接近开关在门机防风铁楔上的设计应用

◎ 陈俊宏，黄 同，雷富成

（广东省储备粮管理总公司东莞直属库，广东 东莞 523143）

随着广东省储备粮管理总公司（以下简称“省粮”）东莞直属库百万吨仓容规模粮仓达成投产，码头装卸业务量也达到前所未有的高峰。业务量的增大，长时间高强度作业，加之散粮码头复杂的工作环境，难免会影响一线员工精神状态，特别是夜间光线欠佳的环境中，可能会出现或多或少的疏忽。比如门机移机作业前，需要工人将固定于轨道上的8个防风铁楔取出才能行走，否则轻则压坏防风铁楔，重则使门机脱轨，后果不堪设想。因此，技术人员以消除安全隐患为导向，利用接近开关在这一环节上进行设计应用，使司机在驾驶室触摸屏上能清晰看到防风铁楔是否取出，由PLC控制单元判断是否满足行走条件，达到良好的效果。

1 设计思路

1.1 硬件设计

1.1.1 可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源和数字模拟转换等功能单元组成，其工作过程一般分为输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段，完成上述3个阶段为一个扫描周期[1]。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。省粮门机电控系统的PLC属于西门子S7-300系列，这类PLC运算功能强大，兼容性、稳定性高，其模块化结构易于拓展，易于实现分布式的配置，抗震动冲击性能好，十分适合码头恶劣的工业环境。

1.1.2 信号输入模块

信号输入模块属于PLC控制系统的一部分，主要用于接收设备状态信息如温度、电流、电压等，或者控制开关如接近开关、行程开关等的动作信号，然后进行数据转换，传送到处理单元进行程序运算。前者属于模拟量输入模块（AI），后者属于数字量输入模块（DI）。本次技术改造在原有数字量输入模块（6ES7321-1FH00-0AA0）上直接连接接近开关，接线方便，应用兼容性好。

1.1.3 接近开关

接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关[2]，区别于行程开关，当金属检测体接近开关的感应探头，开关就能通过其内部电气通断进行响应，从而驱动下一级控制电路或为PLC等其他控制器提供输入信号，精准地进行行程控制。接近开关具有动作可靠、性能稳定、频率响应快、应用寿命长及抗干扰能力强等特点，并具有防水、防震、耐腐蚀等特点，在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等，有电感式、电容式、霍尔式、交流型和直流型[3]。考虑省粮码头粉尘大、盐雾腐蚀等环境特点，以及省粮码头门机电控系统结构分布，采用德国Pepperl+Fuchs NBB5-18GM60-WS电感式传感器（图1、表1），这类接近开关属于两线制常开型。二线制接近开关安装简单，接线方便，应用比较广泛，但有残余电压和漏电流大的缺点[4]。因此，选用两线式传感器时需要注意一点，应保证传感器的漏电流小于PLC输入模块逻辑低电平的最大电流，并留有足够的空间裕量，否则PLC读取逻辑状态不定容易出现误动作。虽然不同款式不同型号的PLC逻辑判断电流不一样，但原理大致一样，这是两线制传感器应用时需要特别注意的。

表1 NBB5-18GM60-WS电感式传感器参数表

图1 NBB5-18GM60-WS电感式传感器图

1.1.4 可转动式感应基座

根据传感器孔径，结合防风铁楔（图2）放置工序及其结构物理特性，自主定制一个感应基座（图3）焊接在防风铁楔基座旁侧，用于放置接近开关探头以及被防风铁楔触动。当防风铁楔从轨道取出挂起放入基座时，铁片被触动，贴近接近开关（图4）。当防风铁楔从基座取出放入轨道时，铁片受自身结构重力影响归位，远离接近开关（图5）。

图2 防风铁楔图

图3 可转动式感应基座图

图4 铁楔从轨道取出时图

图5 铁楔放入轨道时图

1.2 软件设计

1.2.1 逻辑控制要求

移机作业前，当工人把防风铁楔从轨道取出放入基座时，旁边的铁片受防风铁楔传动往接近开关侧靠近，接近开关感应后动作，对应的数字量输入信号由常开变常闭，PLC内部逻辑程序进行运算处理，达到行走条件，允许行走。反之，防风铁楔放入轨道时，接近开关信号由常闭变常开，相应行走条件断开，禁止行走（图6）。

图6 控制原理图

1.2.2 部分逻辑程序图及上位机画面

结合本次设计，在原控制程序上进行改进（图7），同时在司机室上的触摸屏进行直观显示（图8）。

图7 部分逻辑程序图

图8 触摸屏画面效果图

2 改造所达到的效果

（1）准备大车行走时，铁楔未挂起，此刻行走无法进行。

（2）行走过程中，中途出现人为等其他突发情况致铁楔未挂起，此时行走电机制动，不能继续行走，需待司机与机下确认情况。

（3）当传感器或其他部件存在故障时，司机与机下人员确认铁楔已经挂起，不在轨道后，可点击触摸屏临时屏蔽按钮，此刻能进行行走。

（4）铁楔放置与挂起全程司机室触摸屏可视化。

3 结语

港口机械装备技术水平决定了码头装卸工艺的专业化、自动化程度，并直接影响港口作业人员安全[5]。面对省粮老式门机没有新装电动型防风铁楔的情况，利用接近开关在防风铁楔上进行技术改造，也能收到理想的效果，进而提高了装卸设备安全性能。对比电动型防风铁楔，其制作过程短，投入成本及故障率几乎为零，真正实现了“小技改，大安全”，不失为一个经济选择，为码头装卸设备相关技术改造提供了借鉴。