可編程序控制器在港口自動化中的應(yīng)用研究

崔璟琳

（煙臺港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺 264000）

可編程序控制器在港口自動化中的應(yīng)用研究

崔璟琳

（煙臺港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺 264000）

全球經(jīng)濟(jì)一體化趨勢的不斷推進(jìn)，使得國際和區(qū)域交流日益密切起來，其中港口作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~和對外交流的重要窗口，其重要性日趨凸顯。同時信息化時代的到來，也使得港口自動化水平得到顯著提升。在港口自動化過程中，可編程序控制器的作用是毋庸置疑的。因此文章首先簡要概述了可編程序控制器的概念及其主要特點(diǎn)，接著探究了可編程序控制器在港口門座起重機(jī)自動化中的具體應(yīng)用，最后對可編程序控制器未來的發(fā)展方向予以了展望。

可編程序控制器；港口自動化；應(yīng)用

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展催生了可編程序控制器，其一經(jīng)問世就受到了人們的廣泛關(guān)注，并迅速在工業(yè)領(lǐng)域嶄露頭角?？删幊绦蚩刂破鞑捎玫氖俏⑻幚砥飨到y(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的收集、傳輸和處理，極大地實現(xiàn)了工業(yè)領(lǐng)域的信息自動化水平?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)領(lǐng)域的優(yōu)異表現(xiàn)，也使得其應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大。在港口工程中，引入可編程序控制器顯然是可行的。其能夠?qū)崿F(xiàn)港口相關(guān)數(shù)據(jù)信息的自動化交換，帶給港口更高的效益和全新的發(fā)展方向。因此探究可編程序控制器在港口自動化中的應(yīng)用是十分必要的。

1 可編程序控制器的基本概念和主要特點(diǎn)

可編程序控制器誕生于20世紀(jì)60年代，其是基于微處理器的基礎(chǔ)之上，將計算機(jī)、通信、互聯(lián)網(wǎng)和自動化控制等技術(shù)綜合到一起的一種新型的工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破髯砸胛覈詠?，就開始在各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，并顯著提升了傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平以及技術(shù)能力。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展以及信息技術(shù)的進(jìn)一步更新完善，可編程控制器也必將得到完善和發(fā)展，并更好地服務(wù)于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

可編制程序控制器之所以在我國工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，和其眾多優(yōu)勢不無關(guān)系，具體體現(xiàn)在：第一，其系統(tǒng)構(gòu)成較為靈活，易于進(jìn)行擴(kuò)展，具備著豐富的I/ O接口模塊。其顯著特長體現(xiàn)在開關(guān)量控制模式上，并可以持續(xù)地進(jìn)行回路控制，還可以和上位機(jī)共同形成一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，進(jìn)而全面實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的綜合自動化。第二，用戶使用起來較為便捷，編程也較為簡單。大部分的可編制程序控制器多采用的是簡明的梯形圖。因此不需要計算機(jī)專門知識，且有利于縮短整個系統(tǒng)的開發(fā)周期，便于現(xiàn)場直接進(jìn)行調(diào)試。此外，也可以在線對部分程序進(jìn)行修改，將相應(yīng)的控制方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)母亩鵁o需將硬件進(jìn)行拆除。第三，可編制程序控制器具備較強(qiáng)的運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)能力。其整體故障率相對較低，且可以對故障現(xiàn)象進(jìn)行自我診斷并予以顯示，便于快速定位故障點(diǎn)并運(yùn)用更換模塊的辦法來將故障現(xiàn)象進(jìn)行快速排出。同時整體維護(hù)工作量較小且便于維護(hù)，抗干擾能力顯著，可靠性不言而喻。第四，可編制程序控制器的硬件配套齊全，功能強(qiáng)大，性價比極高，且體積較小，能耗也相對較低。在一些較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)之中，運(yùn)用可編制程序控制器能夠有效降低繼電器的使用數(shù)量，進(jìn)而對開關(guān)柜的體積可以有效縮減。同時其配線也遠(yuǎn)低于繼電器系統(tǒng)配線，也就能夠在一定程度上節(jié)省配線和相關(guān)的附件，降低材料成本以及安裝接線工時。

隨著信息自動化技術(shù)的快速發(fā)展，可編制程序控制器也不斷得到發(fā)展，并衍生出越來越多的類型。因此在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，應(yīng)結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際和自動化系統(tǒng)特點(diǎn)，合理選用適宜的可編制程序控制器，進(jìn)而全面發(fā)揮可編制程序控制器的重要功效。

2 可編制程序控制器在港口自動化中的應(yīng)用實例分析

我們以港口門座式起重機(jī)系統(tǒng)為例，重點(diǎn)探討可編制程序控制器在該系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

2.1 門座式起重機(jī)系統(tǒng)基本工作原理

（1）門機(jī)結(jié)構(gòu)。門座式起重機(jī)也可以稱之為門機(jī)，其廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的港口工程中。其運(yùn)行方式為有軌運(yùn)行，且采用的是臂架型移動式來實現(xiàn)港口工程中的相關(guān)裝卸作業(yè)。門機(jī)自身具備十分優(yōu)越的工作性能，同時其所包含的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)等四大機(jī)構(gòu)也具備著獨(dú)特的構(gòu)造，其運(yùn)用轉(zhuǎn)盤式的回轉(zhuǎn)支承裝置，以及滾動元件來實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的安裝方式。

（2）起升機(jī)構(gòu)的工作原理。將兩套獨(dú)立卷揚(yáng)裝置布置在機(jī)房內(nèi)技能夠單獨(dú)工作，亦可以實現(xiàn)共同協(xié)作。前部卷揚(yáng)的主要用途是連接四索抓斗的繩索，后部卷揚(yáng)設(shè)備則用來連接支持繩。卷筒則是用來儲備，并完成卷繞鋼絲繩工作。鋼絲繩運(yùn)動方式為直線運(yùn)行，通過電動機(jī)回轉(zhuǎn)動力來傳遞。在起升結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝驅(qū)動裝置，用以作為驅(qū)動動力，其工作原理是：手柄呈現(xiàn)零位時，相序保持正常狀態(tài)且正常運(yùn)行。一般來說，當(dāng)起升允許升降的時候，證明起升處于良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，無故障現(xiàn)象。

（3）回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的工作原理。在機(jī)房前部配備兩套驅(qū)動裝置（立式電機(jī)、制動裝置以及行星減速裝置）。當(dāng)行星減速裝置旋轉(zhuǎn)時能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)動能量，用以實現(xiàn)降速效果。并且低速軸和門架大齒圈齒輪齒合能夠發(fā)揮旋轉(zhuǎn)運(yùn)動功能?；剞D(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的工作原理為：當(dāng)回轉(zhuǎn)主令呈零位，相序和風(fēng)速儀均保持正常狀態(tài)，回轉(zhuǎn)正常，松開手剎，行走處于停止?fàn)顟B(tài)，合上零位并鎖住，然后保證腳踏位置正常情況下轉(zhuǎn)檔左旋；需轉(zhuǎn)檔右旋時，回轉(zhuǎn)腳踏到正常位置再進(jìn)行右旋。

2.2 可編程序控制器在起重機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制要求。第一，由于港口處于特殊的鄰水環(huán)境，港口通常潮濕并且多污泥。這就要求回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的軸承必須要擁有很強(qiáng)的密封性能，且使用壽命應(yīng)和門機(jī)起重機(jī)持平。第二，由于回轉(zhuǎn)大軸連接位置需要開展機(jī)加工，需要具備足夠大的過渡圓角，同時應(yīng)運(yùn)用熱處理來對應(yīng)力進(jìn)行有效消除。確保軸承的表面是平直且無翹曲現(xiàn)象，剛度適宜且不存在透光現(xiàn)象，真正實現(xiàn)精加工。第三，能夠?qū)崿F(xiàn)360°全能回轉(zhuǎn)，整個回轉(zhuǎn)的實現(xiàn)要借助變頻電動機(jī)以及行星減速裝置來予以支撐。

（2）PLC系統(tǒng)I/O分配原理。第一，如果風(fēng)速達(dá)到了22m/s的時候，則YF6電接風(fēng)速儀會立即發(fā)出報警信號。此時電機(jī)會自動跳閘并且停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。通?？梢赃\(yùn)用輪裝式探頭的風(fēng)速儀。第二，PCI1002-CHR起重機(jī)的超載限制器和壓電式傳感器相互連接，超載限制器可以實現(xiàn)PLC的信號輸入。如果門機(jī)的額定起重量為40T，在起重機(jī)工作狀態(tài)下，一旦起重物體的重量超過了10%，則超載限制器就會將超載信號發(fā)出至PLC，進(jìn)而實現(xiàn)對超載現(xiàn)象的有效控制。第三，選用熱敏電阻來作為電機(jī)的過載監(jiān)測器，其主要是運(yùn)用電阻及數(shù)字隨溫度升高而增加的原理。一旦溫度超過了最大限額，則電子電路可以將其進(jìn)行有效檢出，以便于采取措施進(jìn)行應(yīng)對。

（3）PLC控制系統(tǒng)流程。門機(jī)主要是借助變頻器所反饋回來的信號來有效控制回轉(zhuǎn)速度。而PLC就充當(dāng)了重要的連接功能，并在控制手柄后實現(xiàn)對變頻器的有效控制。

（4）PLC元件組合。門機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)選用的是變頻調(diào)速三相異步，1～100Hz變頻范圍的工頻電壓為380V。依據(jù)實際門機(jī)運(yùn)行過程中對于轉(zhuǎn)速的需求，可以選用YZP2系列，即可以實現(xiàn)1475r/min的轉(zhuǎn)速需求。對于PLC系統(tǒng)可以選用簡單可靠的安裝即可，諸如需要14輸入和6輸出的，可以選用24輸入和16輸出的設(shè)備即可。對于門機(jī)的具體裝卸任務(wù)，PLC可以通過對電路的有效控制，通過信號輸入以及相關(guān)的程序運(yùn)算來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的相關(guān)指令和動作。

3 港口自動化中可編程序控制器的未來發(fā)展趨勢

3.1 實現(xiàn)PLC控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

可編程序控制器有著很強(qiáng)的數(shù)字計算能力，也能夠?qū)崿F(xiàn)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理能力。譬如在散貨碼頭上，可以利用集中控制和分布控制兩個控制系統(tǒng)來對控制整個港口。PLC控制系統(tǒng)具備實效性高、安全可靠以及容錯能力強(qiáng)等優(yōu)勢，只需要一個控制主機(jī)即可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運(yùn)算，并通過分布系統(tǒng)來連接和控制所有網(wǎng)絡(luò)通信及信息數(shù)據(jù)，大大提升了港口信息通信的自動化水平，并且通過工控管理網(wǎng)絡(luò)還可以實現(xiàn)港口各部門間的互聯(lián)互通，提供相關(guān)信息數(shù)據(jù)給管理人員，真正做到PLC的現(xiàn)場管控功能，并推動港口自動化逐步朝向高效率和高可靠性的方向發(fā)展。

3.2 實現(xiàn)PLC的實時監(jiān)控和在線管理功能

PLC系統(tǒng)在港口自動化中的應(yīng)用，可以利用其實時監(jiān)控系統(tǒng)來對港口現(xiàn)場作業(yè)相關(guān)設(shè)備予以全面控制，從結(jié)構(gòu)上可以將其分為硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件設(shè)備中主要是用以安裝PLC控制系統(tǒng)，用來采集和整理設(shè)備作業(yè)作業(yè)運(yùn)營過程中的數(shù)據(jù)信息，并與上層管理系統(tǒng)加以連接，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的向上傳輸，完美地和管理系統(tǒng)進(jìn)行組合；軟件系統(tǒng)則主要是監(jiān)控系統(tǒng)，并由此生成相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，主要用于有效組織相關(guān)數(shù)據(jù)庫，及時對作業(yè)現(xiàn)場的各種故障現(xiàn)象進(jìn)行報警處理，并參與到港口生成運(yùn)營的全過程當(dāng)中，另外，在線管理系統(tǒng)則肩負(fù)著保障港口操作人員安全的職責(zé)。

總而言之，可編程序控制器是目前生成作業(yè)當(dāng)中一種常見且有效的控制裝置設(shè)備，自其誕生之日就備受人們的關(guān)注。隨著信息技術(shù)、自動化技術(shù)等不斷發(fā)展，可編制程序控制器也得到了飛速的發(fā)展，并能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)和信息管理的完美結(jié)合?？梢哉f，這種微型化的控制系統(tǒng)已然成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要系統(tǒng)之一，其在港口自動化中的具體應(yīng)用，將其各種功效得到更為完美的展示，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。

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1671-0711（2017）06（下）-0129-02