PLC技術(shù)在軌道吊吊具電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

周文挺

（舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司，浙江 舟山 316033）

PLC技術(shù)在軌道吊吊具電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

周文挺

（舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司，浙江 舟山 316033）

本文通過對RAM軌道吊吊具在使用過程中容易出現(xiàn)問題的分析，提出了使用可編程控制器（PLC）代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制的總體改造方案。通過PLC控制實(shí)現(xiàn)了吊具功能的拓展，性能更加穩(wěn)定，而且節(jié)約了維護(hù)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益，對集裝箱裝卸機(jī)械的發(fā)展具有重要的意義。

軌道吊吊具；電控系統(tǒng)；PLC

一、RAM軌道吊吊具電控系統(tǒng)改造背景

舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司現(xiàn)有12臺德國西門子電控系統(tǒng)軌道吊，所用吊具為新加坡RAM吊具。其吊具均為傳統(tǒng)繼電器控制。在使用過程中繼電器控制的弊端逐漸顯現(xiàn)：一是繼電器電控系統(tǒng)性能不穩(wěn)定，故障點(diǎn)查找復(fù)雜；二是繼電器本身故障日益頻繁，觸點(diǎn)粘連，接觸不良等現(xiàn)象逐漸增多；三是繼電器電控系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡單，邏輯性不強(qiáng)，在使用操作過程中存在較大的安全隱患。隨著使用年限的增加，吊具繼電器電控系統(tǒng)故障率明顯增加，影響生產(chǎn)效率的同時(shí)，維護(hù)成本也不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年甬舟公司軌道吊所有故障中吊具故障占35%左右，較2014年增加10%左右。吊具質(zhì)量及可靠性，直接影響著起重機(jī)的整體性能。如何有效地提高吊具的可靠性，就顯得極為迫切和重要。

二、RAM吊具簡介及繼電器控制原理分析

RAM吊具是軌道吊裝卸集裝箱的專用工具，采用傳統(tǒng)繼電器邏輯控制方式，其電控系統(tǒng)主要有接觸器（KM1、KM2）以及12個繼電器（K1-K12）對吊具泵、電磁閥進(jìn)行控制、并對限位信號進(jìn)行反饋傳遞。其中吊具4個旋鎖的開鎖、閉鎖、著箱的限位信號分別兩兩串聯(lián)，并輸出到吊具繼電器，由吊具繼電器將限位信號反饋回軌道吊主機(jī)PLC?？刂菩盘栆彩怯绍壍赖踔鳈C(jī)PLC命令直接下達(dá)到吊具繼電器，從而控制吊具伸縮電磁閥及開閉鎖電磁閥。繼電器控制也連鎖控制，但是本身的邏輯不強(qiáng)，主要還是通過軌道吊主機(jī)程序進(jìn)行安全連鎖。一旦繼電器出現(xiàn)觸點(diǎn)粘連、接觸不良等情況，誤傳信號給主機(jī)PLC，容易引起誤動作，從而引發(fā)吊具故障，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸢踩鹿?。所以必須加?qiáng)吊具自身各機(jī)構(gòu)的控制及反饋信號檢測及判斷，并且又不沖突主機(jī)對吊具控制及反饋信號的檢測及判斷，如何做好這雙重保護(hù)，就顯得至關(guān)重要。

三、PLC的簡介與主要特點(diǎn)

PLC，又稱可編程控制器，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按于與與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)主要有：

1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。和同等規(guī)模的繼電器、接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

3.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。

四、PLC在軌道吊吊具電控系統(tǒng)中的研究和實(shí)施

我們選用軌道吊1#吊具為對象進(jìn)行研究改造。PLC系統(tǒng)采用西門子S7-300系統(tǒng)：PS307電源模塊、CPU為314、輸入模塊2塊、輸出模塊1塊。其他電氣元件有：400VA變壓器（380VAC轉(zhuǎn)110VAC）1個、繼電器17個，接線端子若干。

1.改造方案

（1）考慮到吊具的互換性，軌道吊主機(jī)電氣線路、PLC程序、吊具懸掛電纜芯線以及吊具快速插頭保持不變。

（2）采用點(diǎn)對點(diǎn)模式，將吊具每個限位都單獨(dú)進(jìn)行檢測，限位信號中間不進(jìn)過繼電器直接輸入到吊具PLC，并全部參與到邏輯工況運(yùn)算中。

（3）主機(jī)原有24VDC電源到吊具，但為了使PLC更加穩(wěn)定運(yùn)行，不受干擾，對PLC進(jìn)行單獨(dú)供電，主機(jī)24VDC則對吊具電磁閥進(jìn)行供電，這樣大大增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.吊具電氣線路改造實(shí)施

（1）設(shè)計(jì)電氣施工圖紙。

（2）將吊具接線箱中線全部拆除，并將電氣背板拆下。

（3）拆下來的電氣背板拿到車間進(jìn)行配盤，根據(jù)電氣元件的安裝位置進(jìn)行相應(yīng)打孔。

（4）安裝電氣元件，考慮到吊具作業(yè)時(shí)震動較大，PLC安裝導(dǎo)軌以及變壓器均安裝減震墊。

（5）根據(jù)圖紙對電氣元件進(jìn)行敷設(shè)盤內(nèi)線并接線。

（6）接好后進(jìn)行校線。

（7）在吊具上安裝接好盤內(nèi)線的電氣背板，并根據(jù)圖紙進(jìn)行接線。

（8）接好后再次進(jìn)行校線。

（9）上電，檢查各電氣元件狀態(tài)。

3.吊具功能連鎖程序設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)實(shí)際電氣元件進(jìn)行硬件組態(tài)。

（2）確定各旋鎖的編號，由于軌道吊在堆場擺放位置不同，很難區(qū)分吊具旋鎖的編號。因此我們以司機(jī)室側(cè)為界順時(shí)針確定吊具旋鎖編號。

（3）將程序設(shè)計(jì)大致分為3個塊：反饋、控制、故障。

（4）開鎖狀態(tài)的反饋必須有閉鎖信號參與，當(dāng)?shù)蹙咛幱陂_鎖狀態(tài)時(shí)若閉鎖有信號，則開鎖燈不亮，吊具故障燈常亮，軌道吊主機(jī)也報(bào)故障。同理，閉鎖狀態(tài)也是一樣。

（5）20英尺信號必須有40英尺信號參與，當(dāng)?shù)蹙咛幱?0英尺時(shí)若40英尺限位有信號，則司機(jī)室20英尺燈不亮，吊具故障燈常亮，軌道吊主機(jī)也報(bào)故障，同理40英尺狀態(tài)時(shí)也是一樣。

（6）考慮吊具伸縮閥控制的條件，比如有著箱信號伸縮不能運(yùn)行等等。

（7）考慮吊具開閉鎖閥控制的條件，比如無著箱信號開閉鎖無法運(yùn)行等等。

（8）為了能更方便快捷地進(jìn)行維修，我們在吊具接線箱旁安裝了故障指示燈，該燈的主要功能是對吊具上的限位進(jìn)行檢測，若吊具上任何限位報(bào)故障，該故障燈常亮。

（9）程序設(shè)計(jì)完畢，上機(jī)得電進(jìn)行測試，并填寫測試報(bào)告。

4.效果統(tǒng)計(jì)

該1#吊具已在今年3月份改造完畢，目前已投入生產(chǎn)作業(yè)，運(yùn)行正常穩(wěn)定，司機(jī)反映良好。

結(jié)語

本文針對軌道式龍門起重機(jī)RAM吊具故障多、維護(hù)成本高的現(xiàn)狀，尋求PLC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的控制目標(biāo)。改進(jìn)后的吊具電控系統(tǒng)具有較高的工作可靠性和穩(wěn)定性，符合生產(chǎn)現(xiàn)場的控制要求，但系統(tǒng)還不是特別完善，需要在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，不斷進(jìn)行改進(jìn)。

［1］ 廖常初. S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)（第3版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］任振輝，馬永鵬，劉軍.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

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