港口設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用與探索

陳琛

（上海電力環(huán)保設(shè)備總廠有限公司，上海 200444）

在端口終端實(shí)現(xiàn)電氣自動化，是提升設(shè)備運(yùn)行效率的有效措施，也為港口設(shè)備的性能優(yōu)化帶來了保障。港口貿(mào)易是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動力，尤其是吞吐量的增加，給港口設(shè)備帶來的壓力也明顯增加。加強(qiáng)港口設(shè)備中電氣自動化技術(shù)的運(yùn)用，是順應(yīng)當(dāng)前貿(mào)易發(fā)展趨勢的有效手段，也是推動其自動化與智能化發(fā)展的重要途徑。在港口電氣自動化系統(tǒng)中應(yīng)用PLC 邏輯控制器，不僅能夠減輕工作人員的工作壓力，而且提升了機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性，為港口經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。港口門式起重機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)和集裝箱橋式起重機(jī)，是港口生產(chǎn)中常見的幾種機(jī)械設(shè)備，它們的運(yùn)行質(zhì)量決定著港口的生產(chǎn)效率。電氣自動化技術(shù)在上述設(shè)備中的融合，成為當(dāng)前設(shè)備優(yōu)化的主要手段。

1 PLC 工作原理

PLC 的工作流程主要包括輸入采樣、用戶程序的執(zhí)行和輸出刷新。在輸入采樣的過程中，應(yīng)該首先完成數(shù)據(jù)的輸入，數(shù)據(jù)的掃描和讀取輸入由可編程控制器完成，并在I/O 映像區(qū)中進(jìn)行存儲。如果輸入狀態(tài)為初始狀態(tài)，那么應(yīng)該保障脈沖信號寬度比一個掃描周期大，否則會導(dǎo)致輸入數(shù)據(jù)信息不能讀取的問題。在用戶的程序執(zhí)行過程中，PLC 掃描順序是由上至下，也就是常見的梯形圖順序[1]。邏輯運(yùn)算以掃描順序?yàn)榛A(chǔ)，PLC 對于結(jié)果的判斷依靠相關(guān)運(yùn)算結(jié)果。輸出刷新以一定的順序在輸入采樣和用戶程序執(zhí)行中進(jìn)行，能夠在電腦中實(shí)現(xiàn)刷新數(shù)據(jù)的存儲。

2 PLC 的發(fā)展

交流變頻化、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)字化調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)、自動調(diào)度管理和自動流程控制等，是港口電氣自動化技術(shù)的主要類型。連續(xù)運(yùn)輸裝卸機(jī)械和全變頻技術(shù)，是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，逐漸在現(xiàn)代化港口貿(mào)易中得到廣泛應(yīng)用。近年來，電氣自動化技術(shù)中的可編程邏輯控制器性能得到了有效提升。在PLC 中，數(shù)據(jù)的輸入和輸出以模擬化和數(shù)字化方式進(jìn)行，能夠提升機(jī)械設(shè)備控制的精度，降低工作人員的工作壓力，是提升港口生產(chǎn)與貿(mào)易效率的基礎(chǔ)。PLC 技術(shù)不僅功能豐富，而且在操作中也較為便捷，成本投入較低，能獲得較大的性價(jià)比。由于其自帶負(fù)荷的特性，因此實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備的驅(qū)動，對于實(shí)現(xiàn)港口機(jī)械設(shè)備的自動化與智能化發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3 港口設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 港口集裝箱橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

裝卸橋電氣系統(tǒng)中，可編程邏輯控制器的網(wǎng)絡(luò)化趨勢較為明顯，數(shù)據(jù)交互頻率的提升，也對設(shè)備性能提出了更高的要求。信息共享系統(tǒng)的組成，離不開電氣自動化技術(shù)與系統(tǒng)驅(qū)動器的完美融合。其中的狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制指令和給定信號等，能夠提升設(shè)備關(guān)聯(lián)控制的高效性。在港口集裝箱橋式起重機(jī)中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器內(nèi)部故障，并由專業(yè)人員制定針對性解決方案，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)重大安全事故[2]。將機(jī)械設(shè)備運(yùn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置于驅(qū)動器內(nèi)部，能夠確保技術(shù)輸出的穩(wěn)定性，儲存故障歷史信息，為故障預(yù)防與解決提供保障。與此同時，對于設(shè)備相關(guān)實(shí)際參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，比如制動器累積工作次數(shù)、機(jī)構(gòu)運(yùn)行時間、吊具開閉鎖次數(shù)和接觸器動作次數(shù)等，能夠幫助工作人員及時獲取設(shè)備運(yùn)行狀況，保障設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是人機(jī)友好交流界面可以由CCMS 提供，對于系統(tǒng)運(yùn)行狀況可以進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了PLC 數(shù)據(jù)與系統(tǒng)遠(yuǎn)程站的信息共享，確保工作人員能夠獲得全面而可靠的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。在此過程中，光纜轉(zhuǎn)換器的運(yùn)用十分關(guān)鍵，是系統(tǒng)進(jìn)行精確控制的關(guān)鍵設(shè)備之一。

3.2 港口膠帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

港口膠帶運(yùn)輸機(jī)能夠監(jiān)控港口控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，是保障港口工作順利進(jìn)行的重要設(shè)備。尤其是隨著PLC 向PCC的發(fā)展，以PLC 集中控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)電視系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)的有效融合，使得監(jiān)督控制網(wǎng)絡(luò)性能更加完善。靈活運(yùn)用PLC 控制系統(tǒng)，是確保膠帶輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，可大幅提升運(yùn)輸生產(chǎn)的效率。另一方面，港口膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行故障也會大大降低，確保港口工作的連續(xù)性。分布式控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于全口皮帶輸送機(jī)的電氣自動化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)的建立。其中，現(xiàn)場控制系統(tǒng)又包括了控制站、檢測裝置和現(xiàn)場控制裝置；集中控制系統(tǒng)又包括了監(jiān)控中心、服務(wù)器設(shè)備、站點(diǎn)密鑰和操作員設(shè)備[3]。在TCP/IP 協(xié)議下，設(shè)備由中央控制室進(jìn)行集中控制，以太網(wǎng)的運(yùn)用，增強(qiáng)了與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)交互效率。如果控制站的通信距離在1 200 m 以外，為了滿足數(shù)據(jù)整合交互的需求，需要在連接以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)中繼器的合理設(shè)置。

3.3 港口龍門起重機(jī)中的應(yīng)用

裝卸運(yùn)輸貨物，是港口工作的重點(diǎn)內(nèi)容，其裝卸效率決定著港口貿(mào)易的發(fā)展水平。為此，需要利用電氣自動化技術(shù)，對港口龍門起重機(jī)進(jìn)行優(yōu)化與升級，促進(jìn)其運(yùn)行效率的提升，降低故障發(fā)生的概率。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起重機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)，是龍門起重機(jī)的主要組成部分。在抓斗操作的過程中，對稱的開合機(jī)構(gòu)共同組成提升機(jī)構(gòu)，能夠有效保障打開與閉合的效果。與此同時，在龍門起重機(jī)的運(yùn)行過程中，其配套設(shè)備的運(yùn)行狀況也是影響其工作效率的關(guān)鍵因素。尤其是隨著港口貿(mào)易的增加，龍門起重機(jī)的操作變得越來越頻繁，只有保障接觸器、變頻器和開關(guān)裝置等設(shè)備的良好性能，才能夠滿足設(shè)備的頻繁啟停需求[4]。為了利用電氣自動化技術(shù)對龍門起重機(jī)性能進(jìn)行不斷優(yōu)化，需要以三相異步電動機(jī)為基礎(chǔ)，對操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，驅(qū)動模式的選擇可以根據(jù)需求不同，選擇單獨(dú)式和接頭類型。在驅(qū)動龍門起重機(jī)的過程中，電流的合理分配依靠隔離開關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)。回路由直流電源控制，PLC 輸入可以通過操作主機(jī)指令控制器來實(shí)現(xiàn)，包括超馳電路、過壓電路和互鎖電路等。由于直流電源電壓值為24.0 V，因此PLC 輸出信號也為24.0 V，能夠有效驅(qū)動小型繼電器線圈，促進(jìn)觸點(diǎn)啟動相關(guān)操作機(jī)制的啟動。電氣自動化技術(shù)的運(yùn)用，是提升龍門起重機(jī)勞動強(qiáng)度與運(yùn)行效率的關(guān)鍵。

3.4 PLC 技術(shù)與變頻技術(shù)的融合

為了促進(jìn)港口起重機(jī)的電氣化發(fā)展，可以將PLC 技術(shù)與變頻技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變頻操作模塊的建立，變頻控制機(jī)械的過程中，還需要實(shí)現(xiàn)全數(shù)字矢量技術(shù)的運(yùn)用。起重機(jī)負(fù)載可以由變頻技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提升軟件設(shè)計(jì)科學(xué)性的同時，良好控制變頻操作。有效控制矢量，并調(diào)節(jié)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)。尤其是起重機(jī)中PLC 軟件的應(yīng)用，能夠有效發(fā)揮變頻技術(shù)的功能，在其負(fù)載中加強(qiáng)變頻器的使用，可以提升PLC 技術(shù)與變頻技術(shù)的融合效果。比如在某港口門式起重機(jī)的應(yīng)用中，應(yīng)用G7 變頻交流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字矢量控制，加上增量式脈沖編碼器的運(yùn)用與PLC 的有效控制，使其運(yùn)行效率與穩(wěn)定性得到大大提升[5]。PLC 中有信號輸入后，速度的控制由變頻器完成，并向運(yùn)算模塊反饋信號。在起升機(jī)構(gòu)上升時，應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)命令，使PLC 控制和變頻控制狀態(tài)保持一致。當(dāng)主控制器頻率與輸出頻率一致時，能夠保障接觸器良好吸合。減負(fù)限位保護(hù)、增中副限位保護(hù)、風(fēng)速限位保護(hù)和超載聯(lián)鎖保護(hù)，是PLC 與變頻技術(shù)在門式起重機(jī)中保護(hù)控制的主要形式。以當(dāng)前起重機(jī)的運(yùn)行狀況為依據(jù)，采用不同的保護(hù)形式，確保機(jī)械設(shè)備的良好運(yùn)行。

4 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，是提升港口貿(mào)易水平的關(guān)鍵，尤其是電氣自動化技術(shù)的運(yùn)用，使港口設(shè)備的性能得到了有效提升。加強(qiáng)電氣自動化技術(shù)在港口門式起重機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)和集裝箱橋式起重機(jī)中的應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)與變頻技術(shù)的有效融合，能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的有效控制，增強(qiáng)生產(chǎn)效率，降低故障發(fā)生的概率。