港口机械电气模拟实验室制作运行及应用

港口机械电气模拟实验室制作运行及应用

陈林明

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摘要：为提高设备管理人员专业技能，提升设备管理保障能力，建设港口装卸设备电气维修模拟实验室。将港口装卸设备中变频器、PLC等核心部件系统复制到实验室中，建立培训学习、模拟实操、程序测试、零部件检测等多功能的实训实践基地，可显著提高人员设备管理水平和操作技能，实际使用效果良好，具有一定的推广和应用价值。

关键词：港口设备；实验室；模拟；维修；

随着港口建设的快速发展和自动化水平的提高，变频器、PLC等技术已成为港口装卸生产机械重要的驱动核心。与以往接触器控制模式相比，其运行性能稳定，故障率低，为港口装卸设备的安全健康运转提供了可靠的保障。另一方面，高新技术的应用，给港口设备维保能力和专业维修团队的建设提出了更高的要求。

一、电气维修模拟实验室的建立

（一）设计思路

近年来，随着PLC、变频器技术的不断发展及广泛应用，港口大型装卸设备的控制系统也在不断升级更新。目前港口各型号的门机、岸桥、场桥电气控制系统均使用此类控制模式，其工作原理为：主令动作发出指令给 PLC—PLC 按照设定程序规则进行逻辑运算后输出信号，传递给机构变频器（接触器）—变频器根据信号输入产生相应的频率电流（接触器动作电流）传递给电机等执行机构—电机等执行机构做出相应动作，以此实现对各机构动作的控制。

为此，将电控系统中照明等辅助设施以及部分接触器等执行元件进行简化，只保留PLC、变频器、主控接触器等门机电控系统核心部件以及起升、变幅等机构主要控制程序功能，并将现用的4种门机变频器、2种PLC控制器、4种显示器整合到维修模拟实验台中，按照模块化、一体化的设计理念进行电路优化和组合，完成维修模拟试验台的电气结构设计。

（二）电气维修模拟实验室功能设置及选型安装

根据实际维修及员工培训需求，对电气维修模拟实验室进行功能区域划分，使之成为包含 PLC 模块区、变频器区、力矩限制器区等多个功能模块，以及变频器维修区、变频器检测区等多个专业维修区域的综合性模拟实验组群。

（1）PLC模块区

包括欧姆龙 PLC模块区、GEPLC模块区、欧姆龙PLC模块编程区以及GEPLC模块编程区等4个模块区，员工在此区域可进行反复学习和练习，准确了解并掌握不同PLC的结构以及操作技能。

（2）变频器区

根据PLC模块布置规则以及门机实际使用情况，设置了安川 G7、安川 H1000、艾默生 EV1000、ABB 等不同机型和组合的              图3              电气维修模拟实验室元件组合变频器教学区，通过强化实操练习，加强电气维修人员对各型号变频器功能连接与参数设置等技能掌握。

（3）力矩限制器区

安全装置是设备运行的安全保障，因此在模拟实验室中设置了无锡安泰力矩限制器、张家港力矩限制器等型号的专业操作区，可在此学习和进行力矩限制器故障诊断、相关参数设置调整等技能，提高设备运行安全保障能力。

二、电气维修模拟实验室主要创新点

（一）多功能的电气结构设计

电气维修模拟实验台将现用的4种门机变频器、2种PLC控制器、4种显示器整合到一起，通过操作分别安装的断路器，能够简单方便地实现不同的电气元件组合，可涵盖公司所有机型的电气控制系统，实现门机主要动作的控制和模拟。

（二）模块化的功能区域布置

电气模拟实验台 PLC、变频器等多个专业功能区域，可开展PLC程序更改、变频器维修调整等专项或综合性故障的模拟和诊断培训工作，形成了分专业、相互独立又互相关联的维修模拟实验台组群，实现了一体化、模块化的区域和功能设置。可远程监控设备运行状态结合“设备信息化系统”的建立，实验室成为数据的远程接收终端，实现了远程访问门机PLC等功能。能够在设备发生故障时远程查看故障原因，并进行故障判断和恢复指导，有针对性的组织人员、维修工具及备件，提升设备维修效率和质量。

三、取得的成果和带来的借鉴意义及启示

维修模拟实验台的开发和应用，将单纯的教学实验台进行能力拓展，使之具备技能培训、维修模拟、功能检测、修旧利废等多项功能，形成了多功能、多用途的员工培训和模拟实验的综合平台。

（一）成为设备难点故障的攻关平台

针对设备出现的重点难点故障，可利用电气模拟实验室等平台对故障现象进行模拟和再现，以充足的时间、有力的技术支持、反复的实施验证，完成故障原因诊断以及根除措施的制定，提高设备检修效率和质量。例如，针对 25 t门机旋转变频器频繁烧毁故障，借助维修模拟平台对该故障实施专项攻关，最终找出故障根源为门机脚踏旋转制动后变频器仍有电信号输出，导致变频器输出电流急剧增大。并依此实施了电气改造项目，使该类旋转变频器故障频次由原21 台次/年降低到4台次/年，改造节约了大量的维修费用。

（二）成为功能检测与再利用的实践中心

实现了IGBT、变频器等重要电气零部件的自主维修、功能检测和再利用等工作。将拆回的部分元器件和一部分备品配件进行相关的功能检查，检测是否具备使用功能，可以有选择的进行二次使用。将部分配件进行组装检测后再利用，修旧利废，节约采购成本。

（三）成为维修模拟的实验室

在门机电气系统备件升级前，利用维修模拟实验台进行相关系统调试等工作，验证其符合预期要求之后，再投入门机进行使用，确保设备运行的可靠性。例如，针对部分门机现使用的G7变频器因厂家产品升级，购置及维修难度不断增加的难题，借助维修模拟实验台等平台，选用新型 H1000 型变频器，开展自主升级工作，先后攻克端子功能设置、通信组态设置、参数调整、线路对接、PG卡安装等技术难题。完成首台门机变幅变频器升级改造后，经实地使用验证，其功能完全适用于设备运行需求。

（四）成为员工培训的实训基地

电气维修模拟实验台的搭建，为港口专业维修电工提供了大量的实践机会，可广泛开展门机电机自学习、PLC编程、变频器参数调整等实训项目，还可设置指定的设备故障，由员工自行进行故障判断和排除，快速提高员工实战能力。

四、结束语

电气维修模拟实验台具有良好的通用性，可拓展到港口专业领域使用，实际使用效果良好，在同行业中具有较好的应用和推广价值。由于港口生产任务繁重和设备使用年限的逐年增高，设备故障也会逐渐显现，借鉴周围港口成熟的经验做法，建立电气模拟实验室，将会带来较大的成效。

参考文献

［1］马琳，刘晓兵.柳工 856 装载机电气故障模拟试验台开发［J］.价值工程，2013（33）：32-33.

［2］赵秀绍，胡国良.盾构模拟试验台电气控制系统设计［J］.煤矿机械， 2008（5）：120-122.