基于西门子PLC门座式起重机实训平台的设计

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Design of Training Platform Based on Siemens PLC Gantry CraneJIANG Bo ZHENG Yhall(Qingdao Port Professional Technical Colege， Qingdao 266404， Shandong， China)Abstract： In order to train students for operating and maintaining gantry crane，thetraining platform based on Siemens PLC gantry crane has been designed.The designparameters of whole ma chine and 4 mechanisms are introduced.Also the control tablemodule and training contents are introduced.The whole training procedures for gantrycrane could be realized，which could ofer great help to students for raising theirprofessional technical ability。

Key words： port gantry crane training platform design随着山东半岛蓝色经济区的快速发展，港口迎来了新-轮的发展契机。门座式起重机，因其较好的工作性能和 良好的通用性在港 口大量使用。门机的投入使用急需大量的操作人员和维护人员，但因为门机的大型化，导致操作人员和技术人员的培养投入较大且周期较长，人才的供需矛盾突出，探索新的培养手段和途径尤为迫切。

通过对门座式起重机实训系统的设计，并将之应用于教学，可有效解决此难题。

本实训平台以目前港口上使用的30 t的门座式起重机为蓝本，按比例将其缩小，结构完全和30 t的门座式起重机的结构相同，包括起升机构、变幅机构、旋转机构和行走机构，并且可以使用抓斗和吊钩两种装卸工具。产品的控制台完全按真实的司机室内的控制台设计，保证实训操作接·16 近真实操作。

实训平台采用西门子的 S7-315 2DP PLC、440变频器、MP 177触摸屏、欧姆龙绝对型编码器、拉力传感器等主要电气元件，采用 DP工业现场总线控制技术、运动控制、矢量控制等技术。

无论是选用的电气元件还是控制方式均是现代控制技术的先进方法。

司机室的控制台安装在吊机模型的前方，操作方便，便于实训人员观察门座式起重机的运行情况。主要部件和电气元件安装位置明显，便于实训人员学习，甚至于进行传感器技术、运动控制、电力拖动、总线控制技术等课程的实训。系统涵盖了机械设计、电力拖动、运动控制、传感器、组态、变频、现场总线技术、PLC等技术领域，可使学生在-套系统中更为全面地得到有效港口科技 ·港口机械训练。实训平台具有接地保护、过载保护、短路保护、漏电保护功能，具有误操作保护功能，安全性符合相关的国标标准。

1 整机参数工作环境：温度-10C40C、相对湿度≤85%(25℃)、海拔≤4 000 m。

适用电源：三相 3 800 VAC(±5%)，50 Hz(±1)整机尺寸 (标配)：1 800x 750×2 060(咖)整机重量 (标配)：100 kg2 标准结构配置2.1 起升机构1)起升机构的传动装置仿照实际门机，采用支持、开闭两台起升电机，其传动形式为电机-制动器-减速机-钢丝绳卷筒-滑轮-抓斗 (吊钩)，通过支持、开闭两台电机控制抓斗的起升、下降及开闭斗的动作，同时具备吊钩功能。

2)两台电机均带增量式速度编码器和电磁制动器。在钢丝绳卷筒的低速轴上安装凸轮限位，包括上减速、上终点、下减速和下终点 4个行程保护限位。

4)起升操作手柄为无级变速调节的十字手柄，前后操作为下降上升，左右动作为开斗闭斗。

5)主要器件技术参数。电磁变速刹车电机：额定电压 3×380 V；额定功率 25 w；额定电机转速 1 500 r/min；额定频率 50 Hz；刹车；中实 (有轴)。

增量型编码器：脉冲数 l 024；开关点功能ABZ三相，推挽输出，增量型；安装方式轴径6；供电电压 DC 24 V；连接方式固定电缆八线。

拉力传感器及变送器：量程 30 kg；供电电压 DC l2 V；输出4 mA～20 mA；DC 24 V供电；隔离；面板显示。

2.2 变幅机构1)变幅机构的传动装置仿照实际门机，采用四连杆组合臂架的载重水平位移原理，采用-台变幅电机，其传动形式为电机-制动器-减速机-小齿轮-直线齿条，能够实现四连杆变幅机构的增幅和减幅。

2)变幅电机带增量式速度编码器和电磁制动器。在减速机低速轴或直线齿条合适的位置上安装凸轮限位，包括增幅极限、增幅终点、增幅减速、减幅减速、减幅终点和减幅极限 6个行程保护限位。

3)变幅和旋转共用-个米字操作手柄 (即可通过该手柄的斜向动作控制变幅和旋转同时动作)，手柄同样为无级变速调节，手柄前后动作为增幅、减幅，左右动作为左旋右旋。

4)技术参数。电磁变速刹车电机：额定电压3×380 V；额定功率 25 W；额定电机转速 l 500r/min；额定频率 50 Hz：刹车；中实 (有轴)。

增量型编码器：脉冲数 1 024；开关点功能ABZ三相，推挽输出，增量型；安装方式轴径①6；供电电压DC 24 V；连接方式固定电缆八线。

凹槽型光电传感器：槽宽 5 inq；开关点功能亮通暗通、PNP型；安装方式中3.2 nlm孔；供电电压DC24V；连接方式电缆型四线。

2.3 旋转机构通过-台变频器驱动-台电机实现，不带速度编码器，具有锚定装置及锚定限位，采用唱式制动器。

1)旋转机构的传动装置仿照实际门机，采用- 台变幅电机，电机和减速机为立式。

2)旋转电机不带增量式速度编码器和电磁制动器，能够实现接近 360。旋转。

3)旋转机构采用唱式制动器，在减速机高速轴布置手动刹车装置。

4)技术参数。电磁变速刹车电机：额定电压3×380 V；额定功率 25 W；额定电机转速 1 500r/min；额定频率 50 Hz；刹车；中实 (有轴)。

2.4 行走机构1)行走机构的传动装置仿照实际门机，采用两台行走电机分别布置在门架两侧，其传动形式为电机-减速机-行走轮。

港口科技 ·港口机械2)行走机构具有防风锚定装置 (手动防爬铁楔和电磁夹轮器，后者带接近开关检查是否接触锚定)，左右行走限位保护，并有行走声光报警装置。

3)行走手柄采用机械档位式主令控制器，左右各四个档位。

4)技术参数。电磁变速刹车电机：额定电压3X380 V；额定功率 25 w；额定电机转速 1 500r/min；额定频率 50 H ；刹车；中实 (有轴)。

凹槽型光电传感器：槽宽5 fifth；开关点功能亮通暗通、PNP型；安装方式中3.2 mm孔；供电电压 Dc 24 V；连接方式电缆型四线。

声光报警器：DC 24 V；红色指示灯；旋转；报警声效；防水。

2.5 抓斗机构1)抓斗机构为双绳抓斗结构，通过支持、开闭两台电机分别控制抓斗的支持和开闭钢丝绳控制抓斗的起升、下降及开闭斗的动作，并设有开斗和闭斗极限位置传感器。

2)技术参数。抓斗容积 44 cm3、滑轮直径16、滑轮组倍率 3、钢丝绳直径 1.2。

3 控制台拈3.1 技术参数1)西门子 300系列 PLC：315-2 DP CPU、SM331模拟量输入拈 (2路)、SM 322 32点输出拈、SM 321 32点输入拈 3个、FM 350-2高速计数拈 1个、ET 200 M远程 I/o接口拈，西门子MM 440变频器 (DP拈、BOP面板)4个、西门子 TP177B触摸屏。

2)绝对型编码器：电源 DC 12DC 24 V；集电极开路输出；分辨率 256(8位)；输出方式二进制输出；逻辑负逻辑 (H0、L1)；允许最高转速 1 000 r/min。

3)控制台上的操作指示设备除手柄外还应有支持单机/开闭单机/吊钩/抓斗/机上行走/机下行走六档选择开关、支持/行走切换开关、开闭/行走切换开关、急停按钮、控制合按钮、控制断按钮、主接触器通按钮、主接触器断按钮、行走·18·锚定指示灯、报警指示灯、故障复位按钮、机下行走三位选择开关、备用按钮、-个数码显示表(显示 0999的范围)和指示灯。

4)接触器：控制电压 AC 220 V；额定电压AC 380 V；额定电流 9 A；主触点 3 NO；辅助触点 1 N0。

5)采用端子排-插孔式结构，门机模型上的各种信号以及控制台上的 PLC输入输出拈的信号均要要引至控制台上，控制台上其它信号旁设有插孔，可以让学生自己动手接线。另外可以通过切换开关在学生动手接线和 自动演示两种模式之间进行切换。

4 实训内容4.1 针对性实训内容门座式起重机控制实训；门座式起重机抓斗装卸操作实训；门座式起重机结构拆装实训；变频调速控制实训；电机矢量控制实训；门座式起重机控制程序编写；DP现场总线通讯实训。

4.2 辅助性实训内容HM1人机组态变量连接、操作控制、显示 (信号数值、状态)、数据记录、报警显示等技术；指示灯、按钮、低压电器、供电电源等安装调试与应用；电器连接、电路故障诊断及排除；PLC编程、PID控制、调试、排故、三相电机频率控制。

电气原理图、程序流程图等识图；绝对型编码器应用实训。

门座式起重机实训平台的设计应用大大提升了学生的相应职业技能，对门座式起重机的操作培训和维护维修技能的提升大有裨益，同时具有良好的社会经济效益，探索了新颖的教学手段，实训平台多项实训内容的实施也是对学生综合技能的检验。