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摘 要：文章对定位车行走变频调速控制系统的研究，能够保证定位车精确、稳定的进行牵车作业，改造中采用的“AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器”的控制方式使定位车系统最终满足要求工况下的调速要求，同时减少对定位车减速机和行走驱动装置的冲击和损坏，延长了设备的使用寿命；通过对定位车大臂俯仰速度进行调节的研究，引入了比例阀技术，通过和PLC技术相结合，实现对定位车大臂起落速度的实时调节，减少了大臂起落时对定位车本体平衡的影响，节约了大臂起落的反应时间。
关键词：定位车；变频调速；比例阀
1 定位车行走变频调速的主要特点
定位车行走变频调速控制系统主要用于牵引煤炭列车和矿石列车等，在系统设计中，要结合以下特点进行。
（1）负载变化性
定位车行走变频调速控制系统是用于牵引整列装满煤炭或矿石的火车，由于所装载的货物品质不同，以煤炭为例，分为数十种，其密度各不尽相同，分布在0.5～1.80g/m?之间。而且煤炭装车条件也不同，分为人工装车和机械设备装车，因此装载量差别较大。按每节车厢装载62t煤炭为例，整列车偏差最大可达180t左右。同时火车车厢还有多种型号，如C61、C62、C64、C70、C80等，自重和装载量各不相同，因此定位车变频调速控制系统的设计存在一定的难度[1]。
（2）容错性
在定位车牵引火车时，如果出现故障，如提销缸漏油、钩销接近开关信号故障、变频器故障或设备突然停电等，定位车变频调速控制系统能根据定位车状态、AFE整流回馈装置工作情况和逆变器运行的状态、电网电压状况以及定位车牵引火车车厢的负载变化等情况自动进行相关保护动作，从而根本保证了定位车在牵引火车过程中的安全性。在故障发生时定位车驱动变频调速控制系统如果进入专门的故障处理程序，通过停止自动作业运行和断开相关设备动力电源，从而确保定在紧急或故障情况作业下的定位车仍能正常工作。
（3）可扩充性
定位车行走变频调速控制系统的电气控制柜，应该具有与集中手动、自动控制和就地控制等相关功能模块的数据通讯交换接口，能够与PLC和上位机相连，实时传送定位车行走速度的相关数据，实现定位车行走及行走速度的显示和监控，并对行走过程中的故障进行及时反馈和报警。
（4）延长设备的使用年限
定位车设备体积大、质量重，运行环境粉尘大、湿度大，而且定位车采用齿轮齿条驱动行走，这对定位车行走速度和行走位置精度要求很高。定位车行走变频调速控制系统能减少因定位车在行走作业过程的可控性差而导致定位车本体设备振动大、故障率高、维修频繁等一系列问题，延长了定位车的工作次数和工作年限。
1.1 定位车行走变频调速方案选择
定位车系统设计的内容是利用变频调速控制单元控制六台驱动电机运行，以使定位车能够按设定的速度要求进行平稳的牵车作业。根据定位车系统的设计牵车能力及作业效率等设计要求，结合定位车工作运行的现场工况条，采用“AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器”的方式。
AFE主动前端又名整流回馈装置，其英文名译自"Active Front End"。普通的交-直-交式变频器前端通常采用固定三相桥式二极管整流的方式，将电网提供的三相交流电源转换成为直流电源，该直流电源再通过大容量的电解电容平滑滤波后供给IGBT组成的三相桥式逆变器，逆变成频率和电压同步调节的交流电压，驱动电动机在不同的频率下运转。由于普通变频器使用的是桥式整流，所以能量仅能从电网流向变频器母线，无法实现能量双向导通，同时由于全桥整流的限制性，导致变频器的功率因数不够高，同时输入的谐波电流有相对较大，从而造成对电网的影响。变频器的功率越大，给电网带来干扰的也就越大。在实际工作中，一般采取在较大功率的变频器输入端与母线上配置输入电抗器和直流电抗器的方法，来降低变频器的干扰谐波，同时也使变频器的功率因数得到提升。
AFE主动前端的出现则较好的解决了上述问题。AFE主动前端也采用IGBT来结成的桥式结构。因为AFE主动前端未采用固定桥式二极管整流方法，在整流还是在回馈模式下运行时，都是通过IGBT开关状态的变化来实现特定的功能，所以在使用AFE主动前端状态下，变频器的电流谐波很少，减小了对电网的影响。相应地，变频器使用了主动前端后，因为前端能量是双向导通的，所以可以应用于各种需要电机四象限运行的场合中，包括各种电梯、起重机，以及各种电机驱动的场合。
1.2 定位车行走变频调速的主电路设计
定位车采用德国西门子的整流单元（Active Frond End）、逆变器和驱动电机。同时采用德国西门子SIEMENS公司的380V电机控制中心（MCC）并带有电机保护的各种控制盘。
定位车行走系统由六台变频调速交流驱动电机驱动，采用AFE（Active Frond End）主动前端将进线380V三相交流電转换成630V直流电，其下口有两台110kW逆变器，采用共直流母线的方式驱动每台功率为110kW电机运行，通过SIMOLINK电气同步控制卡来实现两台逆变器之间的同步运行。
1.3 定位车变频器与PLC接口
定位车变频调速控制系统的目的是为了实现六台交流异步电动机的同步运行。由操作人员采取就地手动、集中手动和自动方式来控制AFE整流回馈装置和逆变器的工作状态（如启/停运行等）、电动机的接触器的动作，以及各种检测装置和停止或报警信号的输入等。
定位车变频调速PLC控制系统的输入/输出端口为：
（1）数字量输入端口
PLC数字量输入端口包括：变频器的模式选择开关、电动机的正反转选择按钮、变频器速度选择按钮、AFE整流回馈装置和逆变器状态反馈信号、准备启动、零速反馈、通用故障、预充电完成、直流母线预充电和运行状态反馈等。 （2）数字量输入端口
PLC数字量输入端口包括：AFE整流回馈装置和逆变器启动/停止选择开关、远程控制开关、使能开关、重新启动设置、急停开关、正反转控制和预充电选择来实现的，这种方式实现了控制系统中强电和弱电之间的隔离，保护了PLC系统，增强了控制系统和设备的稳定性和可靠性。
（3）模拟量输出端口
PLC的模拟量输出端口包括电动机的转速信号，是以电压信号±10V进行传递；对逆变器的速度调整控制是以电流信号4～20mA进行传递设定的[2]。
1.4 定位车行走变频调速实现
1.4.1 定位车行走变频调速系统组成
定位车变频调速控制系统的组成包括：AFE整流回馈装置、逆变器、电动机、增量测速编码器、行走距离绝对值测量编码器、Controllogix5000 PLC控制器、上位机、触摸屏以及其他用于定位车状态监测、保护的电气元器件，如行走超速开关、行走限位开关等。
（1）执行机构
执行机构由六台电动机组成，用于定位车的驱动，根据实际工况的需求，调整不同的行走速度，以保证能平稳牵引火车。
（2）信号检测
①速度信号：它是检测定位车在行走时的速度，是定位车变频调速控制系统闭环控制的主要信号。该信号是模拟输入信号，通过罗克韦尔的柔性Flex I/O模块，读入到Controllogix5000 PLC控制器当中。
②距离信号：它是检测定位车的行走位置，是定位车Controllogix5000 PLC控制器进行行走距离设定的重要参数依据。该信号是模拟量信号，传送到罗克韦尔的柔性Flex I/O模块，读入Controllogix5000 PLC控制器当中。
③报警信号：它反映定位车变频调速控制系统是否正常运行，例如定位车过速信号，检测定位车行走是否有过速情况；变频器AFE整流回馈装置的状态和逆变器工作状态是否正常等，该信号为开关量。
定位车是通过以下方式实现对其行走距离的精确测量。首先，通过布置在定位车上的绝对值编码器测量实际运行位置的数值以及布置在定位车电机上的增量编码器实时测量电机转速的数值；然后将实时采集到的速度位置数据传输到罗克韦尔PLC系统中，最后通过PLC程序内的相关速度控制程序、位置比较程序及速度给定程序实现对SIEMENS变频器的控制，通过转差频率矢量控制（CUVC）的SIEMENS变频器实现对定位车行走速度和位置精确控制。
定位车行走变频调速系统中的逆变器之间通过SIMOLINK进行数据传输。 SIMOLINK 是以光纤为传媒的数字型串行传输协议。SIMOLINK 驱动连接发展为单个MASTERDRIVES MC/VC 装置之间或MASTERDRIVES MC/VC 装置与上位机系统之间在共同系统时钟下所有连接站的同步，迅速准确的进行数据周期传输。
定位车行走变频调速系统中设置了一个AFE，主要作为一个整流/回馈单元，从结构上分析，因为使用了 IGBT 功率元件，所以AFE的作用和逆变器一样，不一样的是它的输入为交流、输出为直流。
主动前端的工作原理可以概括如下：AFE整流装置在电网中接收交流电压，通过整流输出直流电压。AFE整流回馈装置首先将工频电网的交流电源整定为逆变器可用的直流电，然后由逆变器根据定位车变频调速控制器发送的控制信号改变变频调速的运行频率，实现对电机的转速控制。通过这样的方法就相当于把一台三相异步电机当作一台直流电机来进行控制，通过这样获得的静、动态性能与直流调速系统几乎完全相同。
1.4.2 定位车行走变频调速实现过程
定位车行走变频调速控制系统是实现六台电动机同步运行，由操作人员采取就地手动、集中手动和系统自动控制等模式来控制逆变器的工作状态以及AFE整流回馈装置的启停运行，通过上位机、PV1000触摸屏相关控制界面实现控制模式和行走速度的设置和调整，从而实现对定位车行走速度的控制。
此系统是上位机、PV1000触摸屏通过Rslinx控制系统组态软件将其连接在控制网ControlNet上，定位车行走速度通过控制网ControlNet传送到逆变器的输入卡中，它们之间采用Simolink光纤同步控制传输方式来实现六台逆变器之间的运行。
2 定位车大臂起落速度调节
定位车采用的是闭环电子控制方式，而将电信号转变成液压执行机构的运动和输出力，则需要通过比例阀来实现。比例阀可用于有效地控制速度和加速度，使定位车大臂按控制器所设置的运动方式来实现运动控制。在很多情况下，定位车大臂液压缸都需要快速运动，然后减到一个较低的速度、到达某一位置或最终位置。
定位车大臂是定位车完成调车作业的关键部件，大臂可向上抬起至与地面垂直，其抬臂动作由大臂俯仰机构实现。大臂俯仰机构由液压缸、阀块及液压管路组成。为了提高定位车的作业效率，大臂的起落速度需要根据不同的车型进行调整。要灵活地控制液压油压力、方向和流量，只有比例阀才能很好地达到这一效果。通过比例阀和电控系统的结合，实现定位车大臂起落速度的實时控制。
2.1 比例阀控制原理
电液比例控制阀是根据输入的电信号，对经过阀的液压油的压力、流量等要素进行控制的液压控制阀。在比例阀阀体内，如果电磁力大于弹簧力，则弹簧将被进一步压缩，直到重新达到力的平衡为止。随着电流的增大，电磁力变得更大，弹簧继续受到压缩。而随着电流的减小，则向相反的方向变化。
输入信号是连续变化的电参数，经过放大器作用后，传送给比例电磁铁。比例电磁铁作为电气和机械的中转装置，输出与其感应线圈电流成比例的拉力。此力作用于液压阀阀芯，从而达到控制液压油压力、方向和流量的作用。
比例阀在大臂控制中的控制过程是：比例阀接受控制信号控制活塞阀的运动，再通过活塞阀的运动来推动主阀阀芯的左右滑动，以达到换向的作用，其中主阀上的位置传感器能够感应到主阀当前的位置并把此位置信号传给集成在比例阀上的控制线路，这样便能使大臂在快运动到行程终点时进行必要的减速动作。 比例阀接受一个电流的控制信号来控制大臂的抬落，当电流信号在12～20mA范围时大臂下落，当电流信号在4～12mA时大臂抬起，要想大臂保持位置不动则需要持续输入12mA的电流。想要控制大臂的速度控制这个电流值就可以了，在12～20mA的范围里越靠近20mA速度越快，同样在4～12mA的范围里越靠近4mA速度越快。
该比例阀的控制并不是直接依靠PLC的输出信号，而是需要一个控制器来调节。PLC把需要调节的位置、速度信号输入给W.E.ST.控制器，再由该控制器经过计算向比例阀输出一个4～20mA的电流控制大臂抬落。
2.2 定位車大臂控制流程
定位车大臂动作有专门的控制回路，终点位置的设定和动作速度的设定都由PLC完成设定，并由PLC的大臂控制器输入信号设定位置和速度，再由控制器向比例阀发出控制信号使大臂动作，大臂液压缸安装有位置检测器，负责向大臂控制器和PLC分别反馈相同的位置信息，从而构成大臂起落控制。
大臂动作前蓄能器充压，方向阀动作并使液控单向阀处于打开状态。控制器从控制单元（PLC）收到使能（ENABLE）信号进行位置控制管理（实际位置会与设定位置比较，并将根据比较结果向比例阀输出信号，直到控制器中没有继续抬臂的信号后停止。）位置控制器由一个位置控制卡和一个放大器组成。终点位置由控制单元（PLC）设定给控制器的设定输入点，把开始动作的信号输入给控制器后，大臂会移动到按照参数设定好的位置。大臂速度会经由控制单元（PLC）输入给控制器。PLC输入开始信号会使大臂开始动作，大臂到达设定位置后“开始信号”会被复位到零。使能信号会持续存在以保证液压缸维持它当前的位置可控。由于个别原因使液压缸伸出过程中中断时，两个液控单向阀会在方向阀的动作影响下重新关死，并且不再给控制器使能信号。
2.3 大臂电气控制步骤
（1）给控制器24V电源，使控制器工作。
（2）控制器由准备就绪信号，显示控制器工作正常。
（3）在使能信号的作用下控制器会比较大臂的实际位置和设定位置，并根据比较结果改变输出信号。
（4）当要改变大臂位置时（抬、落大臂），由PLC计算大臂当前位置：Lmax=大臂活塞杆伸出最长时液压缸长度（3177mm），Lmin=大臂活塞杆缩回最短时液压缸长度（1877mm），Lset=设定的液压缸长度（x mm），Lmax-Lmin也就是活塞杆总长度1300mm，4～20mA对应0～30840个PLC输出单位，30840/1300*（X-1877）=最终PLC输出的值（设定位置）。
（5）PLC输出开始信号给控制器，控制器读入设定位置并经过计算开始输出4～20mA电流信号给比例阀。由PLC输入0～10V的控制电压，对应0%～100%的动作速度。
参考文献
[1]李靖宇.利用PLC对定位车进行运动控制[J].港口装卸，2009，（1）：36-37.
[2]周星海.变频器在港口定位车改造中的应用[J].港口装卸，2011，（2）：44-45.
（作者单位：神华天津煤炭码头有限责任公司）
关键词：定位车；变频调速；比例阀
1 定位车行走变频调速的主要特点
定位车行走变频调速控制系统主要用于牵引煤炭列车和矿石列车等，在系统设计中，要结合以下特点进行。
（1）负载变化性
定位车行走变频调速控制系统是用于牵引整列装满煤炭或矿石的火车，由于所装载的货物品质不同，以煤炭为例，分为数十种，其密度各不尽相同，分布在0.5～1.80g/m?之间。而且煤炭装车条件也不同，分为人工装车和机械设备装车，因此装载量差别较大。按每节车厢装载62t煤炭为例，整列车偏差最大可达180t左右。同时火车车厢还有多种型号，如C61、C62、C64、C70、C80等，自重和装载量各不相同，因此定位车变频调速控制系统的设计存在一定的难度[1]。
（2）容错性
在定位车牵引火车时，如果出现故障，如提销缸漏油、钩销接近开关信号故障、变频器故障或设备突然停电等，定位车变频调速控制系统能根据定位车状态、AFE整流回馈装置工作情况和逆变器运行的状态、电网电压状况以及定位车牵引火车车厢的负载变化等情况自动进行相关保护动作，从而根本保证了定位车在牵引火车过程中的安全性。在故障发生时定位车驱动变频调速控制系统如果进入专门的故障处理程序，通过停止自动作业运行和断开相关设备动力电源，从而确保定在紧急或故障情况作业下的定位车仍能正常工作。
（3）可扩充性
定位车行走变频调速控制系统的电气控制柜，应该具有与集中手动、自动控制和就地控制等相关功能模块的数据通讯交换接口，能够与PLC和上位机相连，实时传送定位车行走速度的相关数据，实现定位车行走及行走速度的显示和监控，并对行走过程中的故障进行及时反馈和报警。
（4）延长设备的使用年限
定位车设备体积大、质量重，运行环境粉尘大、湿度大，而且定位车采用齿轮齿条驱动行走，这对定位车行走速度和行走位置精度要求很高。定位车行走变频调速控制系统能减少因定位车在行走作业过程的可控性差而导致定位车本体设备振动大、故障率高、维修频繁等一系列问题，延长了定位车的工作次数和工作年限。
1.1 定位车行走变频调速方案选择
定位车系统设计的内容是利用变频调速控制单元控制六台驱动电机运行，以使定位车能够按设定的速度要求进行平稳的牵车作业。根据定位车系统的设计牵车能力及作业效率等设计要求，结合定位车工作运行的现场工况条，采用“AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器”的方式。
AFE主动前端又名整流回馈装置，其英文名译自"Active Front End"。普通的交-直-交式变频器前端通常采用固定三相桥式二极管整流的方式，将电网提供的三相交流电源转换成为直流电源，该直流电源再通过大容量的电解电容平滑滤波后供给IGBT组成的三相桥式逆变器，逆变成频率和电压同步调节的交流电压，驱动电动机在不同的频率下运转。由于普通变频器使用的是桥式整流，所以能量仅能从电网流向变频器母线，无法实现能量双向导通，同时由于全桥整流的限制性，导致变频器的功率因数不够高，同时输入的谐波电流有相对较大，从而造成对电网的影响。变频器的功率越大，给电网带来干扰的也就越大。在实际工作中，一般采取在较大功率的变频器输入端与母线上配置输入电抗器和直流电抗器的方法，来降低变频器的干扰谐波，同时也使变频器的功率因数得到提升。
AFE主动前端的出现则较好的解决了上述问题。AFE主动前端也采用IGBT来结成的桥式结构。因为AFE主动前端未采用固定桥式二极管整流方法，在整流还是在回馈模式下运行时，都是通过IGBT开关状态的变化来实现特定的功能，所以在使用AFE主动前端状态下，变频器的电流谐波很少，减小了对电网的影响。相应地，变频器使用了主动前端后，因为前端能量是双向导通的，所以可以应用于各种需要电机四象限运行的场合中，包括各种电梯、起重机，以及各种电机驱动的场合。
1.2 定位车行走变频调速的主电路设计
定位车采用德国西门子的整流单元（Active Frond End）、逆变器和驱动电机。同时采用德国西门子SIEMENS公司的380V电机控制中心（MCC）并带有电机保护的各种控制盘。
定位车行走系统由六台变频调速交流驱动电机驱动，采用AFE（Active Frond End）主动前端将进线380V三相交流電转换成630V直流电，其下口有两台110kW逆变器，采用共直流母线的方式驱动每台功率为110kW电机运行，通过SIMOLINK电气同步控制卡来实现两台逆变器之间的同步运行。
1.3 定位车变频器与PLC接口
定位车变频调速控制系统的目的是为了实现六台交流异步电动机的同步运行。由操作人员采取就地手动、集中手动和自动方式来控制AFE整流回馈装置和逆变器的工作状态（如启/停运行等）、电动机的接触器的动作，以及各种检测装置和停止或报警信号的输入等。
定位车变频调速PLC控制系统的输入/输出端口为：
（1）数字量输入端口
PLC数字量输入端口包括：变频器的模式选择开关、电动机的正反转选择按钮、变频器速度选择按钮、AFE整流回馈装置和逆变器状态反馈信号、准备启动、零速反馈、通用故障、预充电完成、直流母线预充电和运行状态反馈等。 （2）数字量输入端口
PLC数字量输入端口包括：AFE整流回馈装置和逆变器启动/停止选择开关、远程控制开关、使能开关、重新启动设置、急停开关、正反转控制和预充电选择来实现的，这种方式实现了控制系统中强电和弱电之间的隔离，保护了PLC系统，增强了控制系统和设备的稳定性和可靠性。
（3）模拟量输出端口
PLC的模拟量输出端口包括电动机的转速信号，是以电压信号±10V进行传递；对逆变器的速度调整控制是以电流信号4～20mA进行传递设定的[2]。
1.4 定位车行走变频调速实现
1.4.1 定位车行走变频调速系统组成
定位车变频调速控制系统的组成包括：AFE整流回馈装置、逆变器、电动机、增量测速编码器、行走距离绝对值测量编码器、Controllogix5000 PLC控制器、上位机、触摸屏以及其他用于定位车状态监测、保护的电气元器件，如行走超速开关、行走限位开关等。
（1）执行机构
执行机构由六台电动机组成，用于定位车的驱动，根据实际工况的需求，调整不同的行走速度，以保证能平稳牵引火车。
（2）信号检测
①速度信号：它是检测定位车在行走时的速度，是定位车变频调速控制系统闭环控制的主要信号。该信号是模拟输入信号，通过罗克韦尔的柔性Flex I/O模块，读入到Controllogix5000 PLC控制器当中。
②距离信号：它是检测定位车的行走位置，是定位车Controllogix5000 PLC控制器进行行走距离设定的重要参数依据。该信号是模拟量信号，传送到罗克韦尔的柔性Flex I/O模块，读入Controllogix5000 PLC控制器当中。
③报警信号：它反映定位车变频调速控制系统是否正常运行，例如定位车过速信号，检测定位车行走是否有过速情况；变频器AFE整流回馈装置的状态和逆变器工作状态是否正常等，该信号为开关量。
定位车是通过以下方式实现对其行走距离的精确测量。首先，通过布置在定位车上的绝对值编码器测量实际运行位置的数值以及布置在定位车电机上的增量编码器实时测量电机转速的数值；然后将实时采集到的速度位置数据传输到罗克韦尔PLC系统中，最后通过PLC程序内的相关速度控制程序、位置比较程序及速度给定程序实现对SIEMENS变频器的控制，通过转差频率矢量控制（CUVC）的SIEMENS变频器实现对定位车行走速度和位置精确控制。
定位车行走变频调速系统中的逆变器之间通过SIMOLINK进行数据传输。 SIMOLINK 是以光纤为传媒的数字型串行传输协议。SIMOLINK 驱动连接发展为单个MASTERDRIVES MC/VC 装置之间或MASTERDRIVES MC/VC 装置与上位机系统之间在共同系统时钟下所有连接站的同步，迅速准确的进行数据周期传输。
定位车行走变频调速系统中设置了一个AFE，主要作为一个整流/回馈单元，从结构上分析，因为使用了 IGBT 功率元件，所以AFE的作用和逆变器一样，不一样的是它的输入为交流、输出为直流。
主动前端的工作原理可以概括如下：AFE整流装置在电网中接收交流电压，通过整流输出直流电压。AFE整流回馈装置首先将工频电网的交流电源整定为逆变器可用的直流电，然后由逆变器根据定位车变频调速控制器发送的控制信号改变变频调速的运行频率，实现对电机的转速控制。通过这样的方法就相当于把一台三相异步电机当作一台直流电机来进行控制，通过这样获得的静、动态性能与直流调速系统几乎完全相同。
1.4.2 定位车行走变频调速实现过程
定位车行走变频调速控制系统是实现六台电动机同步运行，由操作人员采取就地手动、集中手动和系统自动控制等模式来控制逆变器的工作状态以及AFE整流回馈装置的启停运行，通过上位机、PV1000触摸屏相关控制界面实现控制模式和行走速度的设置和调整，从而实现对定位车行走速度的控制。
此系统是上位机、PV1000触摸屏通过Rslinx控制系统组态软件将其连接在控制网ControlNet上，定位车行走速度通过控制网ControlNet传送到逆变器的输入卡中，它们之间采用Simolink光纤同步控制传输方式来实现六台逆变器之间的运行。
2 定位车大臂起落速度调节
定位车采用的是闭环电子控制方式，而将电信号转变成液压执行机构的运动和输出力，则需要通过比例阀来实现。比例阀可用于有效地控制速度和加速度，使定位车大臂按控制器所设置的运动方式来实现运动控制。在很多情况下，定位车大臂液压缸都需要快速运动，然后减到一个较低的速度、到达某一位置或最终位置。
定位车大臂是定位车完成调车作业的关键部件，大臂可向上抬起至与地面垂直，其抬臂动作由大臂俯仰机构实现。大臂俯仰机构由液压缸、阀块及液压管路组成。为了提高定位车的作业效率，大臂的起落速度需要根据不同的车型进行调整。要灵活地控制液压油压力、方向和流量，只有比例阀才能很好地达到这一效果。通过比例阀和电控系统的结合，实现定位车大臂起落速度的實时控制。
2.1 比例阀控制原理
电液比例控制阀是根据输入的电信号，对经过阀的液压油的压力、流量等要素进行控制的液压控制阀。在比例阀阀体内，如果电磁力大于弹簧力，则弹簧将被进一步压缩，直到重新达到力的平衡为止。随着电流的增大，电磁力变得更大，弹簧继续受到压缩。而随着电流的减小，则向相反的方向变化。
输入信号是连续变化的电参数，经过放大器作用后，传送给比例电磁铁。比例电磁铁作为电气和机械的中转装置，输出与其感应线圈电流成比例的拉力。此力作用于液压阀阀芯，从而达到控制液压油压力、方向和流量的作用。
比例阀在大臂控制中的控制过程是：比例阀接受控制信号控制活塞阀的运动，再通过活塞阀的运动来推动主阀阀芯的左右滑动，以达到换向的作用，其中主阀上的位置传感器能够感应到主阀当前的位置并把此位置信号传给集成在比例阀上的控制线路，这样便能使大臂在快运动到行程终点时进行必要的减速动作。 比例阀接受一个电流的控制信号来控制大臂的抬落，当电流信号在12～20mA范围时大臂下落，当电流信号在4～12mA时大臂抬起，要想大臂保持位置不动则需要持续输入12mA的电流。想要控制大臂的速度控制这个电流值就可以了，在12～20mA的范围里越靠近20mA速度越快，同样在4～12mA的范围里越靠近4mA速度越快。
该比例阀的控制并不是直接依靠PLC的输出信号，而是需要一个控制器来调节。PLC把需要调节的位置、速度信号输入给W.E.ST.控制器，再由该控制器经过计算向比例阀输出一个4～20mA的电流控制大臂抬落。
2.2 定位車大臂控制流程
定位车大臂动作有专门的控制回路，终点位置的设定和动作速度的设定都由PLC完成设定，并由PLC的大臂控制器输入信号设定位置和速度，再由控制器向比例阀发出控制信号使大臂动作，大臂液压缸安装有位置检测器，负责向大臂控制器和PLC分别反馈相同的位置信息，从而构成大臂起落控制。
大臂动作前蓄能器充压，方向阀动作并使液控单向阀处于打开状态。控制器从控制单元（PLC）收到使能（ENABLE）信号进行位置控制管理（实际位置会与设定位置比较，并将根据比较结果向比例阀输出信号，直到控制器中没有继续抬臂的信号后停止。）位置控制器由一个位置控制卡和一个放大器组成。终点位置由控制单元（PLC）设定给控制器的设定输入点，把开始动作的信号输入给控制器后，大臂会移动到按照参数设定好的位置。大臂速度会经由控制单元（PLC）输入给控制器。PLC输入开始信号会使大臂开始动作，大臂到达设定位置后“开始信号”会被复位到零。使能信号会持续存在以保证液压缸维持它当前的位置可控。由于个别原因使液压缸伸出过程中中断时，两个液控单向阀会在方向阀的动作影响下重新关死，并且不再给控制器使能信号。
2.3 大臂电气控制步骤
（1）给控制器24V电源，使控制器工作。
（2）控制器由准备就绪信号，显示控制器工作正常。
（3）在使能信号的作用下控制器会比较大臂的实际位置和设定位置，并根据比较结果改变输出信号。
（4）当要改变大臂位置时（抬、落大臂），由PLC计算大臂当前位置：Lmax=大臂活塞杆伸出最长时液压缸长度（3177mm），Lmin=大臂活塞杆缩回最短时液压缸长度（1877mm），Lset=设定的液压缸长度（x mm），Lmax-Lmin也就是活塞杆总长度1300mm，4～20mA对应0～30840个PLC输出单位，30840/1300*（X-1877）=最终PLC输出的值（设定位置）。
（5）PLC输出开始信号给控制器，控制器读入设定位置并经过计算开始输出4～20mA电流信号给比例阀。由PLC输入0～10V的控制电压，对应0%～100%的动作速度。
参考文献
[1]李靖宇.利用PLC对定位车进行运动控制[J].港口装卸，2009，（1）：36-37.
[2]周星海.变频器在港口定位车改造中的应用[J].港口装卸，2011，（2）：44-45.
（作者单位：神华天津煤炭码头有限责任公司）