卸船機PLC及變頻技術(shù)應用探討

王銀峰 尹國武

摘要：卸船機在港口運營中發(fā)揮著重要作用，是不可或缺的設備之一。對港口卸船機智能化和降低能耗等方面提出符合國情的要求，隨著現(xiàn)代化科學技術(shù)的進步，尤其是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，為了使卸船機更好的滿足不同用戶的需求提供了很多的便利。使用P LC和變頻技術(shù)可以更精確地控制卸載機的運行工況，提高卸船機的工作效率，減少卸船機的能量損失，從而提高港口作業(yè)的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：卸船機；PLC；變頻技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC控制技術(shù)不再局限于邏輯控制范圍，作為一種成熟穩(wěn)定可靠的控制設備，PLC控制系統(tǒng)占據(jù)了現(xiàn)代工業(yè)用途的92%左右的份額。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，它具有體積小，使用靈活，可靠性高，抗干擾能力強，功耗低等優(yōu)點。由于卸船機PLC和變頻控制系統(tǒng)功能強大，得到了廣大用戶的一致好評。變頻器用于實現(xiàn)起重機電機的速度控制操作，結(jié)合PLC的強大功能和可靠性，以及基于組態(tài)軟件開發(fā)的良好的人機界面和強大的通信能力。因此，PLC變頻控制技術(shù)已廣泛應用于卸船機。

一、PLC 概述

PLC控制設備是集通信技術(shù)，編程技術(shù)和智能技術(shù)于一體的工業(yè)設備。剛開始只有開關量的邏輯控制，最先在汽車制造業(yè)得到應用。由于現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在PLC變頻控制技術(shù)已廣泛應用于卸船機，挖泥船等設備上。PLC由三個主要部分組成，即輸入部分，邏輯控制部分和輸出部分。當PLC運行時，其內(nèi)部PLC程序預先存儲，以通過遠程I / O和共址鏈接執(zhí)行每條指令?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)由上位機收集處理，形成具有一定實時性能的監(jiān)控系統(tǒng)，具有運行可靠，編程簡單，安裝靈活，性價比高的特點。PLC基于原始繼電器控制的原理，早期的PLC由開關邏輯控制。使用前，在程序模式下將所需的生產(chǎn)要求寫入PLC存儲器，然后根據(jù)PLC中程序的要求輸入相應的數(shù)據(jù)。

二、PLC 控制的基本原理

當 PLC控制變頻技術(shù)時，繼電器由分布式布置模塊控制，以避免不同繼電器之間的相互干擾，用于邏輯控制的并行模式，定時器采用最先進的集成電路，可以減少工作條件對定時器的影響，控制要求大大提高，PLC控制技術(shù)具有很強的抗干擾能力，有利于現(xiàn)場的同步施工和設計。由于控制技術(shù)和變頻技術(shù)普遍的應用，使用頻率的變化，來控制速度的變化，使位能負載變?yōu)榭赡堋Ｊ紫?，變頻技術(shù)廣泛應用于三相異步電動機，改變電動機的速度，提高工作效率。其次，變頻器的使用可以實現(xiàn)勢能和動能轉(zhuǎn)換為電能并反饋到電網(wǎng)，從而達到節(jié)能的目的，保證工作狀態(tài)的正常運行。變頻調(diào)速可分為兩部分：逆變電路和整流電路。它主要用于整流工業(yè)變頻的外部電源，為逆變電路和控制電路提供直流電源。逆變器電路由六個半導體開關元件通過三相橋式逆變器電路組成，并定期控制主開關元件的接通和斷開，以獲得任何頻率的三相交流電輸出。其主要功能是在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)頻率和電壓的交流電源。

三、PLC變頻技術(shù)的保護功能

卸船機PLC首先接受外部開關信號的輸入，判斷當前系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后輸出信號控制接觸器和繼電器等組件，以完成對應的控制任務。同時，在計算機主機的控制下，PLC還需要定期收集和采樣設備的各種信號。模塊化設計概念用于完成軟件設計。采集模塊，通信模塊，處理模塊，報警模塊等PLC變頻技術(shù)可以實現(xiàn)卸船機的以下幾個方面的保護：

1、開關機構(gòu)的安全保護。由于卸船機的高功率，在硬啟動開始時，在卸船機的回路中產(chǎn)生大的瞬時電流，尤其是在開關的位置。當瞬時電流超過規(guī)定電流時，會發(fā)生各種各樣的故障，嚴重的會導致電氣設備和電纜的損壞。PLC變頻控制可有效控制電氣設備的頻率，進而控制其電流，防止開關柜切換過程中發(fā)生過流和欠壓等故障；

2、過載的保護。卸船機的起升機構(gòu)里安裝了重量傳感器，變頻器會通過重量傳感器自動檢測的每一次的卸載量，如果載荷超過了規(guī)定的數(shù)值時，變頻器會通過CMS顯示過載故障，起升不能再繼續(xù)工作了，必須把卸載量減少才可以繼續(xù)工作，因此利用 PLC變頻技術(shù)能夠?qū)π洞瑱C卸料載荷進行有效控制，各個機構(gòu)得到有效保護，延長卸船機的使用壽命；

3、俯仰機構(gòu)的保護。俯仰機構(gòu)里安裝了停止限位和極限限位，當俯仰機構(gòu)運行到停止位置時，停止限位起作用，變頻器會通過CMS顯示已經(jīng)到停止位置，俯仰不能再繼續(xù)運行，如果停止限位不起作用，俯仰機構(gòu)會碰到極限限位，同樣俯仰不能繼續(xù)運行，極限限位是第二重保護。因此，利用變頻技術(shù)可以對各個機構(gòu)進行有效的保護，避免出現(xiàn)重大事故。

4、電機檢測和保護。PLC控制技術(shù)在電機與機構(gòu)之間的接口處安裝了編碼器和凸輪限位保護裝置。編碼器會自動檢測電機速度，當速度的數(shù)據(jù)超過規(guī)定的數(shù)值，變頻器會通過CMS顯示電機超速故障，電機就不會再工作，這就是超速保護功能。電機的減速箱上安裝凸輪限位，當卸船機的起升高度達到凸輪限位里設置的參數(shù)時，變頻器里會通過CMS顯示凸輪限位的起升停止限位已經(jīng)動作，電機不能使起升再上升了。因此編碼器和凸輪限位有效保護了電機的安全性和穩(wěn)定性。

四，卸船機的應用故障排除

1、工作概述。在卸船機的 PLC控制系統(tǒng)中，故障檢測功能是其實現(xiàn)智能化的重要標志，這意味著卸船機不僅可以滿足生產(chǎn)的自動化，還能實現(xiàn)自我的監(jiān)控、診斷、反饋等功能。PLC故障檢測系統(tǒng)主要包括以下兩個功能。首先，自診斷意味著當PLC上電時，控制系統(tǒng)會自動檢測系統(tǒng)的軟件和硬件。如果硬件損壞或軟件程序丟失，PLC將丟失，PLC計算機的主機將在顯示屏或CMS上發(fā)出警報。這允許工作人員及早發(fā)現(xiàn)故障并處理故障以避免造成更大的損失。第二種是控制診斷，這意味著卸船機的PLC可以在正常工作過程中診斷系統(tǒng)的外部組件。同時，還可以對系統(tǒng)的輸入和輸入?yún)?shù)采取一定的監(jiān)控措施，以便在卸船機運行期間外部部件損壞時，或者程序的參數(shù)不符合要求，PLC計算機會發(fā)出故障報警，甚至卸船機停止工作，然后允許專業(yè)人員進行維護，避免出現(xiàn)更大的質(zhì)量問題。

2、硬件組成。卸船機PLC控制系統(tǒng)包含很多內(nèi)容，故障檢測系統(tǒng)是其控制系統(tǒng)的重要組成部分之一。其功能主要體現(xiàn)在PLC卸載的卸船機電腦主機和CMS上。主要硬件組件包括電源，信息傳輸系統(tǒng)和CPU系統(tǒng)。為了確保故障檢測系統(tǒng)的可靠性，還需要配置相應的計算機主機。在系統(tǒng)的每個PLC分支中，硬件不僅包括電源模塊和通信模塊，還包括基本控制模塊，例如數(shù)字輸入和輸出模塊以及模擬輸入模塊。

3、故障點的信號檢測和預處理。卸船機PLC控制系統(tǒng)本身具有故障檢測功能。對于模擬信號，例如電機電壓的故障檢測，首先使用模擬模塊系統(tǒng)接收來自電壓變送器的模擬信號。然后將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，最后與參數(shù)值或系統(tǒng)設置的最大值進行比較，如果它在正常范圍內(nèi)，則意味著相應的卸船機的相應機構(gòu)處于正常操作中。假如實際值超過了最大值，則說明卸船機的設備處于不好的狀態(tài)。判斷故障發(fā)生與否依靠PLC控制系統(tǒng)設置的要求的參數(shù)值與設備出現(xiàn)的實際值是否一致。

采用PLC進行變頻控制，可以大大提高卸船機的工作效率，降低能耗。變頻技術(shù)的使用可以有效地減少貨物卸載過程中各種沖擊對機械的影響，并根據(jù)貨物的大小和重量進行相應調(diào)整，從而有效地保護了卸船機的各種機構(gòu)的設備。

參考文獻

[1]王兆義，小型可編程控制器實用技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)業(yè)出版社，2015.

[2]李瑋，孟偉.基于港口散料物流自動化[J]. 可編程控制器與工廠自動化，2015.

（作者單位：上海振華重工港機通用裝備有限公司）