港口门机模拟装置的设计与应用

高生存，郭 雷

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 营口市农业工程学校，营口 115009；2. 营口港务集团固机公司，营口 115009）

港口门机模拟装置的设计与应用

Design and application of port portal-type crane simulator

高生存1，郭 雷2

GAO Sheng-cun1,GUO Lei2

（1. 营口市农业工程学校，营口 115009；2. 营口港务集团固机公司，营口 115009）

本文论述门机模拟装置的基本设计原理及其在就业岗位培训中的应用。本模拟装置既经济实用，又不失技术上的先进性，它操作安全、方便、可靠，提高了学生动手能力，实现了专业实践与实际就业岗位的有机结合，达到了模拟培训的预期效果。

门机模拟装置；PLC；变频器；起升控制

0 引言

港口门座起重机作为一种通用的港口起重机械，其较好的工作性能和独特的优越结构，在港口得到广泛的应用，随着变频器、PLC等新控制技术在门机上的应用，对维修工人的要求也越来越高。为适应港口快速发展的需要，我校决定为港电专业设计制作一台门机模拟装置，以方便学生快速掌握起重机械的结构和原理，并通过PLC和变频器的学习和实践，让学生掌握当前电气自动化控制的基本常识，提高动手能力，突出实践技能培养的职教理念。

1 门机模拟装置的构成和作用

该模拟装置以M10-33门机为设计参考原型，包括起升、变幅、旋转三大机构，考虑到是室内安装，所以没有设计行走机构。金属结构主要包括臂架、人字台、转台、固定门架、支腿等；驱动装置采用交流电动机，其控制系统参考目前国内港机系统技术最新、应用较广的控制系统，起升和变幅电机采用安川变频器进行调速控制，为了便于与变频控制对比，旋转机构采用常规调速控制，全机采用AB系列 PLC进行控制，为了便于学习和实验，电气控制装置和被控制的机械装置各自独立安装。其整体电气控制系统原理图如图1所示。

模拟装置的机械结构部分，主要对学生起到感性认识的作用，通过三大机构的协调动作，来演示门机作业中的动作过程，并对实验过程中各项控制参数的调整起到直观反应，便于学生理解和掌握。

模拟装置的电气控制部分，主要是让学生理解PLC和变频控制的原理与特点，并进一步掌握PLC编程、PLC在线调试、变频器参数设定及调试等知识，通过理论和实践相结合的方法，提高学生的技能水平。

下面以起升变频器和PLC的选用为例，简述变频器和PLC在模拟装置中的选用。

2 起升变频器的选用

2.1 电机的选用

图1 电气控制系统原理图

2.2 变频器的选用

变频器容量的选取仍以负载功率为依据，因电动机的容量是有等级的，所以选用的电动机往往具有一定的功率裕量，在变频器选用时无需重复放宽裕量，仅需验证其电流是否大于电动机电流即可。变频器容量计算公式如下：

式中：Mmin—电机起动过程中的最小转矩,NM

Mjmax—提升载荷所需最大额定转矩,NM

ICN—变频器额定输出电流,A

Ie—电动机额定电流,A

MCN—变频器额定转矩,NM

根据以往设备的使用经验，以及安川变频器在港口起重机械界的普遍应用，我们选用YASKAWA Varispeed—616G7A2P2型变频器。其标称输出功率为2.2KW，额定输出电流为4.5A。

3 PLC的选用

根据营口港务集团港机设备目前的使用情况，我们采用较为普遍的Rockwell公司的AB子公司生产的 PLC。根据被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，我们选用AB公司的SLC 500系列1747-L531型模块式PLC。该系列PLC具有高可靠性、丰富的指令集、易于掌握、操作便捷。

考虑到这套电控实训装置只是用于实训室内部的模拟实训，在电气控制方面不可能像港口码头现场门机的电气控制那样复杂，因而我们实际所使用的输入输出点数要比港口码头门机少。

3.1 起升机构系统控制要求

对门机起升控制系统的基本要求有：升降主令零位控制、升降主令上升控制、升降主令下降控制、升降主令一档控制、升降主令二档控制；上升限位控制、下降限位控制，以及电磁抱闸的延时控制和故障报警控制等。

3.2 确定起升控制系统的I/O点数并分配地址编号

根据以上分析，起升控制需7个输入点，6个输出点。输入端均为开关量信号，输出端均接继电器线圈。其地址分配如表1所示。

表1 起升机构地址表

3.3 PLC配置及PLC外围接线图

三大机构共有21个输入点，14个输出点，所以输入模块选用两块1746-IV16模块；输出模块选用一块1746-OW16模块；CPU模块选用1747-L531模块；电源模块选用1746-P4模块。

整个PLC外围接线如图2所示。

3.4 起升机构梯形图的编写

根据起升电机要实现的控制要求，编写出对应的起升机构梯形图。限于版面所限，此处的PLC梯形图略去，读者如有需要，可来信索取。

4 结论

门机模拟装置投入培训以来，经过几个周期的实验实训，结果表明，该模拟装置控制系统较好地模拟了港口门机的吊钩工况和港务局门机平时培训环境，使学生不出校门就可以了解门机的结构、基本原理和工况，学到PLC梯形图的编写和变频器的调试，它的应用大大提高了学生的学习兴趣，使抽象的理论学习变得直观形象，便于学生快速提高知识水平，从而为将来进港工作时快速适应工作岗位打下坚实的基础。而我们培养的港口电气专业毕业生到就业岗位参加培训时果然熟练而高效，考核合格率高达100%，受到企业领导与工程技术人员的认可，充分体现了校企结合的办学方针，达到了职业学校为企业培养人才的目的。

[1] 孙琦.PLC变频器在门座起重机中的使用[J].中国高新技术企业,2008,(22):117,125.

[2] 路野,周朝晖.基于PLC和变频调速的恒压供水系统设计[J]. 计算机与数字工程,2009,(01):162-164.

[3] 徐如敬.PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用[J].电气技术,2009, (01):34-37.

[4] 王梅生,许长山.变频器在起重机起升机构中的应用[J].港口装卸,1998, (02):3-25.

[5] 日本YASKAWA株式会社安川电机,Varispeed G7使用说明书(型号:CIMR-G7A)2004,07.

[6] 美国Allen-Bradley SLC500指令集参考手册.

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，辽宁鲅鱼圈人，高级讲师，在读硕士，主要从事电类专业课程的讲授、教研、专业建设与管理。