JG京工科业JGQSQ-C 型岸桥式起重机綜合实训平台装置
一、项目背景与建设意义
1.1 项目背景
随着全球港口物流业的快速发展，自动化集装箱码头对专业技术人才的需求日益增长。传统的理论教学模式难以满足现代化港口机械操作与维护的实训需求，特别是在高成本、高风险的重型机械实操培训方面存在明显短板。
1.2 建设目标
本项目旨在建设一套 JGQSQ-C 型岸桥式起重机綜合实训装置，通过等比缩放真实港口岸桥起重机的结构与作业流程，打造集机械传动、电气控制、传感器技术于一体的综合性实训平台。该装置将构建高度仿真的虚拟作业环境，有效解决学员 " 不敢上手、无处练习 " 的实际问题，实现从理论知识到实操技能的无缝转化。
二、系统总体架构与技术方案
2.1 整体结构设计
本实训装置采用 " 全金属结构模拟主机 + 智能化操作台 " 的分离式架构设计，主机与操作台物理隔离，既保障了学员操作时的安全距离，又实现了对设备的高效远程监控与精准控制。系统由四大核心子系统组成：
2.2 高度仿真的机械执行系统
2.2.1 制作工艺：岸桥采用单小车设计。岸桥整体结构采用 Q235 和 Q355B 金属铁板（主要受力构件用 Q355B ，次要受力构件用 Q235 ），重要部件壁厚不低于 10mm, 激光切割气保焊焊接成型，采用的汽车金属漆烤漆工艺效果。板材成型采用压力机和弯管机进行矫正和弯曲成型，不采用锤击方式。连接孔采用机床钻孔。
2.2.2 采用高标准的 AWS 标准进行焊接工艺。焊接工艺检验按照 JB-T 10559-2018 中 F 级、 GB/T 3323-2019 中 II 级标准进行检验。金属结构具有良好的刚度、强度、疲劳和稳定性。金属防锈及表面处理：底漆喷涂含锌环氧树脂漆，表面喷涂汽车油漆标准漆，外形尺寸： 20 比 1 。
2.2.3 岸桥信号传输接收设计：岸桥动态部分由电机提供动力，四极齿轮变速箱自主设计，车轮车工精加工，动力杆和减速齿轮等零件组成。电力由轨道传输给岸桥内电机驱动模型、轨道提供电力，可以连续供电续航。
2.2.4 动力配置：各运行机构均采用高精度驱动系统，配合减速传动机构，实现精准定位与平稳运行。
2.3 智能化的电气控制系统
控制核心：系统采用工业级可编程逻辑控制器（ PLC ）作为主控单元，构建分布式控制系统。预留多路通讯接口，支持与上位机、外部系统的数据交互。
人机交互：配备 15 寸工业级触控一体显示屏，集成操作界面、状态监控于一体，界面直观友好。
安全防护：配置完善的电气保护系统，包括漏电保护（ 30mA 动作）、过压保护及紧急断电装置，确保人员与设备安全。
2.4 多维度的传感与反馈系统
通过部署高精度编码器、限位传感器、称重传感器及光电检测装置，实时采集设备的运行状态（位置、速度、载荷、姿态）。
三、核心实训功能模块
3.1 岸桥标准化作业实训
3.1.1 大车行走作业：开展整机沿码头轨道左右来回行走实训，重点训练学员在长距离位移中的加减速平滑过渡与精准停靠能力，确保岸桥整体运行的平稳性与安全性。
3.1.2 小车行走作业：进行吊具沿桥轨道的前后行走训练，着重强化集装箱吊具对集装箱的微动对位能力，使学员熟练掌握吊具在复杂工况下的精准定位与防摇控制。
3.1.3 起升降作业： 4 台卷扬机组模拟集装箱全流程吊装作业，涵盖重箱起升、重载下降、空中悬停及越障操作，核心攻克吊具与集装箱的精准对位、着箱操作等关键技术。
3.1.4 线缆收放作业：通过线缆收放电机组和传感器、来与吊具同步收放联接集装箱吊具执行机构的电缆和信号线缆。
3.1.5 前桥变幅、俯仰作业：模拟真实港口作业环境，为避让货轮靠泊时对岸桥的碰撞以及卸货时的作业需要，指导学生完成前桥架的变幅俯仰动作，强化其对岸桥空间姿态调整的理解与实践能力。
3.1.6 安全保护验证：验证超速保护、终点限位急停、紧急制动等功能的响应机制。
3.2 吊具作业与联锁控制实训
3.2 .1 吊具具有伸缩和定位功能，能适应集装箱的长度和对中；
3.2.2 导向板控制：练习吊具导向板的收放动作，模拟不同工况下的对箱需求，（ 由于我们对机械结构和电气控制进行了一定的优化设计，使导向板在吊具与集装箱对箱有偏差时，也能顺利将吊具精准对正集装箱 ）。
3.2.3 开闭锁操作：掌握吊具与集装箱的连接（闭锁）与分离（开锁）流程，理解机械互锁与电气互锁的安全逻辑。
3.2.4 吊具运行：练习吊具姿态调整，使学生熟练掌握吊具的前后倾转（纵倾）与水平回转操作，精准把控集装箱在复杂工况下的空间对位技巧。
3.2.5 保护功能测试：验证超重、偏载状态下的保护机制及着箱信号的反馈逻辑。
3.3 电气控制与自动化编程实训
PLC 编程：开放 PLC 底层程序接口，供学员进行逻辑控制程序的编写、下载与调试。
变频器调试：学习变频调速系统的参数设置、多段速控制方法。
通讯网络构建：练习工业总线（如 Modbus 、 Profibus 等）的组网与通讯测试。
四、各部分组成
4.1 、岸桥部分：
4.1.1. 开机、关机、信号指示灯
4.1.2. 大车行走、调速、制动、复位、防撞功能、超速保护、终点限位急停、信号指示灯；
4.1.3. 小车行走、调速、制动、复位、防撞功能、超速保护、终点限位急停、信号指示灯；
4.1.4. 前桥俯仰、制动、复位、终点限位急停、复位、超速保护、信号指示灯；
4.1.5. 起升、调速、超速保护、终点限位急停、复位、制动、复位、下降、调速、超速保护、制动、复位、信号指示灯。
4.1.6. 线缆收放：电缆卷筒装置与吊具起升降同步、 （ 传感器实时监测线缆的松紧，保护电缆与信号线缆不会拉断 ）
4.1.7. 照明灯光。
4.2 、吊具部分：吊具为多层结构，上架四角装有滑轮组，中间设有线缆收纳桶，腰部装有回转电机组、主动齿轮及位置传感器，电控及指示灯组。中架安装有从动齿轮等，电缆线缆从中间轴心穿过，底架四角各安装有开闭锁机构，导向板机构、底架为电动伸缩架等。
4.2.1. 接通吊具电源、信号指示灯；
4.2.2. 吊具导向板收、放（海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起）、信号指示灯；
4.2.3. 吊具开、闭锁、信号指示灯；
4.2.4. 吊具前后倾、限位急停、复位、左右倾、限位急停、复位、信号指示灯；
4.2.5. 吊具水平回转、限位急停、复位、信号指示灯；
4.2.6. 吊具具有伸缩和定位功能，能自适应集装箱的长度和对中；
4.2.7 超重保护、偏载保护、着箱保护（ 着箱器接触集装箱时，触发卷扬电机制动，使吊具和集装箱形成柔性接触，避免损坏机具，延长使用寿命 ），信号指示灯。
五、机械与电气系统故障诊断与排除
5.1. 岸桥部分：
5.1.1 大车行走制动失效与排除；
5.1.2 大车行走指示灯不亮与排除；
5.1.3 大车行走无速度显示与排除；
5.1.4 大车行走超速无报警与排除；
5.1.5 小车行走不能调速与排除；
5.1.6 小车行走无速度显示与排除；
5.1.7 小车行走超速无报警与排除；
5.1.8 下降极限限位急停失效与排除；
5.1.9 下降指示灯不亮与排除；
5.1.10 卷扬机组升降无速度显示与排除；
5.1.11 卷扬机组超速无报警与排除；
5.1.12 吊具上升极限限位急停失效与排除；
5.1.13 吊具上升极限限位指示灯不亮与排除；
5.1.14 ．前桥不能仰起与排除；
5.1.15 ．前桥限位急停失效与排除；
5.2. 吊具部分：
5.2.1
六、技术规格要求：
1 、系统硬件技术参数
岸边桥式起重机综合实训装置主要硬件包括：岸桥实体、操作台、运行软件、显示终端系统、电气控制柜。
1.1 操作台包含操作手柄、面板开关、指示灯及控制器系统。
1.2 电气控制系统（电控柜）包含：外电接入、强电区，弱电区，分路控制单元、照明单元、通讯单元、仪表单元、 15 寸触控一体显示屏等；
1.3 实训装置组合形式为可拆装式；
1.4 实训装置整体布置占地面积为不大于 40.6 （含 5 米轨道）平方米 ( 含四周 1 米安全间距 ) ，动态最大高度为 3.4 米。
1.5 岸边桥式起重机综合实训装置，准确模拟起重机运行过程中的实时位姿状态，具体参数如下：
1.5.1 有效载荷： 60kg ，总重量：≦ 1200kg （平台重量）；
1.5.2 系统响应频率： 0.0HZ ～ 20HZ ；
1.5.3 平台大小：长 3800mm× 宽 1800mm× 高 3200mm ；（含 5 米横向导轨）
2 、系统技术阐述：
系统主要由岸边桥式起重机综合实训装置、控制硬件与软件、操作台等部分组成。
2.1. 具备市场上主要生产厂家的岸边集装箱桥式起重机各执行机构的训练功能，并能达到实际设备各机构的运行动作要求。可以实时显示负载指标、空中吊车的位置，具备管理系统。实训装置可以响应各种操作，包括设备运动、冲击、加减速，超速、超载紧急停止的位置速度反应等。可实时吊装集装箱货物，实时故障报警等。
2.2 起重机吊具是根据实际工程用吊具缩小的，其动态特性与实际工况对应一致。
七、电气控制系统
1 ，核心控制与逻辑系统
1.1 CPU 模块 ( 三菱 FX5U-64MT/ES ) ：
作为 PLC （可编程逻辑控制器）的核心，负责运行控制程序，处理逻辑运算。
1.2 输入 / 输出模块 (DI/DO 模块 ) ：
作用：作为 CPU 与外部设备的桥梁。输入模块接收按钮、开关、限位器的信号；输出模块控制接触器、继电器和指示灯的动作。
2 ，驱动与执行系统
这部分负责将控制信号转化为机械动作，模拟大车、小车、起升等机构的运动。
2.1 变频电机和变频器：
配置：大车、起升、前桥变幅各配置不同功率的变频器。
作用：调节电动机的电源频率和电压，实现电机的无级调速、软启动和制动。这是实现岸桥平稳运行和精准定位的关键。
2.2 伺服电机和伺服控制器 ：
配置：用于小车行走、吊具纵横倾斜和水平回转、吊具同步收放。
作用：提供比变频器更高精度的位置、速度控制，用于模拟吊具复杂的姿态调整（如倾斜、回转）。
2.3 电动伺服缸 (LK 系列 ) ：
作用：模拟吊具的开闭锁动作和底架的伸缩动作，通过电液推杆或电动推杆实现锁头的伸缩，配合称重传感器判断是否成功抓取集装箱。
2.4 接触器 & 继电器：
接触器用于控制主电路（电机）的通断，承载大电流；继电器用于控制电路（ PLC 回路）的信号传递和逻辑切换，起到“开关”和“保护”的作用。
3 ，操作与人机交互系统 ( 感官 )
这部分是操作员与机器交互的界面，也是反馈系统状态的窗口。
3.1 联动操作台 (DQT18-ZX2/K04) ：
包含主令控制器（手柄）、功能开关。它模拟真实岸桥的操作手感，将操作员
意图转化为电信号发送给 PLC 。
3.2 工控一体机：
作为 HMI （人机界面），实时显示各个 I/O 的工作状况及控制操作 ，以及 负载指标、空中吊具位置、故障报警信息，同时也可作为参数设置入口。
3.3 照明单元：
提供驾驶室及模拟作业区域的照明，符合实际作业环境要求。
4 ，检测与安全保护系统
这部分确保设备在模拟运行中的“安全性”和“真实性”，防止超限运行。
4.1 称重传感器 (ZM 系列 ) ：
安装在吊具上的四角滑轮底部，实时检测起吊重量，实现超重保护、偏载保护以及着箱信号检测（判断吊具是否接触集装箱）。
4.2 限位开关 / 传感器：
配置各类行程开关或接近开关，用于检测机构位置，实现终点限位急停和防撞功能。
例如：大车防撞、小车行程、起升终点、前桥变幅限位等。
4.3 急停按钮：
硬接线回路，一旦按下立即切断主电源，实现紧急制动。
5. 电气控制柜与辅助设施
5.1 开放式电气控制柜：
作用：分为强电区（放置变频器、接触器、断路器，处理 220V 动力电）和弱电
区（放置 PLC 、继电器，处理 24V 控制电）。这种分区设计是为了防止强电干扰
弱电信号，保证系统稳定。
5.2 通讯单元：
作用：实现 PLC 与变频器、 PLC 与上位机之间的数据交换。
5.3 漏电保护开关 / 断路器：
作用：电路的总开关，提供短路和过载保护。
六、主要技术参数
6.0 、起重机组：
6.1 小车行走系统：变频带减速调速带制动电机： 1 台、功率： 1.1KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压： 220V
6.2 卷扬机组：变频带减速调速带制动电机： 4 台、功率： 1.1KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压： 220V
6.3 线缆收放带减速调速制动电机： 1 台、功率： 0.37KW 、转速： 12-200r/min 可调，输入电压： 220V
6.4 、带减速制动变幅电机组： 1 台、功率： 1.1KW 、转速： 12-200r/min 可调，输入电压： 220V
6.5 、集装箱吊具： 1 架（单箱）、外形规格： 1.2×0.3×0.48m
6.6 、大车行走系统：
变频带减速调速电机组： 4 台、功率： 1.5KW 、速度： 15m/min 可调，输入电压： 220V 、轨道： 5 米。
7 、实训装置
7.1 外形尺寸：长 3.8m× 宽 1.8m× 高 3.2m
7.2 集装箱： 1 台、外形规格： 1.2×0.3×0.32m
7.3 设备全重：≦ 1200kg
自动化作业流程：
8.1 卸船作业：
通过系统控制启动俯仰机构电机放下前桥，启动大车（横向移动）和小车（纵向移动）移动至集装箱上方，启动卷扬电机和电缆收放电机将集装箱吊具向集装箱上方降落，同时启动导向板机构将导向板放下（ 海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起 ），吊具落到集装箱正上方后，着箱器接触到集装箱即触发卷扬机制动，这时启动执行机构使吊具闭锁机构闭锁，这时启动卷扬电机使吊具上升到一定高度同时启动小车移至门桥下方 AGV 正上方，再通过卷扬机将集装箱吊具放到 AGV 上，放好后打开吊具闭锁机构。卸载集装箱（可设定连续作业），作业完成后启动变幅电机组将前桥扬起，启动大车移至停车位，一个卸船作业流程完成。
8.2 装船作业：
通过系统控制启动俯仰机构电机放下前桥，启动大车（横向移动）和小车（纵向移动）移动至集装箱上方，启动卷扬电机和电缆收放电机将集装箱吊具向集装箱上方降落，同时启动导向板机构将导向板放下（ 海侧放下、陆侧放下、左侧放下、右侧放下、全部放下和全部收起 ），吊具落到集装箱正上方后，着箱器接触到集装箱即触发卷扬机制动，这时启动执行机构使吊具闭锁机构闭锁，这时启动卷扬电机组使吊具上升到一定高度同时启动小车移至货轮集装箱装载位置上方，启动卷扬电机组将将集装箱卸装在设定的位置，集装箱安放好后开启吊具开锁机构，启动卷扬电机组将吊具上升到一定的高度，同时启动小车移动至门桥 AGV 车道上方（可设定连续作业），作业完成后启动变幅电机将前桥仰起，启动大车移至停车位，一个装船作业流程完成。 。
