淺析可編程控制器在港口起重設備中的運用

摘 要：起重設備在港口作業中起到關鍵性作用，是裝卸作業實施的核心設備，其運行可靠性與穩定性，決定了整個港口裝卸作業效率。為提高其中設備運行綜合效率，將可編程控制器應用到其中，基于計算機技術，通過對通信技術、控制技術以及起重專業技術的有效融合，來提高起重設備控制靈活性和可靠性，減少運行故障的發生，達到提高作業效率的目的。文章對可編程控制器在港口起重設備中的應用方法進行簡要分析。

關鍵詞：可編程控制器；港口作業；起重設備

想要將可編程控制器有效應用到港口起重設備中，需要確定其特點，基于實際作業對起重設備性能的要求，提前明確應用方向與要點，有目的性的進行研究。通過對可編程控制器應用技術的研究，爭取進一步提高起重設備運行可靠性與穩定性，使得設備控制更為靈活，通過準確控制來完成難度更高的作業，促使港口起重設備向自動化與電氣化方向發展。

1 可編程控制器特點分析

可編程控制器主要包括電源、運算器、存儲器、CPU、通訊單元以及輸入和輸出模塊等幾部分組成。因為品牌不同，編程方面存在較大的差異，將其應用到港口起重設備設計優化時，需要設計師從實際需求出發，結合以往自身實踐經驗，來選擇最為合適的品牌。任何品牌的可編程控制器，其編程軟件基本均可以在WIN98或WIN2000環境下工作，軟件運行均為菜單提示方法，根據菜單提示，來完成各項編程任務，并且可以根據實際情況來進行編輯、修改等，以及在聯機狀態下對強制程序內部分故障點進行處理[1]。常見的可編程控制器編程軟件均可以通過一個主程序來對其他子程序進行調用，通過語句表和梯形圖進行編程，還可以對各種進制進行轉換和運算。同時，定時器、計數器、高速計數器各種位數的整數運算、浮點運算。還能夠及時檢測和顯示代碼與故障名稱，提高編程效果。

2 可編程控制器在港口起重設備應用方向

2.1 起升部分控制監測

利用可編程控制器來對起重機起升高度、速度以及重量進行控制，同時還可以對起重機各部位提供加減速、過橫梁保護、超速保護、超重保護等安全保障，提高起重機運行安全性。即通過輸入旋轉編碼器數字信號，對起升位置、速度等數據信息進行監測，并通過重量傳感器輸入4-20MA模擬量信號對重量進行監測，最后利用PLC和變頻器通訊來完成司機的所有操作指令，完成各項操作作業[2]。

2.2 小車部位控制監測

與起升部位一樣，小車在整個起重設備工作中，需要高頻率作業，利用可編程控制器對其進行控制，能夠提高其動作的準確性、安全性與快速性，對提高作業精確性具有重要意義。即利用可編程控制器與龐大縝密的程序來應對各種工況，驅動小車前后行駛、計算運行位置、加減速運行、前后橫梁保護、前后極限位置保護以及俯仰機構互鎖等，滿足集裝箱快速運輸工況作業需求[3]。

2.3 俯仰部分控制監測

通過可編程控制器來對起重機俯仰機構動作進行控制和監測，確定機構運行速度、位置、加減速以及上升/下降位置等信息，通過計算后發出命令完成自動掛鉤與脫鉤作業，提高作業綜合效率。同時還可以通過旋轉編碼器輸入信號，對俯仰機構運行速度、角度等數據進行監測，實現作業超保護。并通過程序來對俯仰機構電磁閥進行控制，提高運行作業的安全性。

2.4 大車部分控制監測

大車結構為起重機在軌道上行駛的機構，主要負責完成集裝箱船在不同位置作業要求。應用可編程控制器來對其作業過程進行控制，驅動打車機構行駛電機，由電機來帶動大車輪子轉動，促使大車機構的有效移動。同時，還可以通過電機上旋轉編碼器對大車機構電機速度進行監控，以及通過機械間限位與紅外線探頭來實現大車左右行的極限位置保護，和起重機與船桅桿間的防撞保護。另外，對于港口起重設備來說，大車卷纜線張進度的控制，主要是通過電機上磁制聯軸器實現的，并通過限位開關來對電纜張進度進行保護。對于港口起重大車機構來說，一般都是在程序內設定好制動要求，然后對液壓系統進行精確控制，保證可以有效實現制動器夾軌操作與電機制動。

3 門座起重機控制系統應用設計

3.1 門座起重機控制系統

門座起重機控制系統主要可分為機械系統與電氣系統兩部分，想要提高控制效果，需要保證機械與電氣兩部分具有較高的協調性。其中，機械系統包括起升機構、大車行走機構、旋轉機構、門架、變幅機構、配重、軌道等，結構復雜性比較大，且自重大，后期調整難度高，但是運行精度要求嚴格，需要對各部分進行精確控制[4]。電氣系統即對各機構進行控制，保證可以有序安全運行，有機械系統相比，電氣系統軟件編程具有更高的靈活性，在不改變硬件基礎上達到控制目的，可以有效彌補機械系統存在的不足。

3.2 分布式控制系統

3.2.1 硬件系統

基于門座起重機控制系統特點，存在較多數量的控制對象，包括接觸器、斷路器、變頻器、繼電器等，為降低控制柜復雜度，可以適當增加控制數量，如PLC配電保護柜、變幅控制柜、起升控制柜、旋轉控制柜以及行走控制柜。將CPU主機架設在PLC配電保護柜內，來對系統進行配電保護，其還要在其他各控制柜內均設置一個機架，來用于相應機構的控制。司機在司機室內可以對聯動臺上的操縱桿和按鈕對門座起重機各機構進行有效控制，并且為減少司機室內連接線數量，還需要在內部擴展一個機架，用于各類信號的輸出與輸入。

3.2.2 網絡體系

將開放式網絡系統作為依據，共分為控制層、信息層、設備層三部分。利用工業以太網技術，來對計算機各PLC站點數據進行采集，達到數據匯總和遠程運行監控效果。中間層主要應用控制器網絡，負責現場各PLC間以及PLC與計算機間數據的交換和控制。底層設備主要應用CompoBus/D或CompoNet網絡，可以將現場各類設備直接與PLC控制器有效連接，對不同廠商、現場數據進行收集，以及配置和監視。

3.2.3 總線網絡

通過現場總線網絡，可以實現工業現場傳感器、光電開關、測量儀器等智能設備與控制器間的有效連接，還可以對I/O數據進行遠程采集，達到集中控制目的。以CompoBus/D總線網絡為例，可以實現控制系統內遠距離設備的有效連接，且在實際應用中具有成本低、效率高特點，并且hi愛可以支持多種通信方式，應用操作靈活性更強。要求具有遠程I/O通信功能和信息服務功能，即在主站可以對所有從站I/O信息進行有效讀取，實現對I/O遠程監控。

4 結束語

將可編程控制器應用到港口起重設備優化設計中，需要基于起重設備運行原理，確定應用方向和技術要點，以滿足實際作業需求為目的，做好設計方案編制，通過計算機技術和通訊技術的有效應用，實現對港口起重設備各機構的有效控制。

參考文獻

[1]劉普.基于PLC和變頻器的港口門座起重機控制系統研究[D].南京理工大學，2014.

[2]張勇.港口起重機PLC與變頻控制技術的應用[D].華南理工大學，2013.

[3]張學偉.PLC與變頻技術在港口起重機械中的應用研究[J].山東工業技術，2016，09：298.

[4]詹建超.可編程控制技術在港口自動化電氣系統中的應用研究[J].科技創新與應用，2014，17：32.

作者簡介：楊振（1986，5-），男，河北唐山人，學歷：大專，研究方向：電氣維修。