许秋润+胡雄+李希垒

摘 要：基于欧姆龙PLC和组态王，为一台用于科学实验的新型链斗式卸船机模型开发一套电气监测系统。通过编写PLC控制程序以及设计组态王界面，实现对链斗卸船机各机构的状态、连锁、故障等进行实时采集分析，并将采集处理的结果通过动画的方式表达出来，实现直观了解设备的工作状态，为故障排查提供可靠依据，也可以对保存到数据库的采样数据，进行挖掘分析，从而优化链斗卸船机的设计。本设计实现了链斗卸船机的工作状态实时监控及其数据采集的一体化，为新型链斗卸船机应用到工业生产中，提供了有益探索。

关键词：链斗卸船机；PLC；组态王；电气监测系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A

0.引言

链斗卸船机是近几年迅速发展起来的一种连续卸船机，其与传统的抓斗卸船机相比，具有卸船效率高，对环境污染小，能耗低，质量小，工作平稳，易于实现自动化操作等优点，因此其在大型港口的散料装卸作业中具有广泛的应用前景。上海海事大学物流工程学院，基于此，自主研制了一台用于科学实验的新型链斗卸船实验模型机。整个模型机重5200kg，起升重量100kg，生产率为5000kg/h，该模型机主要由金属结构、链斗取料提升机构、链斗旋转机构、小车牵引机构、回转机构以及电控部分等组成。该模型机作业时，链斗从实验料池内将物料掘取到料斗中，然后通过链斗旋转机构将物料提升到卸料槽，然后物料通过卸料槽再回到料池中。

1.硬件电控系统设计

链斗卸船机的电控部分主要是由控制台、PLC、PROFIBUS通信模块、控制三大动作的变频器、以及4台YVPEJ71-6变频调速三相异步电动机等组成。实验员通过操作台发送动作指令，从而使卸船机完成规定动作。

1.1 PLC选择

PLC为整个模型机电控系统的控制核心，该系统选用欧姆龙CJ2M CPU13型号的PLC，该PLC程序容量为20K，输入输出点数为2560点，其功能强大，具有良好的可扩展性，可靠性及灵活性，具有极高的性价比等特点，在检测、监控等自动化场合应用广泛。

1.2 变频器选择

变频器主要是改变三大动作驱动电机的输入电压的频率及大小，从而改变电机的输出功率，该系统选用安川的HB4A0005FBC型号的变频器，该变频器额定电压为三相AC380V，额定电流为4.4A，适配电机功率为1.5kW，开关方式为PWM控制变频，控制方式为V/F闭环，输出电压调节方式为PAM控制，此变频器节能高效率，能适应重载和过载环境，在工业中应用十分广泛。

2.监测系统设计

本实验机的监测系统主要是基于组态王6.55平台，组态王通过RS-232与欧姆龙PLC进行实时通信，可获取3台电机的实时给定转速，反馈速度、反馈扭矩、反馈电流，以及4个传感器的数据。

2.1 监测系统的PLC程序设计

卸船机机构动作是由PLC程序控制，实验员通过操作手柄，向PLC发送指令，PLC对指令进行逻辑判断，再向各执行电机发送动作指令，从而机构动作，机构动作的同时，各传感器将实时监测到的数据，反馈到PLC，形成闭环调节，PLC也将获取的数据，通过RS-232串口线发送到组态王，组态王编写程序及数据显示界面，将实时的数据显示出来。

2.2 监测系统的主界面设计

在组态王中设计的主监测界面，启动组态王软件后，需要监测卸船机的机构动作状态时，首先点击扫描，实验员就可以通过左下角的动画了解各机构的实时动作状态，然后实验员可以根据自己需求，点击最下方想要监控动作的对应按钮，进入该动作的实时监测界面，实验员既可以从中看到设备的实时运动参数，也可以根据实际需要把参数保存到电脑里，以备后续分析。

3.数据采集系统

本设计所监测的对象为一台实验模型机，需要做各种工况作业实验，来验证我们的设计是否合理，因此，我们需要采集大量的实验数据，通过对采集的数据与我们理论计算的数据进行对比分析，得出不足之处，然后再不断地优化设计，最终使所设计的卸船机能够应用到工业当中去。

3.1 组态王实时数据显示界面设计

由上文可知，需要显示与采集的数据主要分成4类，分别为链斗旋转、链斗提升、小车前后行、以及传感器数据。因此需要设计4个界面来显示这些采集到的數据，链斗旋转动作的5个主要参数的实时显示界面，从界面中可以看出，链斗的反馈速度随着给定速度的变化而变化，给定速度是实验员给定的，成线性变化，而反馈速度为电机的实际速度，其与工况和给定速度有关，链斗旋转的速度出现变化时，反馈力矩、反馈电流、扭矩模拟量反馈也随之变化，经分析，这些参数的变化趋势与理论上的变化是相一致的，这也验证了所设计监测系统是合理的。

3.2 组态王数据采集界面设计

由前文可知，本系统主要是监测模型机的三大动作和传感器数据，其实传感器采集的数据实际也是三大动作参数，因此在数据采集系统中将传感器采集到的数据归类到对应动作内，故数据采集系统分成链斗旋转、链斗提升、小车前后行三大部分，在采集界面的左端，实验员可以根据实际实验需要，选择要采集的数据，在采样界面中可以采集一个数据或几个数据，也可以同时采集16个数据，在采集界面的底部，可以设置采样时间，在采集的过程中，可以停止采样，也可以清除采样，重新设置采样时间，重新采样，采样完成后，可以将样本保存到用户需要的磁盘文件中。

结语

本设计基于组态王软件和欧姆龙PLC实现了一个具有较高精度，能够与上位机实时通信的链斗卸船机模型的电气监测系统。通过该系统能够了解设备各机构的工作状态，为故障排查提供可靠依据，同时也能实时显示与采集链斗旋转，链斗提升，小车前后行以及传感器的参数，为优化链斗机设计提供数据支持。本系统可靠性高，稳定好，已经运用到实验当中去，并获取了大量的宝贵的实验数据，为实现新型链斗卸船机应用到工业生产当中去，奠定了一定的基础。

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