機(jī)維保技術(shù)人員的需求也逐步增大。本文從卸船機(jī)控制基本原理出發(fā)，完整設(shè)計(jì)一套卸船機(jī)電控程序，同時(shí)應(yīng)用到1∶40的卸船機(jī)模型當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)人員培訓(xùn)、企業(yè)展示、研發(fā)平臺(tái)等多種功能。

關(guān)鍵詞:港口;電氣設(shè)備;卸船機(jī);PLC;教學(xué)模型

一、控制系統(tǒng)硬件部分

為貼合卸船機(jī)本身電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，模型采用與卸船機(jī)電控系統(tǒng)相同的主控PLC型號(hào)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(jìn)行編程操作。通過(guò)Profibus通信方式實(shí)現(xiàn)與各分站模塊CI801以及輸入輸出模塊DI801、DO802等功能硬件的通信功能。動(dòng)力部分采用24VDC電機(jī)，配合直流調(diào)速器進(jìn)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功能。并采用干簧管開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等各類(lèi)限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)保護(hù)和位置檢測(cè)功能。

二、主要機(jī)構(gòu)功能

卸船機(jī)控制分為起升、開(kāi)閉、小車(chē)、大車(chē)等機(jī)構(gòu)運(yùn)行控制。手動(dòng)指令由左右機(jī)構(gòu)操作手柄發(fā)出，驅(qū)動(dòng)不同電機(jī)進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作?？刂瞥绦蚴滓鉀Q的問(wèn)題是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同時(shí)判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)行的位置和狀態(tài)。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)尺寸和成本考慮，結(jié)合模型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所需的控制精度，控制程序采用計(jì)時(shí)器加限位來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)狀態(tài)的判斷功能。即對(duì)關(guān)鍵位置設(shè)置限位進(jìn)行狀態(tài)修正，其他情況通過(guò)電機(jī)速度和運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算設(shè)備狀態(tài)。以抓斗高度S為例:S=k1*(t1-t3)+k2*(t2-t4)+bt1=上升速度1運(yùn)行時(shí)間t2=上升速度2運(yùn)行時(shí)間。t3=下降速度1運(yùn)行時(shí)間t4=下降速度2運(yùn)行時(shí)間。k1、k2、b為調(diào)整合適的比例值及常數(shù)。其他機(jī)構(gòu)計(jì)算方式與上述計(jì)算方式相同或更為簡(jiǎn)單(只有一種速度):對(duì)于抓斗的限位設(shè)置，主要使用干簧管開(kāi)關(guān)配合抓斗上安裝的磁鐵，進(jìn)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(shí)結(jié)合抓斗起升、開(kāi)閉電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)抓斗起升上限、起升下限、開(kāi)斗極限、閉斗極限等抓斗極限狀態(tài)進(jìn)行限制，防止出現(xiàn)抓斗繩過(guò)松或者抓斗沖頂、觸底事故。對(duì)于大車(chē)的限位設(shè)置，主要是軌道兩側(cè)極限位置的接近開(kāi)關(guān)，通過(guò)檢測(cè)大車(chē)兩側(cè)行走輪進(jìn)行安全限制，防止設(shè)備出軌。同時(shí)結(jié)合大車(chē)走行電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)大車(chē)位置進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)倉(cāng)口位置，選擇合適的大車(chē)停車(chē)、作業(yè)位置。其他的輔助機(jī)構(gòu)，如司機(jī)室走行、接料板起放等，均使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行安全保護(hù)和位置確認(rèn)。機(jī)構(gòu)狀態(tài)確認(rèn)后，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。機(jī)構(gòu)運(yùn)行邏輯如下圖:當(dāng)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(kāi)閉聯(lián)動(dòng)狀態(tài)后，再?zèng)Q定輸出速度。當(dāng)前模式下無(wú)起升上升或下降指令，則程序結(jié)束。機(jī)構(gòu)無(wú)動(dòng)作。其他機(jī)構(gòu)動(dòng)作方式與起升動(dòng)作方式相同或更為簡(jiǎn)單(無(wú)聯(lián)動(dòng)模式)。

三、自動(dòng)運(yùn)行功能

(一)自動(dòng)作業(yè)程序當(dāng)自動(dòng)模式選中并啟動(dòng)后，PLC程序?qū)⒆詣?dòng)控制卸船機(jī)進(jìn)行各機(jī)構(gòu)動(dòng)作，展示一臺(tái)卸船機(jī)從冷備用狀態(tài)開(kāi)始執(zhí)行的各種指令(電梯上升，大臂放下，司機(jī)室移動(dòng)，大車(chē)移動(dòng)，循環(huán)抓料等)，從而達(dá)到自動(dòng)展示一臺(tái)卸船機(jī)作業(yè)的狀態(tài)和各機(jī)構(gòu)動(dòng)作情況的功能。其運(yùn)行邏輯如上圖所示:自動(dòng)模式啟動(dòng)后，首先判斷卸船機(jī)俯仰角度是否為0°。若不是0°則自動(dòng)進(jìn)行俯仰下降操作，俯仰角度小于等于0°時(shí)停止。當(dāng)俯仰角度滿(mǎn)足條件后，判斷上機(jī)電梯是否位于4層，不滿(mǎn)足則運(yùn)行電梯;當(dāng)電梯層級(jí)滿(mǎn)足條件后，判斷司機(jī)室是否位于倉(cāng)口上方，不滿(mǎn)足則移動(dòng)司機(jī)室向海側(cè)運(yùn)行;當(dāng)司機(jī)室位置滿(mǎn)足條件后，判斷大車(chē)位置是否滿(mǎn)足條件，不滿(mǎn)足則向前行進(jìn)大車(chē)，當(dāng)大車(chē)位置到達(dá)設(shè)定作業(yè)倉(cāng)口后，繼續(xù)判斷接料板狀態(tài)，不滿(mǎn)足則自動(dòng)放下接料板。當(dāng)卸船機(jī)的輔助機(jī)構(gòu)，即俯仰、大車(chē)、接料板、司機(jī)室等設(shè)備的狀態(tài)符合運(yùn)行條件后，就可以根據(jù)抓斗狀態(tài)，來(lái)進(jìn)行自動(dòng)抓料程序。正常情況下，抓斗應(yīng)位于初始位，即抓斗位于格柵上方，且抓斗處于打開(kāi)狀態(tài)。如果抓斗狀態(tài)不滿(mǎn)足初始狀態(tài)，則不能進(jìn)行自動(dòng)抓料程序。需要手動(dòng)對(duì)抓斗位置進(jìn)行調(diào)整，這是為了保護(hù)抓斗繩和設(shè)備，防止抓斗觸底或者碰觸接料板。當(dāng)抓斗位于格柵上方時(shí)，判斷抓斗是否打開(kāi)，未打開(kāi)則自動(dòng)將抓斗完全打開(kāi)。同時(shí)小車(chē)向海側(cè)行進(jìn)，當(dāng)小車(chē)位置超過(guò)接料板伸出的安全距離后，抓斗可以進(jìn)行下降動(dòng)作，同時(shí)小車(chē)?yán)^續(xù)向海側(cè)行進(jìn)。小車(chē)、起升機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，任意機(jī)構(gòu)狀態(tài)達(dá)到設(shè)定值后，即可單獨(dú)停止運(yùn)行。當(dāng)小車(chē)、起升均達(dá)到設(shè)定位置，即抓斗進(jìn)入船艙內(nèi)部料面上方，就可以進(jìn)行抓料即閉斗操作，抓斗完全閉合后，執(zhí)行抓斗返回動(dòng)作。首先抓斗提升，高度超過(guò)倉(cāng)口后小車(chē)開(kāi)始向陸側(cè)行進(jìn)，當(dāng)抓斗返回格柵上方后，抓斗打開(kāi)放料。一個(gè)抓料流程完成，根據(jù)自動(dòng)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(yùn)行。

(二)自動(dòng)復(fù)位程序自動(dòng)復(fù)位程序作為自動(dòng)程序的補(bǔ)充部分，其功能為:當(dāng)自動(dòng)模式選中、自動(dòng)復(fù)位程序啟動(dòng)時(shí)，卸船機(jī)可以以任意作業(yè)狀態(tài)開(kāi)始自動(dòng)執(zhí)行復(fù)位至冷備用狀態(tài)(大車(chē)位于后停止，俯仰抬起，抓斗位于起始位，司機(jī)室位于停止位，接料板抬起等)。復(fù)位功能運(yùn)行邏輯如上圖所示:與自動(dòng)運(yùn)行功能類(lèi)似，當(dāng)卸船機(jī)處于任意作業(yè)狀態(tài)時(shí)，均執(zhí)行抓斗打開(kāi)、抓斗提升、小車(chē)陸側(cè)行進(jìn)的動(dòng)作，使抓斗返回格柵上方。當(dāng)抓斗達(dá)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(shí)將輔助機(jī)構(gòu)執(zhí)行返回動(dòng)作。

四、結(jié)語(yǔ)

卸船機(jī)模型制作實(shí)際上是相當(dāng)復(fù)雜和煩瑣的過(guò)程。其主要難度集中在機(jī)械設(shè)計(jì)和制作上。電氣控制設(shè)計(jì)作為機(jī)械設(shè)計(jì)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行和限位控制。作為司機(jī)、技術(shù)人員教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，卸船機(jī)教學(xué)模型比起傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)更加安全，也更加直觀。在企業(yè)對(duì)外展示中，也起到了更加直觀的效果。

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作者：郭東方 單位：曹妃甸港礦石碼頭股份有限公司