姚向明 張暉鵬 湯家偉

港口自動(dòng)化岸橋通常由主小車(chē)起升機(jī)構(gòu)和門(mén)架起升卷筒上的機(jī)械凸輪控制起升電機(jī)的起升高度，但機(jī)械凸輪存在制造精度不高、觸點(diǎn)易磨損、調(diào)整難度較大、調(diào)節(jié)精度較差等問(wèn)題。隨著電子機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，電子凸輪應(yīng)運(yùn)而生。電子凸輪是一種模擬機(jī)械凸輪工作的智能控制器，采用電磁驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械凸輪的機(jī)械驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載。由于電子凸輪在穩(wěn)定性、安全性、高精度等方面表現(xiàn)突出，其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，例如：西門(mén)子、羅克韋爾等企業(yè)已將電子凸輪應(yīng)用到其所生產(chǎn)的設(shè)備中[1];我國(guó)也已將電子凸輪技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械壓力機(jī)、數(shù)控飛剪機(jī)等設(shè)備中，從而大大提高設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

自動(dòng)化岸橋UnitOne電子凸輪將安裝在卷盤(pán)軸上的絕對(duì)值編碼器的位置信息反饋至可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）模塊，由PLC模塊將解碼計(jì)算的位置信號(hào)結(jié)果反饋至電子凸輪，從而通過(guò)設(shè)定高度位置來(lái)控制起升電機(jī)減速和停止。UnitOne電子凸輪在自動(dòng)化岸橋上的應(yīng)用有利于提高岸橋集裝箱抓取作業(yè)的控制精度、安全性和自動(dòng)化水平，從而達(dá)到降低設(shè)備故障率和維修成本的目的。

1 電子凸輪工作原理

電子凸輪主要由上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成[2]：上位機(jī)通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電子凸輪曲線(xiàn)數(shù)據(jù)的處理;驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器，與三相異步電機(jī)構(gòu)成完整的伺服系統(tǒng)[3];執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要功能是驅(qū)動(dòng)負(fù)載裝置（卷筒）;檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要通過(guò)增量式編碼器檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度和位置等，并反饋至上位機(jī)PLC，從而實(shí)現(xiàn)電子凸輪運(yùn)動(dòng)。電子凸輪工作原理如圖1所示：增量式編碼器檢測(cè)卷筒旋轉(zhuǎn)位置并將檢測(cè)到的位置數(shù)據(jù)反饋至上位機(jī)PLC;輸出裝置將通過(guò)軟件設(shè)定的點(diǎn)反饋至上位機(jī)PLC;上位機(jī)PLC完成對(duì)電子凸輪曲線(xiàn)和凸輪表數(shù)據(jù)的處理。

2 UnitOne電子凸輪在自動(dòng)化岸橋上的

應(yīng)用

自動(dòng)化岸橋的UnitOne電子凸輪主要通過(guò)安裝在卷筒上的位置編碼器來(lái)確定主軸當(dāng)前的位置值，并根據(jù)主軸的位置值來(lái)確定和執(zhí)行電子凸輪的啟動(dòng)和停止。一旦位置編碼器發(fā)出特定位置的信號(hào)，就會(huì)觸發(fā)電子凸輪停止，此時(shí)電子凸輪因無(wú)法獲取主軸的位置值而停止運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)化岸橋主小車(chē)起升機(jī)構(gòu)主要有海側(cè)下減速、海側(cè)下停止、陸側(cè)上停止、陸側(cè)上減速、陸側(cè)下停止和陸側(cè)下減速等6個(gè)控制點(diǎn)位。主小車(chē)起升機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)安裝在卷筒上的位置傳感器檢測(cè)位置信號(hào);位置傳感器將位置信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)PLC;上位機(jī)PLC依據(jù)電子凸輪曲線(xiàn)的位置數(shù)據(jù)控制卷筒旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)卷筒所對(duì)應(yīng)的位置信號(hào)控制電子凸輪的啟動(dòng)和停止。[4]UnitOne電子凸輪解決了傳統(tǒng)機(jī)械凸輪不能停準(zhǔn)上死點(diǎn)的缺陷，提高了自動(dòng)化岸橋起升控制精度。

UnitOne電子凸輪上位機(jī)采用西門(mén)子S7-319-3PN/ DP型PLC，其具有高速運(yùn)算功能，并支持PROFINET通信協(xié)議。伺服電機(jī)型號(hào)為西門(mén)子1PH8 354-7KZ40- 2AX0-Z，由伺服驅(qū)動(dòng)器控制，并通過(guò)增量式編碼器實(shí)施位置檢測(cè)。自動(dòng)化岸橋UnitOne電子凸輪采用ERCPro3軟件（見(jiàn)圖2）設(shè)定死點(diǎn)位置。軟件通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與電子凸輪端口連接并控制電子凸輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)岸橋起升機(jī)構(gòu)的控制，具體原理如下。

（1）當(dāng)ERCPro3連接到端口時(shí)，點(diǎn)擊界面中的“讀取”鍵。

（2）在ERCPro3“讀取”狀態(tài)下動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，可以看到“當(dāng)前位置”一欄顯示的編碼器讀數(shù)，據(jù)此調(diào)整起升機(jī)構(gòu)升降。

（3）為自動(dòng)化岸橋起升機(jī)構(gòu)的海側(cè)下減速、海側(cè)下停止、陸側(cè)上停止、陸側(cè)上減速、陸側(cè)下停止和陸側(cè)下減速設(shè)定參數(shù)。若編碼器讀數(shù)反相，可以在“基本設(shè)定”中將“cw”改成“ccw”并保存。

（4）當(dāng)起升機(jī)構(gòu)的位置讀數(shù)為“0”時(shí)，點(diǎn)擊“設(shè)定”鍵進(jìn)入“范圍值”，在“pos1”中設(shè)置“0”，在“pos2”中設(shè)置實(shí)際起升高度，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算電子凸輪運(yùn)動(dòng)范圍值（見(jiàn)圖3）。

（5）設(shè)定起升高度后，將計(jì)算得到的電子凸輪運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)填入“基本設(shè)定”中的“參數(shù)”欄，然后點(diǎn)擊“設(shè)定”鍵保存（見(jiàn)圖4），完成電子凸輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

UnitOne電子凸輪的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化岸橋起升機(jī)構(gòu)的精確定位。與傳統(tǒng)機(jī)械凸輪相比，電子凸輪可通過(guò)軟件讀取和設(shè)置起升機(jī)構(gòu)位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化岸橋主小車(chē)和門(mén)架起升機(jī)構(gòu)升降范圍的快速設(shè)定。當(dāng)需要對(duì)自動(dòng)化岸橋起升機(jī)構(gòu)實(shí)施位置校正時(shí)，通過(guò)軟件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子凸輪編碼器數(shù)據(jù)清零，從而大大縮短設(shè)備維修時(shí)間，節(jié)約人力成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王程，賀煒. 凸輪機(jī)構(gòu)CAD/CAM研究的回顧與展望[J]. 機(jī)械傳動(dòng)，2008，32（6）：119-121.

[2] 楊祥根，韋勇. 電子凸輪控制器在機(jī)械壓力機(jī)上的應(yīng)用[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，43（6）：52-56.

[3] 阮毅，陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)――運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].4版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：269-271.

[4] 李中年. 控制電器及應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-03-26）