橋式起重機綜合實訓裝置港口工程培訓設備

一、橋式起重機綜合實訓裝置港口工程培訓設備整體技術性能：

1、實訓操作系統：

1.1具有岸邊集裝箱橋式起重機的訓練功能，并可再擴展到其他機型的訓

練功能：

1.1.1輪胎式集裝箱門式起重機；

1.1.2斗輪堆取料機；

1.1.3門座式起重機；

1.2座椅、面板開關、控制器等操作均采用實機部件，駕駛臺布局及仿真場

景比例與實機一致；

1.3建立六自由度岸橋起重機動態模擬器，能夠真實再現岸橋起重機操作過

程中各部位的動態響應，其仿真動態與模擬對應的實際起重機一致；

1.4模擬器應具備良好的兼容性和可擴充性，為以后增加其他類型起重機的

訓練軟件，可不需要增加或改變主要的硬件配置；

1.5模擬器可進行起重機司機考試，考核程序和內容符合國家或行業標準，

并可根據考核程序的變化而稍做調整；

1.6模擬器針對起重機司機的培訓和考核，要求系統硬件組成簡單，便于管

理維護，應具有較高的可靠性、較好地穩定性，使用方便。

   2.電氣原理及控制

2.1智能電工、電子實訓模塊

   2.1.1電工部分：

1）電位、電壓的測定，2）電源的外特性，3）基爾霍夫定律的驗證，4）

RLC串聯諧振電路，5）戴維南定理驗證，6）單相交流電路功率因數，

7）三相交流電路，8）楞次定律的驗證，9）變壓器，10）伏安法測電阻，

11）電阻的串聯，12）電阻的并聯，13）電阻混聯，14）電阻的分壓電

路，15）電源電動勢的內阻測定，16）電流表和電壓表的擴程，17）歐

姆定律，18）負載獲得大功率的條件，19）直流電橋測電阻，20）燈

絲伏安特性的測定，21）基爾霍夫定律，22）基爾霍夫第二定律，

23）支路電流法，24）樓梯燈開關控制，25）疊加定律，26）星形和三

角形電路等交互換，27）互易定理，28）諾頓定理，29）電壓控制電流

源(vccs)的測試，30）RL串聯部分，31）RC串聯電路的阻抗和電壓三角

形，32）RCL并聯諧振電路，33）電容器的并聯，34）電容器的串聯，

35）電容器的混聯，36）電容器的充放電，37）電容器在交直流中的作

用，38）負載獲得大功率的條件，39）驗證純電感、純電容電路電流、

電壓相位，40）單相交流電路實驗，41）電流互感器原理，42）電壓互

感器原理，43）日光燈電路，44）三相負載的星形聯接，45）三相負載

的三角形連接，46）一階RC電路的過渡過程，47）一階RL電路的過

渡過程，48）二階電路的過渡過程，49）RC選頻網絡，50）電磁感應現

象的研究，51）互感現象，52）通電、斷電自感現象，53）磁耦合線圈

的同名，54）磁耦合線圈的異名端，55）接觸器點動控制，56）接觸器

自鎖控制，57）具有過載保護的正反轉控制，58）接觸器聯鎖的正反轉

控制，59）按鈕聯鎖的正反轉控制，60）雙重聯鎖的正反轉控制，61）

接觸器控制星形三角形控制，62）時間繼電器控制星形三角形控制，63）

QX3-13型自動星形三角形控制，64）直接起動及能耗制動控制，65）銑

床主軸與進給電機的控制，66）電壓控制電流源(vcvs)的測試。

2.1.2電子部分：

1）晶體三極管的輸入輸出特性，2）低頻小信號放大器電路實驗，3）負反饋對放大器性能的影響，4）差動放大器的研究，5）單結晶體管觸發電路，6）單相橋式整流、濾波電路實驗，7）串聯型穩壓電路，8）正弦波振蕩器，9）555時差基電路的應用，10）計數譯碼顯示實驗，11）二極管正向特性，12）二極管反向特性，13）測試三級管電源放大倍數，14）共發射極電路，15）發光二極管實驗，16）帶負載單級小信號電壓放大，17）分析Ce對低頻特性的影響，18）電壓負反饋偏置電路，19）分壓式電流負反饋偏置電路，20）用熱敏電阻穩定工作點電路，21）用二極管穩定工作，22）共基極放大電路，23）共集電極放大電路，24）場效應管測試電路，25）共源極基本放大電路，26）結型場效應管放大器，27）場效應管分壓式自偏壓，28）場效應管共漏極電路，29）場效應管共柵極電路，30）兩級阻容耦合放大電路，31）單管阻容放大實驗電路，32）直接耦合放大電路，33）兩管直接耦合放大電路，34）射極輸出電路增強帶負載能力的阻容耦合電路，35）用電阻提高后級發射極電位，36）用穩壓管提高后級發射極電位，37）變壓器耦合放大電路，38）甲類功率放大電路，39）乙類功率放大電路，40）串聯電流負反饋電路，41）串聯電壓負反饋電路，42）、并聯電壓負反饋電路，43）并聯電流負反饋電路，44）共基共射極放大電路，45）自舉射極輸出電路，46）射極輸出電路，47）用電容衰減高頻電壓，48）NPN-PNP直接耦合放大電路，49）場效應管三極管組成放大電路，50）用負反饋消除自激振蕩，51）負反饋在磁頭放大電路中的應用，52）晶體管開關作用，53）RC移相振蕩電路，54）RC橋式振蕩電路，55）雙T選頻網絡電路，56）變壓器反饋式振蕩電路，57）電容三點式振蕩電路，58）電感式振蕩電路，59）差動放大電路的基本形式，60）長尾式差動放大是民路，61）三管OTL互補對稱電路，62）四管OTL互補推挽功率放大電路，63）差動輸入單端輸出，64）差動輸入雙端輸出，65）單端輸入單端輸出，66）雙電源長尾式差動放大電路，67）具有恒流源的差動放大電路，68）集成功率放大器，69）反相運算基本電路，70）運放用作交流比例放大，71）Vos的簡易測量，72）Ib的簡易測量，73）Ios的簡易測量，74）CMRR的簡易測量，75）Vicm的簡易測量，76）Aod的簡易測量，77）Vopp的簡易測量，78）SR的簡易測量，79）引到反相端輔助調零措施，80）引到同相端輔助調零措施，81）同相輸入求和運算，82）基本同相放大接法，83）利用三極管的基極電流實現對IOS的溫度補償，84）反相輸入保護措施，85）對電容負載進行校正的措施，86）使互補管工作在甲乙類的擴大輸出電流措施，87）同相輸入保護措施，88）利用穩壓管保護器件，89）電源極性錯接的保護，90）反相運算基本電路，91）傳感元件通過電橋的形式將物理量變成電量，92）硅光電二極管放大電路，93）利用三極管來保護器件，94）反相運算基本電路，95）電源起動瞬間過壓保護，96）基本同相運算電路，97）差動輸入運算電路，98）可調增益的差動運算電路，99）反相輸入求和運算，100）對電容負載進行校正的措施，101）雙端輸入求和運算，102）基本積分電路，103）EC考慮泄漏陰時的積分運算電路，104）提高積分時間常數的措施，105）快速積分電路，106）模擬一階段微分方程的電路，107）、模擬二階段微分方程的電路，108）基本功微分電路，109）基本對數運算電路，110）實用微分電路，111）利用間接方法得到近似微分，112）反對數放大的基本電路，113）簡單的過零比較電路，114）利用三極管對數特性組成的對數運算電路，115）具有滯迥特性的比較電路，116）雙限比較電路，117）利用二極管作為上限檢測，118）幅度選擇電路，119）RC無源網絡的低通濾波電路，120）同相輸入一階低通濾波電路，121）反相輸入一階低通濾波電路，122）簡單的二階RC濾波電路，123）典型二階RC有源低通濾波電路，124）二階有波低通濾波電路，125）反饋二階有源低通濾波電路，126）典型二階高通有源濾波電路，127）基本帶通濾波電路，128）典型帶通濾波電路，129）用雙T網絡組成的帶阻濾波電，130）甚低頻正弦波振蕩電路，131）能同時產生正弦和余弦電壓的振蕩電路，132）矩形波振蕩電路，133）寬度可調的矩形波發生器，134）幅度和頻率均可調的鋸齒波發生器，135）幅度頻率可調的鋸齒發生器，136）單相半波整流電路，137）單相全波整流電路，138）單相橋式整流常用畫法電路，139）全波整流電路的大反向峰值電壓，140）電容濾波電路，141）電容濾波帶電阻負載，142）RC濾波電路，143）多段RC濾波電路，144）基本LC濾波電路，145）型濾波電路，146）二倍壓整流電路，147）三倍壓整流電路，148、基本穩壓電路，149）基本調整管穩壓電路，150、具有放大環節的穩壓電路(一)，151）具有放大環節的穩壓電路(二)，152）并聯穩壓電路，153）串聯型開關穩壓電路，154）、三端集成穩壓電路，155）正電源輸出可調的集成穩壓電路，156）電子濾波電路，157）調整管穩流電路，158）充電用硅整流器原，159）單相全波可控硅整流，160）單相半波可控硅整流，161）單相橋式可控硅整流，162）單相半波可控硅整流滯觸發器，163）單相橋式可控硅整流流滯觸發器，164）晶閘管測試電路橋式可控硅整流，165）電阻、電容、二極管觸發電路，166）電子調壓電路單路，167）測單結管，168）、移相觸發電路，169）單結管觸發應用電路，170）用LM7805組成的5-15V可調電源，171）用LM317組成的軟啟動穩壓電，172）二極管非門，173）二極管或非門，174）三極管非門，175）三極管與非門，176）三極管或非門，177）三極管雙穩態電路，178）三極管單穩態電路，179）三極管多諧振蕩電路，180）射極耦合雙穩態電路，181）集成施密特電路，182）對稱式多諧和振蕩器，183）環形多諧振蕩器，184）微分形單穩態電路，185）矩形波發生器，186）測試TTL與非門的輸入短路電路IIS，187）測試TTL與非門的小輸入高電平Von，188）測試TTL與非門的大輸入高電平Voff，189）測試TTL與非門的輸出電平VOH，190）測試TTL與非門的輸出低電平BOL，191）測試TTL與非門的空載功，192）測試TTL與非門空載截止電流IIH，193、測試TTL與非門的扇出系數，194）TTL與門），195）TTL或門，196）、TTL非門，198）TTL與非門，199）RS觸發器，200）JK觸發器，201）D觸發器，202）8421編碼器，203）8421譯碼器換壓器，204）555直流—交流式換壓器，205）二—十進制計數器、十進制計數器，206）七段譯碼器，207）用分離元件組成TTL與非門，208）全加器，209）數據選擇器，210）雙向移位寄存器，211）三態門，212）與非門功能測試，213）利用復位法接成的六進制計數器，214）液位光電控制，215）簡單的溫控電路，216）光控簡易路燈自動開關電路，217）音樂門鈴電路，218）閃光燈電路，219）電子門鈴電路，220）電子音樂集成報警電路，221）排風扇自動啟閉電路，

2.1.3)實訓項目：

2.1.3.1）橋吊聯動臺操作模塊一，

2.1.3.2）橋吊聯動臺操作模塊二，

2.1.3.3）門機聯動臺操作模塊一，

2.1.3.4）門機聯動臺操作模塊二。

2.2變頻調速技術實訓模塊：

2.2.1繼電接觸控制實訓：
1）三相異步電動機點動控制和自鎖控制，2）三相異步電動機Y/△換接啟動控制，3）三相異步電動機聯鎖正反轉控制，4）三相異步電動機延時正反轉控制。

2.2.2變頻控制實訓：

1）變頻器功能參數設置與操作，2）變頻器報警與保護功能，3）多段

速度選擇變頻調速，4）外部端子點動控制，5）外部端子遙控控制，6）

控制電機運行時間操作，7）控制電機正反轉運動控制，8）電壓/電流

監視器信號輸出及顯示，9）瞬間停電變頻器參數設定，10）外部模擬

量（電壓/電流）變頻調速，11）基于變頻調速的RS485通信，12）基

于三角波的變頻調速控制，17）三相異步電機的變頻調速，18）變頻

恒壓供水模擬控制，19）刨床模擬控制（多段速選擇）。

2.2.3MCGS組態監控：
1）直線加減速控制及顯示，2）基于三角波的變頻調速控制實時曲線
，3）三相異步電機的變頻調速實時曲線，4）三相異步電機變頻調速時電壓、電流、功率、轉速實時采集顯示。
基于RS485的MCGS工控組態網絡通訊實訓。

2.2.4實訓項目（岸橋）：

2.2.4.1起升電氣驅動模塊

2.2.4.2大車電氣驅動模塊

2.2.4.3小車電氣驅動模塊

2.2.4.4俯仰電氣驅動模塊

2.3PLC可編程控制綜合實訓模塊:

2.3.1實訓單元模塊（岸橋）：

   BC1）整機控制保護模塊。

BC2）起升機構的控制和保護模塊。

BC3）大車行走機構的控制和保護模塊。

BC4）小車機構的控制和保護模塊。

BC5）俯仰機構的控制和保護模塊。

BC6）俯仰應急交流電機的控制與保護模塊。

BC7）俯仰緊急制動器控制模塊。

BC8）大車夾輪器控制模塊。

BC9）吊具的控制和保護模塊。

BC10）遠程PLC分站模塊。

WK1）典型電動機控制實操單元：施耐德交流接觸器；時間繼電

器，按鈕，交流指示燈，熱繼電器，元器件配

置底座。

網孔板：學會電氣控制系統中各元器件的布局規劃、安裝、調

試過程知識。

BP1）變頻器實訓組件：配置“安川”變頻器，帶有RS485通信接口及BOP操作面板：初步具有綜合應用變頻器的能力，了解變頻調速在實際中的應用，掌握變頻器與PLC之間USS通信協議的建立連接方法。

CM1）觸摸屏實訓組件：7英寸MCGS真色彩：了解工業觸摸屏的功

能及使用方法、掌握與PLC之間的通信知識，并掌握復位、置

位、交替等功能鍵、圖形（曲線）顯示、動態畫面跟蹤在觸摸

屏中的實現方法。

    2.3.2實訓項目：

2.3.21PLC基本技能實訓：

1）PLC認知實訓（軟硬件結構、系統組成、基本指令練習、接

線、編程下載等）

2）典型電動機控制實操實訓（點動、自鎖、正反轉、星三角換

接啟動等）

3）PLC仿真實訓

2.3.22PLC實物控制實訓：

1）直線運動位置識別、運動軌跡控制、定位控制，2）步進電機

運動控制，3）直流電機控制 ，4）溫度PID控制（具有聲效功

能）。

2.3.23PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實訓：

1）變頻器功能參數設置與操作，2）變頻器報警與保護功能，3）外部端子點動控制，4）變頻器控制電機正反轉，5）多段速度選擇變頻調速，6）變頻器無級調速，7）基于外部模擬量(電壓/電流）控制方式的變頻調速，8）瞬時停電啟動控制，9）PID變頻調速控制，10）PLC控制變頻器外部端子的電機正反轉，11）PLC控制變頻器外部端子的電機運行時間控制，12）基于PLC數字量控制方式的多段速，13）基于PLC模擬量控制變頻開環調速，14）基于PLC通信方式的變頻器開環調速，15）基于PLC通信方式的速度閉環控制，16）基于PLC模擬量方式的變頻器閉環調速，17）變頻器恒壓供水系統的模擬，18）基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習，19）基于觸摸屏控制方式的LED控制，20）基于觸摸屏控制方式的溫度PID控制，21）PLC、觸摸屏與變頻器通信控制22）基于MCGS的現場總線網絡通信技術。

2.4傳感器與檢測技術實訓模塊：

2.4.1實驗一金屬箔式應變片―單臂電橋性能實驗：

實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。

2.4.2實驗二：差動變壓器的性能實驗：

        實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。

2.4.3實驗三 直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗

       實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用

2.4.4實驗四 壓電式傳感器測振動實驗

        實驗目的：了解壓電傳感器的測量振動的原理和方法。

2.4.5實驗五 電渦流傳感器位移實驗

實驗目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。

2.4.6實驗六  光纖傳感器的位移特性實驗：

        實驗目的：了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。

2.4.7實驗七 Pt100 鉑電阻測溫特性實驗

     實驗目的：了解鉑熱電阻的特性與應用。

2.4.8實驗八氣敏傳感器實驗：

實驗目的：了解氣敏傳感器原理及應用。

2.4.9實驗九 光敏電阻特性實驗：

      實驗目的：了解光敏電阻的光照特性和伏安特性。

  2.5.0實訓項目：

  2.5.1起升防下墜模塊

  2.5.2典型故障報警模塊

2.6步進、伺服電機控制技術實訓模塊：

2.6.1實驗項目：

2.6.11伺服部分：

1）了解伺服驅動系統在數控機床中所處的位置及作用；

2）了解伺服驅動系統的構成及其與其它部件的聯系；

3）了解伺服驅動系統各主要組成部分的作用、功能。

4）了解進給伺服系統誤差測試原理；

5）了解伺服系統增益對伺服系統運動輪廓精度的影響；

6）認識理論分析對實踐的重要指導作用。

     2.6.12步進部分：

1）正反運行；

2）分段運動；

3）輸出繼電器控制；

4）延時控制；

5）角度等分控制；

6）速度控制；

7）模擬機床加工、

8）模擬流水線作業；

       2.6.2實訓項目：

          2.6.2.1電纜卷筒步進控制模塊（岸橋）

          2.6.2.2電動缸伺服控制模塊（門機）

二、橋式起重機綜合實訓裝置港口工程培訓設備技術規格要求

1、系統硬件技術參數

岸邊起重機仿真操作模擬器主要硬件包括：司機操作臺、六自由度運動系統、軟件運行服務器、顯示系統、教員監控臺。

1.1司機操作臺根據實際市場上主要生產廠家的岸邊起重機駕駛操作臺改造而成，大小尺寸與實際一致，采用實車上的儀表、面板開關、指示燈及

控制器系統，布局與實機保持一致。

1.2系統運行服務器配置：CPUi7，內存8G，顯卡4G，硬盤：320G。

1.3顯示系統采用環繞方式，5臺全高清22寸工業顯示器，6ms響應時間；

位于司機操作臺的正前方、左側和右側，視景效果連續，拼接完整，在

操作座椅上觀察與現實中的視覺效果一致。

1.4模擬器組合形式為拆裝式；

1.5模擬器整體布置占地面積為不大于36平方米(含安全間距)，動態大高

度為3.8米。

1.6教員監控臺主要用于實時監控學員的學習狀況、設定訓練參數，包括：

訓練記錄、設定訓練內容及難度等。

1.7六自由度運動平臺，準確模擬起重機運行過程中的實時位姿狀態，具體

參數如下：

1.7.1有效載荷：500kg，總載荷：1200kg（平臺重量）；

1.7.2系統響應頻率：0.0HZ～20HZ；

行程回差：≤0.2mm；

1.7.3漂移量：平臺系統連續運行12h以上，任何一個電動缸的位置漂移不超過0.25mm

1.7.4平臺大小：4.5m×4.8mm×3.8m；（含橫向導軌）

1.7.5 平臺具有俯仰（α）、滾轉（β）、偏航（γ）、垂直升降(z）、縱向位移(y)、

側向位移(x)等能力，對應位移參數依次為±20°和±150mm；對應速度

分別為±20°/s、±200mm/s；對應角加速度分別為±60°/s、4m/s2；對應

定位精度分別為0.1°、1.0mm；對應重復定位精度分別為0.05°、0.1mm。

2、系統軟件技術闡述：

系統軟件主要由仿真訓練軟件（含整機動力學模型）、考核軟件、教

學管理軟件、視景仿真顯示軟件、操作臺及其監控軟件等部分組成。其中，

仿真訓練軟件具備3D虛擬現實功能，通過在手機和電腦上操作，能實時

模擬顯示港口機械的運動位姿狀態，達到形象的訓練效果。

2.1仿真訓練軟件具備的技術性能

2.1.1具備市場上主要生產廠家的岸邊集裝箱橋式起重機各執行機構的訓練功能，整車動力學模型開發基于3Dunity語言開發平臺進行，并能達到實際設備各機構的性能參數。仿真模型可以實時顯示負載指標、空中吊車的位置，具備管理系統仿真功能。仿真模型可以響應各種操作，包括設備運動、振動、沖擊、加速、緊急停止的位置速度反應等。可以模擬各種裝載吊裝對象，包含集裝箱和普通貨物。

2.1.2設有四套三維零部件庫，內有各實訓裝置所有零部件的3D實體圖，方

便學習者對實訓裝置的每一個構件均有清晰的認知。可進行四種實訓裝

置的部件分解、零件分解，零件裝配、部件裝配。部件拆卸爆炸圖、零

件拆卸爆炸圖。

2.1.3起重機訓練包括多種貨物類型和多種訓練,考核科目；

2.1.4訓練強度和難度能根據在規定的時間內要求學員完成的裝卸貨物量、學員做關鍵操作動作時的難易程度等條件進行分級設定。

2.1.5起重機模擬器吊具的動態模型是根據理論和實際現場綜合研究的成果所建立，其動態特性與實際工況對應一致。

2.1.6模擬器前期建模過程中，支持3DMAX類三維模型，支持工程CAD類三維模型，將CAD模型快速應用于實時仿真和視景顯示。提供一系列工具以修復、簡化、轉換三維模型。

2.1.7模擬器柔性繩索動力學建模仿真能力要求：

可以設置繩索密度、剛度、阻尼等物理參數；

仿真不同繩索關鍵節點：卷揚/滑輪/吊環/附著點等功能；

定義柔性繩索優化仿真性能；

仿真繩索具備與外接物體的碰撞檢測以及繩索自身的碰撞檢測；

設置繩索在拉伸/扭轉/彎曲三個方向上的剛度和阻尼；

在特定地點設置繩索的斷裂；

設置繩索與特定流體的力學交互；

有基于繩索動力學開發的實際工程仿真項目的經驗，內含仿真模型和實

際數據驗證對比部分，提供合同證明文本。

2.1.8模擬器動力學引擎支持開發過程中集成標準的Python腳本語言，方

便后期針對智能控制做進一步的擴展（或：相當或優于此技術的技術手

段）；

2.1.9可以進行自動接觸碰撞檢測，內嵌至少20種不同類型的鉸接約束庫；

2.2.0可模擬風載和仿真對象、繩索、吊裝貨物之間的力學效果，可自由設

置風速大小和方向；

2.2.1可以通過軟件升級快速擴展兼容輪胎式集裝箱門式起重機、斗輪堆取

料機、港口門座起重機等四類起重機的訓練功能。

2.3考核軟件具備的技術性能

2.3.1起重機司機的考核程序和內容符合國家質檢總局頒布的起重機司機考

核大綱要求；

2.3.2模擬器能夠自動給學員判分。

2.4教學管理軟件具備的技術性能;

2.4.1學員可以通過打卡或學號登錄上機，每位學生都有單獨的訓練記錄條

目；

2.4.2能記錄和查詢學員在訓練或考核中的失誤次數或不規范操作的次數，

包括吊具或貨物碰到其它物體的次數及強度，碰撞強度等級分為4-5

級。

2.4.3能記錄和查詢學員在訓練或考核中的平均作業效率、總體訓練時間和

每次上機的課時訓練時間、起重機吊具運行軌跡、歷次考核中的分數、

打印學員的成績報告單、訓練條件或參數的設定；

2.5操作臺及其監控軟件

支持教師完成學員學習及考核的全程監控，可進行訓練或考核內容、難

度的設定。

2.6手機客戶端APP軟件

手機客戶端APP程序可與服務器系統程序通訊，支持學員的學習及考核

操作。也可供教師進行訓練或考核內容、難度的設定。