PLC 電控系統在起重機中的應用

王軼之

（河北港口集團檢測技術有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

針對現有傳動電控系統諸多缺點，新型電控PLC系統在港口起重機的應用已成為發展趨勢與方向。PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是，同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。通過技術人員的不斷對新舊電控系統的分析、調研、論述等工作，決定將PLC 電控系統運用于9 臺輪胎式門式起重機，替代傳動電控系統模式。

1 通信硬件配備技術方案

某港口公司現有9 臺門式起重機，針對門式起重機三大主要運行動作：大車系統行走動作由大車行走變頻器控制2 臺30 kW 變頻電機驅動，小車行走系統由小車行走變頻器控制4 臺5.5 kW 變頻電機驅動，起升系統運行由起升系統變頻器控制一臺132 kW 的變頻器電機驅動，設備整機設計容量為200 kW，具有運行動作負荷能力大、控制保護功能全等特點。

2.1 PLC 主、從站系統

整機控制系統采用西門子公司的S7-300 系列的PLC 通信系統布置。PLC 通信系統有設置在起重機駕駛室內配電箱的主站系統，通過Profibus 通信電纜經過位于主梁接線箱內的中繼器，通信信號傳至位于起重機底梁配線箱內的從站模塊，各個動作信號傳送給位于底梁配電箱內的大車變頻器、小車變頻器、起升變頻器以及各動作條件運行信號元件。并在滿足運行條件下，由各自動作的變頻器驅動電機來完成各系統的運行。

PLC 主站系統布置在門式起重機司機駕駛室內電氣柜中，其中：CPU 中央處理器采用6ES7315-2AH14-0AB0 模塊；電源采用型號為6ES7307-1EA00-0AA0模塊；數字量輸入模塊6 塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0；數字量輸出模塊采用型號為2 塊6ES7322-1HH01-0AA0；通過型號為6ES7390-1AE80-0AA0 的PLC 導軌將各大模塊組態傳輸信號。

PLC 從站系統布置于底梁電氣室內部，電氣室內電控屏內的模塊作為遠程站點，其中：接口模塊采用型號為6ES7153-1AA03-0XB0 的模塊；5 塊數字量輸入模塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0；2 塊數字量輸出模塊采用型號為6ES7322-1HH01-0AA0 的模塊，主要處理斷路器、接觸器、熱繼電器和底梁等機構的限位等控制信號，機上與機下的各個機構動作以及各種操作信號和檢測指令信號均由PLC 統一處理，硬件組態如圖1 所示。

圖1 硬件組態

2.2 PLC 主站、從站通信系統

主站、從站之間的通信信號傳送依靠西門子PLC 通信協議Profibus 通信電纜，由主站通信DP 模塊接口，通過帶有RS485 的Profibus 通信電纜與從站的通信DP模塊接口進行數據的傳送與交換[1]。由于門式起重機的長度約23 m，通信電纜自駕駛室引出至底梁配電室的通信長度約為100 m，且由于整機設計容量較大，并與動力電纜并列布置于電纜槽與電纜拖纜槽內，動力電纜電流會干擾到通信信號，為延展通信信號及增強信號的抗干擾能力，在起重機主梁接線箱內部增設型號為6ES7972-0AA01-0XA0 的通信Profibus 中繼模塊。

2.3 PC 終端顯示屏系統

為增強PLC 系統的運行程序信號、電氣系統狀態、故障的檢測、故障記錄、運行指令等可視化，在司機室內部增設便于設備操作人員與技術人員操控的PC終端顯示器。通過PLC 模塊MPI 通信接口及電纜連接PC 終端顯示器，完成便于操控的人機對話效果，監控運行界面如圖2 所示。

圖2 監控運行界面

2.4 運行程序監控電腦

針對設備技術員對PLC 運行程序的編制、檢測調整，在底梁電氣室增設1 臺工業電腦，通過Profibus 通信電纜連接與PLC 從站通信模塊接口進行數據程序的傳送，將PLC 內部運行程序通過電腦中的STEP7 編程軟件實現程序運行在線監控、程序調整等功能。

2.5 PLC 外部數字信號輸入、輸出系統

起重機操作信號是通過外部電氣原器件操作，控制PLC 數字模塊的輸入模塊的站點。通過CPU 內部的梯形圖進行邏輯計算后，通過輸出模塊的站點實現外部信號的輸出動作。

3 PLC 運行軟件與程序系統

利用西門子PLC 編程軟件中的STEP7 軟件，針對程序編程軟件進行控制程序的邏輯編制與運算處理。

（1）結合門式起重機的使用運行動作、條件、輸出等邏輯控制信號，在STEP7 軟件中完成主站、從站、變頻器的參數設定與邏輯程序編制。

（2）將每個單獨模塊的運行程序編制完成后，通過STEP7 通信截面完成PLC 主站、從站、大車行走變頻器站點、小車運行變頻器站點、起升運行變頻站點組態至Profibus-DP 通信系統。

（3）信號輸入、輸出系統。PLC 外部操作設備傳輸動作信號直接傳送給PLC 數字量輸入模塊編程完成的信號對應數字量站點。然后PLC 通過內部邏輯程序的計算分析后，通過數字量信號直接輸出給外部執行單元，進行動作的運行控制（圖3）。

圖3 控制程序

4 應用情況與實施情況

隨著某港口公司業務量的不斷增加，新型電控系統的9 臺門式起重機自全部投入使用，整體電氣系統運行狀態良好。PLC 電控系統具有自檢系統完善、信號傳輸穩定可靠、故障率低、故障處理效率高等優點，PLC 電控系統使得起重機操作人員在操作設備的過程中，通過PC 顯示器，實時了解起重機的擋位運行狀態、車輛速度運行狀態、各分系統的運行狀態等檢測。更加便于設備的操作，提高設備的運行可靠度、安全度等優點，從而更容易實現人機完美配合的狀態[2]。

（1）設備日常點檢與計劃檢修過程。由于PLC 可以通過內部的檢測進行自行檢測整個的電氣系統的運行狀態。設備操作人員可以通過PC 顯示器與檢測運行按鈕，快速掌握起重機整機的運行程序的正常與否。

（2）在設備的故障處理方面。針對PLC 系統具有超強的自測故障的功能與故障復位功能，PLC 系統主站與從站之間是通過一根Profibus 通信電纜由高空的小車系統直接通信到設備的底梁電氣系統的從站室內，運行安全、可靠性非常高、故障率大大降低，大幅提升起重機運轉使用率。PLC 控制采用集成化控制，各斷路器、接觸器、熱繼電器、底梁機構的限位等操作信號和檢測指令信號均由PLC 系統統一處理，對于電控系統的邏輯運算控制方面不受到外部因素的任何影響。針對各站點之間的信號傳送的抗干擾能力，主要是通過PLC 通信電纜帶有抗干擾屏蔽層與信號中繼器系統來實現信號的抗干擾性能，使得起重機整機的運行狀態穩定性極大的提升[3]。

（3）備品備件庫存與損耗減少。相對與傳統的電控系統，主要是各繼電器、接觸器、熱繼電器、限位器等電氣原件的通斷來實現電氣控制，新型起重機電控系統采用PLC 控制系統的優勢之一，在于復雜的電氣原理主要是利用PLC 的CPU 模塊內部邏輯程序進行高速的計算與分析進行指令的控制。使得PLC 外部電氣原件的故障降低、庫存備件量和更換外部電氣原件的工作量減少，大幅減輕設備一線的設備管理工作量[4]。

5 結束語

新型電控系統PLC 技術應用于門式起重機的運行成功，使得起重機設備在日常吊裝貨物過程自動化與智能化程度更高、電控信號通信更穩定、設備運轉更加安全、設備性能提高。新型電控系統門式起重機在貨物的吊裝業務中，能夠全面提升門式起重機貨物的吊裝效率、作業安全性。使得該港口公司的吊裝設備技術一直能夠引領周邊物流吊裝業，并不斷引來周邊物流企業的技術人員的學習與效仿。先進的設備技術不斷的贏得更多前來合作的鋼材客戶，營業收入穩步提升，綜合服務水平顯著提高，新型電控系統PLC 系統應用于門式起重機中的成功使得設備性能、作業安全、吊裝效率提高，營業收入增多，運行成本降低，使得該公司在物流吊裝行業符合市場化經濟的發展節奏，具備更高的市場競爭力。