UnitOne电子凸轮在自动化岸桥上的应用

姚向明 张晖鹏 汤家伟

港口自动化岸桥通常由主小车起升机构和门架起升卷筒上的机械凸轮控制起升电机的起升高度，但机械凸轮存在制造精度不高、触点易磨损、调整难度较大、调节精度较差等问题。随着电子机械技术的发展，电子凸轮应运而生。电子凸轮是一种模拟机械凸轮工作的智能控制器，采用电磁驱动代替机械凸轮的机械驱动，并通过软件控制驱动电机带动负载。由于电子凸轮在稳定性、安全性、高精度等方面表现突出，其在工业生产中得到广泛应用，例如：西门子、罗克韦尔等企业已将电子凸轮应用到其所生产的设备中[1];我国也已将电子凸轮技术应用于机械压力机、数控飞剪机等设备中，从而大大提高设备的稳定性和安全性。

自动化岸桥UnitOne电子凸轮将安装在卷盘轴上的绝对值编码器的位置信息反馈至可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）模块，由PLC模块将解码计算的位置信号结果反馈至电子凸轮，从而通过设定高度位置来控制起升电机减速和停止。UnitOne电子凸轮在自动化岸桥上的应用有利于提高岸桥集装箱抓取作业的控制精度、安全性和自动化水平，从而达到降低设备故障率和维修成本的目的。

1 电子凸轮工作原理

电子凸轮主要由上位机、驱动机构、执行机构和检测机构组成[2]：上位机通过PLC实现对电子凸轮曲线数据的处理;驱动机构采用全数字伺服驱动器，与三相异步电机构成完整的伺服系统[3];执行机构的主要功能是驅动负载装置（卷筒）;检测机构主要通过增量式编码器检测执行机构的速度和位置等，并反馈至上位机PLC，从而实现电子凸轮运动。电子凸轮工作原理如图1所示：增量式编码器检测卷筒旋转位置并将检测到的位置数据反馈至上位机PLC;输出装置将通过软件设定的点反馈至上位机PLC;上位机PLC完成对电子凸轮曲线和凸轮表数据的处理。

2 UnitOne电子凸轮在自动化岸桥上的

应用

自动化岸桥的UnitOne电子凸轮主要通过安装在卷筒上的位置编码器来确定主轴当前的位置值，并根据主轴的位置值来确定和执行电子凸轮的启动和停止。一旦位置编码器发出特定位置的信号，就会触发电子凸轮停止，此时电子凸轮因无法获取主轴的位置值而停止运动。自动化岸桥主小车起升机构主要有海侧下减速、海侧下停止、陆侧上停止、陆侧上减速、陆侧下停止和陆侧下减速等6个控制点位。主小车起升机构的伺服电机带动卷筒旋转，并通过安装在卷筒上的位置传感器检测位置信号;位置传感器将位置信号发送至上位机PLC;上位机PLC依据电子凸轮曲线的位置数据控制卷筒旋转，并通过卷筒所对应的位置信号控制电子凸轮的启动和停止。[4]UnitOne电子凸轮解决了传统机械凸轮不能停准上死点的缺陷，提高了自动化岸桥起升控制精度。

UnitOne电子凸轮上位机采用西门子S7-319-3PN/ DP型PLC，其具有高速运算功能，并支持PROFINET通信协议。伺服电机型号为西门子1PH8 354-7KZ40- 2AX0-Z，由伺服驱动器控制，并通过增量式编码器实施位置检测。自动化岸桥UnitOne电子凸轮采用ERCPro3软件（见图2）设定死点位置。软件通过数据线与电子凸轮端口连接并控制电子凸轮运动，进而实现对岸桥起升机构的控制，具体原理如下。

（1）当ERCPro3连接到端口时，点击界面中的“读取”键。

（2）在ERCPro3“读取”状态下动起升机构，可以看到“当前位置”一栏显示的编码器读数，据此调整起升机构升降。

（3）为自动化岸桥起升机构的海侧下减速、海侧下停止、陆侧上停止、陆侧上减速、陆侧下停止和陆侧下减速设定参数。若编码器读数反相，可以在“基本设定”中将“cw”改成“ccw”并保存。

（4）当起升机构的位置读数为“0”时，点击“设定”键进入“范围值”，在“pos1”中设置“0”，在“pos2”中设置实际起升高度，系统自动计算电子凸轮运动范围值（见图3）。

（5）设定起升高度后，将计算得到的电子凸轮运动数据填入“基本设定”中的“参数”栏，然后点击“设定”键保存（见图4），完成电子凸轮运动参数设定。

3 结束语

UnitOne电子凸轮的应用有助于实现自动化岸桥起升机构的精确定位。与传统机械凸轮相比，电子凸轮可通过软件读取和设置起升机构位置，实现对自动化岸桥主小车和门架起升机构升降范围的快速设定。当需要对自动化岸桥起升机构实施位置校正时，通过软件即可实现对电子凸轮编码器数据清零，从而大大缩短设备维修时间，节约人力成本。

参考文献：

[1] 王程，贺炜. 凸轮机构CAD/CAM研究的回顾与展望[J]. 机械传动，2008，32（6）：119-121.

[2] 杨祥根，韦勇. 电子凸轮控制器在机械压力机上的应用[J]. 锻压装备与制造技术，2008，43（6）：52-56.

[3] 阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统――运动控制系统[M].4版. 北京：机械工业出版社，2010：269-271.

[4] 李中年. 控制电器及应用[M]. 北京：清华大学出版社，2006.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2022-03-26）