基于PLC控制系統(tǒng)在港口機(jī)械的應(yīng)用分析

王澤升

摘 要：近年來，我國(guó)科學(xué)技術(shù)取得了較快的進(jìn)步，港口吞吐量呈不斷上升的態(tài)勢(shì)。這對(duì)港口機(jī)械性能和運(yùn)行效率提出了更高的要求。當(dāng)前港口中部分機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)仍以繼電器或是接觸器關(guān)聯(lián)控制模式為主，這種電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且運(yùn)行效率較低，在使用過程中不僅對(duì)能源消耗量較大，而且還容易發(fā)生故障，從而無法滿足港口裝卸作業(yè)的基本要求。因此需要加快推進(jìn)港口機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的改造，利用PLC控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器或是接觸器關(guān)聯(lián)控制模式，有效的提高機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。文中從港口起重機(jī)的基本概述入手，分析了PLC控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中的應(yīng)用，并進(jìn)一步對(duì)PLC控制系統(tǒng)的港口起重機(jī)改造實(shí)例進(jìn)行了具體闡述。

關(guān)鍵詞：港口；機(jī)械；起重機(jī)；PLC控制系統(tǒng)；變頻控制；應(yīng)用

前言

近年來港口貨物運(yùn)輸量不斷增加，雖然港口機(jī)械能夠完成基本的作業(yè)目標(biāo)，但由于港口部分機(jī)械電氣控制系統(tǒng)較為落后，特別是港口中最為常用的門座式起重機(jī)，其生產(chǎn)效率水平不高。因此需要引進(jìn)PLC控制系統(tǒng)，通過改造傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，提高港口機(jī)械的生產(chǎn)效率，更好的滿足港口快速發(fā)展的要求。

1 港口起重機(jī)的基本概述

起重機(jī)作為港口機(jī)械中非常重要的裝卸設(shè)備，在港口作業(yè)中發(fā)揮重要的作用。起重機(jī)主要以橋式類、臂架類和小型起重設(shè)備為主。橋式起重機(jī)在其行走運(yùn)行結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)能夠進(jìn)行有效作業(yè)。臂架類起重機(jī)能夠在設(shè)備覆蓋區(qū)域或是上空進(jìn)行作業(yè)。小型起重設(shè)備則可以進(jìn)行直線起重作業(yè)。起重機(jī)在港口作業(yè)中的應(yīng)用，有效地提高了港口生產(chǎn)自動(dòng)化水平。但由于近年來我國(guó)港口發(fā)展速度較快，為了更好的滿足港口貨物吞吐量的需求，對(duì)港口機(jī)械智能化、自動(dòng)化和專業(yè)化程度提出了更高的要求，這也使港口起重機(jī)傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)需要加快改造為PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種無觸點(diǎn)繼電器，變傳統(tǒng)的接觸器、繼電器控制為智能型計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化，有效地提高了起重機(jī)的生產(chǎn)效率，減輕了工人操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，更好地促進(jìn)了港口的發(fā)展。

2 PLC控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中的應(yīng)用分析

2.1 PLC控制系統(tǒng)的概述與優(yōu)勢(shì)分析

在PLC控制系統(tǒng)中，主要是利用可編程的存儲(chǔ)器，從而完成內(nèi)部程序的運(yùn)算、控制和操作等指令的發(fā)送，利用輸入或是輸出數(shù)字控制機(jī)械操作來完成生產(chǎn)過程。PLC系統(tǒng)相當(dāng)于微型的計(jì)算機(jī)，主要構(gòu)成部件為CPU、電源、功能與通信模塊、存儲(chǔ)器及接口電路等。在PLC實(shí)際運(yùn)行過程中，需要先進(jìn)行輸入采樣，如：各種限位開關(guān)、極限開關(guān)、速度、壓力等信號(hào)。然后再執(zhí)行相應(yīng)的程序，最后才能完成輸出刷新夾斷過程。將PLC控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效的降低傳統(tǒng)起重機(jī)運(yùn)行過程中高能耗問題，有效的降低電能的消耗量。同時(shí)還能夠提高起重機(jī)的工作效率。這主要是由于應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)時(shí)，能夠針對(duì)起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境來隨時(shí)調(diào)整電機(jī)負(fù)載，大幅度提升起重機(jī)工作的效率和精準(zhǔn)度；也可根據(jù)不同工況自動(dòng)控制港口裝卸機(jī)械的機(jī)構(gòu)動(dòng)作，這對(duì)港口經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的提升具有極為重要的意義。

2.2 港口機(jī)械中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用與前景分析

將PLC控制系統(tǒng)引入到港口起重機(jī)控制系統(tǒng)中來，可以以起重機(jī)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)作為根據(jù)來執(zhí)行相關(guān)的操作指令，從而實(shí)現(xiàn)起重機(jī)控制、調(diào)速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等功能。而且配備有PLC控制系統(tǒng)的起重機(jī)，在收到指令信息后能夠及時(shí)將控制信號(hào)發(fā)送至變頻器中，有效的提高起重機(jī)的工作效率。隨著PLC控制系統(tǒng)近年來變頻調(diào)速技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，港口起重機(jī)無論是運(yùn)行速度還是升降速度都有較大程度的提升，能夠更好的滿足港口實(shí)際工作的需求，特別是實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)載車限位、起重機(jī)升降限位及電機(jī)的有效控制。

目前市場(chǎng)需求的不斷增加，這也使PLC控制系統(tǒng)種類更具多樣化，因此港口機(jī)械在進(jìn)行PLC系統(tǒng)改造過程中需要選擇適宜的PLC控制系統(tǒng)種類，針對(duì)系統(tǒng)的工作原理、設(shè)備特性及控制器功能等多方面因素進(jìn)行綜合分析，以便于能夠更好的滿足起重機(jī)的實(shí)際運(yùn)行要求。另外，還需要構(gòu)建抗干擾系統(tǒng)，有效的對(duì)PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的干擾因素進(jìn)行控制。

3 PLC控制系統(tǒng)的港口起重機(jī)改造實(shí)例

以原前港公司26號(hào)門座式起重機(jī)（現(xiàn)已移至西港公司）改造為例。該起重機(jī)主要以接觸器或是繼電器關(guān)聯(lián)作為控制模式，采用轉(zhuǎn)子串聯(lián)切電阻為主的電機(jī)調(diào)速方式，但在當(dāng)前港口生產(chǎn)量較大的情況下，起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的處于超負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)，故障頻發(fā)，因此需要引入PLC控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行改造。

3.1 起重機(jī)改造方案設(shè)計(jì)

該門座式起重機(jī)采用的是繞線式電機(jī)，需要采用變頻電機(jī)將其替代，同時(shí)利用PLC程序取代原有的電氣控制系統(tǒng)。在改造后PLC系統(tǒng)具有較好的自診斷功能，這也使其在應(yīng)用過程中更方便對(duì)故障進(jìn)行檢查和維修。在實(shí)際改造方案中，主要選擇交流變頻調(diào)速及PLC程序進(jìn)行控制，以此來提高起重機(jī)的作業(yè)效率。

3.2 電氣系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)

該港口的門座式起重機(jī)電氣系統(tǒng)包括照明、傳動(dòng)、控制、監(jiān)控和供電等幾個(gè)部分，在改造設(shè)計(jì)過程中引入PLC控制系統(tǒng)，不僅能夠保證起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且電磁制動(dòng)裝置運(yùn)行過程中不易受到其他因素的影響。在設(shè)計(jì)方案中，需要重視PLC控制系統(tǒng)機(jī)型選擇問題，不僅要具備基本模塊和基本性能，還要充分考慮購(gòu)置成本和維護(hù)成本，針對(duì)港口實(shí)際的作業(yè)環(huán)境來選擇適宜的變頻調(diào)速方式。

3.3 基于PLC控制系統(tǒng)的起重機(jī)控制系統(tǒng)改造

基于PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行起重機(jī)控制系統(tǒng)改造過程中主要集中在起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)、變幅結(jié)構(gòu)、PLC程序控制以及其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中在起升結(jié)構(gòu)改造過程中，首先需對(duì)傳統(tǒng)門座式起重機(jī)起升結(jié)構(gòu)中存在的弊端如能源浪費(fèi)、成本較高以及故障頻發(fā)的問題進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上需引用能夠?qū)崿F(xiàn)矢量控制的變頻器，并在PLC程序設(shè)計(jì)過程中，將起升制動(dòng)器受起升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)帶來的影響進(jìn)行改善，確保作業(yè)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)溜鉤故障。而在變幅結(jié)構(gòu)改造過程中，所考慮的主要為變幅機(jī)構(gòu)控制、相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施等。同時(shí)，在PLC程序控制方面，在保證控制器選型與PLC配置合理的前提下，繪制PLC運(yùn)行流程圖，并設(shè)置抓斗控制，使抓斗工況中起重機(jī)的運(yùn)行能夠以設(shè)置的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開斗控制與閉斗控制。對(duì)于輔助系統(tǒng)的改造，主要可以從司機(jī)操作臺(tái)、安全保護(hù)裝置、信號(hào)顯示部分、照明、通訊及控制柜等幾方面入手，確保改造后起重機(jī)輔助系統(tǒng)性能的優(yōu)越。

3.4 基于PLC控制系統(tǒng)的起重機(jī)改造調(diào)試

當(dāng)對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改造完成后，需要檢測(cè)起重機(jī)的外觀、電氣絕緣和電源柜，并進(jìn)一步分析電氣系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)及運(yùn)行趨勢(shì)，以此來證明起重機(jī)作業(yè)效率的提升。另外，改造后的起重機(jī)，電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定，這也有效的降低起重機(jī)故障發(fā)生率，使PLC控制系統(tǒng)的重要作用更好的發(fā)揮出來。

4 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前港口作業(yè)中，機(jī)械中應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)已十分常見，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了較好的成效，因此需要重視港口機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的改造，以此來提高港口機(jī)械作業(yè)效率，降低其故障發(fā)生率，使其能夠更好的滿足港口未來發(fā)展的需要。

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