探析PLC 技術(shù)在港口電氣自動化中的運用

王軍超

在經(jīng)濟全球化背景下，港口電氣自動化建設(shè)以及發(fā)展至關(guān)重要，其不但關(guān)系著港口企業(yè)的發(fā)展，也關(guān)系著國民經(jīng)濟的發(fā)展。切實將PLC 技術(shù)科學(xué)合理地與港口電氣自動化進行有機結(jié)合，不但可以推動港口電氣自動化實現(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展，并且能夠合理有效地調(diào)控勞動強度，不斷提升生產(chǎn)效率以及質(zhì)量，從而為港口企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 概念分析

PLC 主要指的是可編程邏輯控制器，其屬于擁有微處理器的一種能夠用來開展自動化控制的相應(yīng)數(shù)字運算控制器，能夠?qū)⒖刂浦噶钣行лd入內(nèi)存開展存儲以及執(zhí)行工作，其一般由CPU、數(shù)據(jù)內(nèi)存以及輸入輸出接口還有電源等多個功能單元組成。對于早期的PLC 來講，一般只有邏輯控制功能，因此才會被稱之為可編輯邏輯控制器，在經(jīng)過持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化之后，陸續(xù)具備了邏輯控制功能、時序控制功能、模擬控制功能以及多機通信等一系列功能，所以現(xiàn)階段又可以稱之為“可編程控制器”?，F(xiàn)階段在工業(yè)當(dāng)中采用的PLC 基本上已經(jīng)可以與一臺緊湊型電腦主機相媲美，并且被廣泛應(yīng)用于一系列工業(yè)控制領(lǐng)域。PLC 的出現(xiàn)為人類社會的發(fā)展產(chǎn)生了重要的推動作用。

目前來看PLC 接下來的發(fā)展趨勢將會朝著三個主要方向發(fā)展：一是網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展，二是高性能以及小型化方向發(fā)展。三是簡易化方向發(fā)展。例如：對于高性能以及小型化發(fā)展來講，現(xiàn)階段的PLC 功能開始越發(fā)豐富，同時體積不斷縮小，如由三菱研發(fā)的“FX-1s”系列PLC，當(dāng)中最小的機種，實際體積達到了60mm×90mm×75mm，基本上與一個繼電器大小同等，但是其卻擁有著高速計數(shù)、斜坡以及交替輸出等諸多能力。

1.2 基本原理

PLC 在工業(yè)領(lǐng)域中的工作原理一般主要分為三個流程：一是輸入采樣，二是用戶程序執(zhí)行，三是輸出刷新。也就是先輸入數(shù)據(jù)信息，借助可編程控制器對輸入的數(shù)據(jù)開展掃描以及讀取工作，再將這些數(shù)據(jù)有效存儲相應(yīng)的I/O 的映像區(qū)，在有效完成第一步處理工作后，便可以開展下一步操作。在輸入的脈沖切實改變了初始輸入狀態(tài)或者是數(shù)據(jù)時，應(yīng)該保證輸入的脈沖信號方面的實際寬度要明顯大于一個掃描周期，否則便非常有可能出現(xiàn)輸入的數(shù)據(jù)信息難以做出有效讀取的問題。在開展用戶程序執(zhí)行時，通常PLC 的掃描順序應(yīng)該按照從上到下這一順序來開展，也就是常說的“梯形圖順序”。對于程序來講，在實際開展掃描操作時，應(yīng)該依照從左到右以及從上到下的原則開展掃描工作，同時結(jié)合掃描的順序開展邏輯運算，此操作直至運算完成，此時PLC 能夠依照得出的結(jié)果開展科學(xué)合理的判斷。對于輸出刷新來講，在上述兩個過程中，需要切實依照相應(yīng)的順序開展實施，此時可編程控制器能夠結(jié)合輸出刷新過程開展最后輸出，對于這一階段而言屬于一個關(guān)鍵內(nèi)容，其可以將刷新之后的數(shù)據(jù)有效存儲到相應(yīng)的電路當(dāng)中。

2 港口電氣自動化當(dāng)中應(yīng)用PLC的優(yōu)勢分析

對于PLC 而言，其具備著多種功能，將其應(yīng)用于港口電氣自動化當(dāng)中，可以呈現(xiàn)出以下幾種優(yōu)勢：

一是，PLC 技術(shù)實際操作相對較為簡單便捷，與一些其他編程相比，操作人員容易在短時間內(nèi)了解和掌握其技術(shù)要點，并且開展相關(guān)操作，所以其實用性以及可操作性非常強。

二是，相對于其他技術(shù)來講，PLC 技術(shù)本身具備著更多的功能，所以可以保證在實際運用此項技術(shù)時，港口企業(yè)僅需花費較少的資金便能夠?qū)崿F(xiàn)價值的最大化，從而突顯出了此項技術(shù)相對較高的性價比。

三是，對于PLC 技術(shù)來講，其在模塊化以及標準化方面的技術(shù)性突破，還可以確保相關(guān)工作人員在開展操作的過程中，有效結(jié)合不同電氣設(shè)備的一系列差異性需求開展科學(xué)合理的模塊組合，這樣便可以達到不同的處理目的。

四是，現(xiàn)階段的PLC 技術(shù)在實際編程過程中，一般都是將圖像作為主要的呈現(xiàn)手段，借助這種方式可以在快速處理各類信息的過程中，讓相關(guān)操作人員及時有效地讀懂相關(guān)信息。除此之外，PLC 技術(shù)能夠與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進行有機結(jié)合，從而實現(xiàn)信息方面的交互以及資源共享，以解決港口以往設(shè)備信息資源過于封閉的問題，還可以顯著提高機械設(shè)備的實際應(yīng)用效果。

3 PLC技術(shù)在港口電氣自動化當(dāng)中的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段港口電氣自動化領(lǐng)域中對PLC 技術(shù)有著較為廣泛的應(yīng)用，由于此項技術(shù)具備著操作簡便以及可以快速編程等優(yōu)勢，所以其在港口電氣自動化當(dāng)中能夠應(yīng)用的功能類性非常多。目前來看，此項技術(shù)在港口生產(chǎn)當(dāng)中的很多電氣設(shè)備中都有所應(yīng)用，例如：一是堆取料機，二是卸船機，三是傳送帶運輸機等等，顯著提高了港口設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。文章便針對這三個方面來對PLC 技術(shù)的應(yīng)用做出研究，同時結(jié)合案例針對此項技術(shù)在港口貨物搬運控制方面的應(yīng)用做出探討。

3.1 港口堆取料機

在港口堆取料機當(dāng)中應(yīng)用PLC 控制系統(tǒng)能夠有效提升堆取料機工作質(zhì)量以及效率，確保整個操作能夠滿足相關(guān)標準和要求。其具體應(yīng)用策略如下：

首先，驅(qū)動控制程序。借助驅(qū)動控制程序，能夠為一是電機的驅(qū)動，二是斗輪升降，三是傳送帶驅(qū)動，四是回旋驅(qū)動，五是電纜卷筒驅(qū)動等有效提供較強的便捷性。對于上述這些驅(qū)動功能來講，還能夠發(fā)揮出一定的雙重保護作用，相關(guān)機械操作人員能夠借助驅(qū)動程序，來對機械實際運行速度以及懸臂架的回轉(zhuǎn)角度等做出滿足要求的有效控制，同時還可以有效控制物料的運輸方向和相應(yīng)的運輸速度。如果遇到部分緊急情況，還可以及時采取相關(guān)措施進行控制，避免堆取料機出現(xiàn)事故問題。

其次，位置信號檢測程序控制。借助PLC 控制系統(tǒng)以及電壓傳感器當(dāng)中的編程終端兩者之間的互相作用，可以將一切通信技術(shù)充分展現(xiàn)出來，這樣可以保證對機械信號以及儀表指示等做出實時有效的監(jiān)控。除此之外，還能夠借助一是可編程終端，二是堆取料機執(zhí)行信號以及報警信號，三是有關(guān)數(shù)據(jù)等，有效進入到相應(yīng)的可編程終端系統(tǒng)，借助這一操作可以實時有效地監(jiān)控堆取料機的具體運行狀態(tài)，能夠為堆取料機正常運轉(zhuǎn)有效提供保障。

最后，堆取料程序控制。一是先確保大車行進到相應(yīng)的預(yù)定堆料位置，然后讓懸臂架的角度能夠處于一個正常的堆料范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上開啟堆料程序，如果物料堆積達到了相應(yīng)高度，需要調(diào)整大車位置，過程中確保懸臂架方面的角度正常，然后在一系列操作以及調(diào)整完畢后，再開展相應(yīng)的細致操作，這樣可以確保堆取料機當(dāng)中給的PLC 控制作業(yè)可以穩(wěn)定開展。二是，在開展取料操作時，需要先確保大車已經(jīng)準確到達指定的相應(yīng)取料位置，再依照相關(guān)正確操作，合理控制取料皮帶的具體速度以及懸臂架角度，在此基礎(chǔ)上依照正確的環(huán)節(jié)開展控制工作。

3.2 港口卸船機

PLC 控制技術(shù)在港口卸船機當(dāng)中的應(yīng)用原理如下：

（1）借助分布于卸船機當(dāng)中的各處傳感器，來有效地對卸船機的實際運行狀態(tài)開展監(jiān)測工作，同時結(jié)合輸入PLC 當(dāng)中的一系列信號，借助PLC 當(dāng)中的程序開展運算判斷，以此來控制卸船機開展相應(yīng)的變頻操作。

（2）卸船機變頻控制當(dāng)中具體應(yīng)用的PLC 不但可以完成卸船機自身實際運行狀態(tài)的檢測工作，以此來實現(xiàn)卸船機方面的自動變頻控制，同時還能夠接收上位機傳輸過來的一系列控制指令，從而有效完成對卸船機方面的變頻控制。

（3）對于卸船機來講，應(yīng)用的PLC 系統(tǒng)其程序方面的編制主要采用模塊化的方式進行編制，具體可以分為按鈕處理模塊、故障報警模塊還有通信模塊以及PID 控制模塊，依靠這四個模塊，有效完成卸船機變頻驅(qū)動控制程序方面的編制。除此之外卸船機當(dāng)中的PLC 需要與各變頻器之間借助PROFIBUS 這一總線協(xié)議開展通信連接，如此才能夠完成PLC 變頻控制系統(tǒng)彼此之間的有效通信。

3.3 傳送帶運輸機

在港口生產(chǎn)運營過程中，離不開傳送帶運輸機的支撐，在科技發(fā)展進步的背景下，現(xiàn)代港口都希望能夠在傳送帶運輸設(shè)備當(dāng)中有效應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，這使得PLC 控制系統(tǒng)得到了應(yīng)用和發(fā)揮空間。通常情況下，對于應(yīng)用了PLC 控制系統(tǒng)的相應(yīng)運輸機來講，需要打造一個分布式控制結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合一是現(xiàn)場控制系統(tǒng)當(dāng)中的相應(yīng)控制站，二是現(xiàn)場控制裝置，三是現(xiàn)場檢測裝置等，來達到對運輸機電氣自動化方面的有效集中控制。對于這一系統(tǒng)而言，主要還包括以下幾個方面：一是服務(wù)器裝置，二是現(xiàn)場監(jiān)控屏顯，三是監(jiān)控中心，四是操作員裝置，五是集中控制器等。對于集中控制器來講，其主要負責(zé)協(xié)調(diào)PLC 控制系統(tǒng)還有中央控制中心，促使兩者完成基于TCP 或者是IP 協(xié)議下的一系列數(shù)據(jù)通訊工作以及涉及到的交互共享等相應(yīng)任務(wù)，如此便可以達到對傳送帶運輸機進行現(xiàn)場遠程控制的目的，能夠確保在無人操作的情況下，自動完成各類貨物的有效運輸和傳送，可以顯著節(jié)省大量人力以及物力成本。

除此之外，為了促使數(shù)據(jù)信息交互共享工作擁有良好的有序性以及有效性，相應(yīng)的PLC 控制系統(tǒng)以及運輸機在實際運行過程中，還應(yīng)該充分考慮到集中控制裝置實際與相應(yīng)數(shù)據(jù)通訊交互之間的距離，通常情況下，PLC 控制系統(tǒng)的一個保守有效距離大約為1200m。在實際運用過程中，如果超出了這個范圍，需要借助以太網(wǎng)配合中繼器來有效滿足遠程數(shù)據(jù)交互方面的技術(shù)要求，這樣能夠達到無限距離數(shù)據(jù)交互以及共享的目的。

3.4 貨物搬運控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段港口方面的貨物搬運控制系統(tǒng)，一般都是借助PLC來實現(xiàn)的，其可以確保貨物實際運送方面的可靠性，并且有助于編程還有設(shè)備方面的智能化以及自動化控制，可以顯著降低人力以及物力成本，同時還可以實現(xiàn)對各類貨物搬運方面的精準定位，這使得港口貨物搬運工作的安全性以及可操控性得到了明顯提升。所以有必要結(jié)合實例探討PLC 技術(shù)在貨物搬運控制系統(tǒng)的實際運用模式。具體如下：

圖1 所示為國內(nèi)某港口設(shè)計的貨物搬運控制系統(tǒng)模型，對于這一模型來講，主要便是基于PLC 控制系統(tǒng)所打造的，該模型當(dāng)中的搬運機械手能夠從A 點有效地將貨物搬起并且運送到指定的地點B，對于這一過程來講全部都是由PLC 系統(tǒng)進行控制完成的。針對具體操作技術(shù)而言，該模型主要借助了以往較為傳統(tǒng)的人工手動操作外加PLC 系統(tǒng)方面的自動操作，屬于一種混合操作模式，機械手在實際移動時，能夠在指定位置有效出觸發(fā)相應(yīng)的限位開關(guān)，以此來達到系統(tǒng)控制整個過程的目的。通常情況下，整個控制系統(tǒng)的運行，必須要對控制過程以及功能要求做出仔細的分析，要能夠在大體上明確系統(tǒng)的一系列基本功能控制需求。例如：如果想要處于一種完全自動控制的狀態(tài)，便需要對系統(tǒng)進行連續(xù)控制，此時可以通過操作“自動/手動”的相應(yīng)轉(zhuǎn)換按鈕，來達到從人工向著機械手方面的功能轉(zhuǎn)換目的，以此來全程借助機械手控制各類貨物從A 向著B 的搬運周期。其實際貨物搬運功流程大體如下：

圖1 國內(nèi)某港口貨物搬運控制系統(tǒng)設(shè)計模型

（1）按下自動按鈕促使機械手自動移動到相應(yīng)的觸發(fā)器失電位置。

（2）接觸貨物。

（3）2s 計時完成后自動確認并且夾緊貨物。

（4）正轉(zhuǎn)驅(qū)動機械手促使其從原點A 有效升起。

（5）觸發(fā)下限位進行移動。

（6）移動到B 點，機械手自動下降。

（7）經(jīng)過2s 計時之后自動松開機械手。

（8）機械手此時可以觸發(fā)上限位開關(guān)。

（9）PLC 系統(tǒng)接收同時處理機械手實際狀態(tài)信息。

（10）機械手自動調(diào)整貨物位置然后精準放置。

（11）PLC 系統(tǒng)反轉(zhuǎn)控制促使機械手繼續(xù)移動并且回到原位。

（12）等待開展下一輪貨物搬運。

上述內(nèi)容便是自動操作條件下的整個貨物搬運系統(tǒng)操作的具體流程，當(dāng)所有指令全部完成之后，PLC 系統(tǒng)能夠控制機械手自動回位。

對于想要處于手動操作狀態(tài)來講，上述機械手開展的每一個流程全部都需要實施人工單獨操作，如果單從精確控制方面來看，也許并不如PLC 控制，這就需要港口方面結(jié)合自身實際需求來合理選擇究竟采取人工控制還是PLC 控制。通常情況下，為了確保各類貨物能夠精準擺放，大多數(shù)港口的貨物運輸一般都需要借助PLC 控制系統(tǒng)來開展精確控制，這樣可以提高港口生產(chǎn)效率以及實際工作質(zhì)量。除此之外，為了確保在一些較為特殊的場合可以有效實現(xiàn)人機交替或者是共同控制貨物方面的精確搬運，還有必要在PLC 系統(tǒng)控制程序內(nèi)部有效嵌入一套雙控程序，對于雙控程序來講，主要指的是兩套相對獨立的程序，兩者互相嵌套，可以切實滿足港口貨物運輸方面的人工、自動或者是“人工+自動”模式的自由切換，這樣可以促使整個港口貨物運輸方面具備更好的靈活性以及人性化特點。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟社會以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國港口領(lǐng)域當(dāng)中的電氣自動化將會持續(xù)升級和優(yōu)化，這其中離不開PLC 技術(shù)的有效運用。為確保港口電氣自動化當(dāng)中能夠合理應(yīng)用PLC 技術(shù)，文章針對PLC 技術(shù)做出了簡要分析，同時探討了其在港口電氣自動化當(dāng)中的運用優(yōu)勢，并基于此研究了PLC技術(shù)在港口電器自動化的具體應(yīng)用策略，以此來提高港口生產(chǎn)運行質(zhì)量以及效率，推動港口不斷向好發(fā)展