可编程序控制器在港口自动化中的应用研究

许晓东

摘要：随着我国工业生产规模的扩大，可编程序控制器技术在港口自动化中的作用越来越大。本文通过PLC集合的自动控制技术在港口门座起重机的相关数据，对起升机构旋转结构的构造和运用原理进行解析，讨论了门机四大机构的控制要素，系统研究了可编程序控制系统在港口自动化中的相关应用，为如何提高PLC控制系统的可靠性研究提供了理论依据。

关键词：可编程序控制 港口自动化 门坐起重机 PLC应用

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）06-0004-02

随着全球经济一体化发展的深入，微处理器系统的可编程序控制器在我国港口自动化中发挥了重大作用。这是一种在综合计算机和通信基础上的联网自动控制技术，它具备自主知识产权，被我国的广大技术专业人员应用于各个工业生产领域，它在我国已经有三十多年的发展历史。港口自动化就是靠这些新型调速设备和指控装置，高效的检测、及各种生产信息实现便捷的管理模式。

1 研究目的和意义

可编程序控制器（PLC）最早起源于美国60年代末期，在改进电器控制性能的情况下，只要提高工艺灵活性就能增强电器的可靠性。实现微处理器后期的PLC已经能实现逻辑性开关量控制，数字和数据运算及各种通信联网等操作，这些实效作用让可编程序控制器在港口得到迅速推广，实现港口自动化的数据交换；同时也可以通过连接其他的PLC以监控计算机，建造工业流程综合管理。在集成度和可靠性能较好的系统平台上，让操作系统简单化，也很好的避免了计算机脆弱易损的缺陷。而实现信息化的港口自动化应用及发展，结合可编程序控制器更好的服务于社会和大众，不仅把先进技术综合到国情中，还能为港口带来高效益和新发展，下面就港口门座式起重机控制系统应用作为具体研讨目标。

2 可编程序控制器在港口门座式起重机系统实例应用

2.1 工作原理

2.1.1 门机结构

门座式起重机也叫门机，现代的海河港口大多依靠这种有轨运行的臂架型移动式起重机进行装卸作业。它具备良好的工作性能，除去起升机构、变幅和旋转这三个工作机构，还有一个行走机构，依靠这四大独特优越的构造，采用转盘式回转支承装置，并用滚动元件支持转台的安装方式工作。

2.1.2 起升机构原理

机器房内一共有两套独立的卷扬装置，具备分工协作和共同工作的特性。四索抓斗的闭合绳子由前部卷扬连接，支持绳则由后部卷扬连接。卷筒的功能其实是个储备绳装置，卷绕钢丝绳的工作由卷筒来完成，钢丝绳是直线运动，由电动机的回转动力传递。而驱动装置在起升结构内，不仅包括变频调速电动机，还包括硬纸减速箱和钢丝绳卷筒及其他。

原理：手柄呈零位时，相序正常状态，起升正常。继电器在风速18m/s内正常工作，超过20m/s报警后断电信号，在定额在110%发出输点延时信号。起升允许升降时，起升都是无故障状态。

2.1.3 回转结构原理

机房前部有两套驱动装置，驱动装置不仅有立式电机，还有制动器和行星减速装置。在行星减速器（型号P2HF042）驱动旋转时能获得较大传动力量，它可以满足低速。同时低速轴和门架大齿圈齿轮啮合起到驱动旋转运动的作用。

原理：回转主令置零位，相序和风速仪呈正常状态，在回转无故障时，手刹打开，行走运行停止状态，零位合上并锁住，主令左旋转档，让脚踏处于正常位子后左旋；主令右边旋转档时，回转脚踏也处于正常位子，右旋转。

2.2 可编程序控制器起重机系统应用

2.2.1 回转系统控制要求

（1）港口潮湿多污，所以对轴承密封性能比较高，使用寿命必须达到和本机持平。滚动轴承有三大排，支撑着门机回转工作。

（2）回转大轴联接处要进行机加工，不仅要有足够的过渡圆角，还要用热处理消除应力。做到精加工，轴承表面平直无翘曲。在刚度上做到合适且无透光现象。

（3）做到360度全能回转，依靠变频电动机和行星减速箱运作回转支撑。

2.2.2 PLC系统 IO分配表及ABB变频器档位输入

PLC系统IO分配表（如表1）。

ABB变频器输入的档位输入（如表2）。

IO分配表工作原理：

（1）当风速达到22m/s时，YF6电接风速仪产生信号报警，报警信号使工作状态下的电机自动跳闸并停止旋转动作。风速仪可选用轮转式探头。

（2）PCI1002-CHR起重机超载限制器和压电式传感器连接，PLC信号输入由超载限制器来完成。假设门机额定起重量为40T，工作状态下的物体重量超过百分之十，超载信号就由限制器发出PLC输入信号。这就是超载输入信号生产原理。

（3）电机过载监测器使用热敏电，其原理是电阻急数字随着温度会逐步增加，当温度达到一定上限超额，电子电路可以检测出来。

2.2.3 PLC控制系统流程

门机对回转速度的控制是随变频器的反馈信号决定的。连接作用在于PLC，在控制手柄后控制变频器，这就是门机整个机构的工作流程。如图1：

2.2.4 PLC元件组合

门机的旋转电机选变频调速三相异步，1-100hz变频范围工频电压为380V，介于工作变化转速需要，YZP2系列可以满足1475r/min的转速。

根据设备，PLC可选简单可靠的安装，不仅有丰富指令和灵活的系统，还有标准的编程语言和模拟处理。比如需要14输入和6输出的，可以选24输入16输出的设备。

门机装卸任务可由PLC控制电路后，进行输入信号和运算过程完成旋转系统动作。

3 实现港口自动化的可编程序控制系统发展

3.1 可编程序发展中的问题

目前我国可变程序控制器的发展存在三大足：在技术层面，由于不具备自主知识产权，所在芯片制造磨具加工等方面有诸多遗憾，也为我国港口发展带来束缚；在竞争层面上，目前95%的国内市场被国外的PLC程序占据，而且国外对一些中大型的控制器每年都会推成出新，如果我国继续没有自主的相关知识产权，在竞争中就不具备任何优势；在市场秩序方面，国外的控制器一般都以代理销售为主，这就造成了各部总经销商和分经销商及各个终端销售商的激烈竞争，市场的无序除去造成销售市场的混乱之外，无法获取高额利润更是成了大家的鸡肋。

3.2 相关对策

（1）集中资金和技术，研制自主的可编程序控制器。让芯片加工迅速发展，提高效益和利润。

（2）在可编程序应用技术发展的同时，不仅将这项技术应用于国民领域，更要凭借技术力量和劳动优势，打入外商投资市场。制造国际应用的可编程序控制系统。只有形成只有这样的增值服务，才能带动我国经济发展。

（3）生产设计自有特色的可编程序控制器，并提炼核心技术，在国际上形成不可复制的模块化软件。

3.3 港口自动化的可编程序发展

3.3.1 实现PLC控制网络技术

可编程序有很强的数字计算功能，也有很强数据管理功能。在一个散货码头可以通过集中控制和分布控制这两个系统对港口进行全盘操控。PLC控制系统时效高，容错能力强大。而且它的可靠性和安全性能都比较优越。一个控制主机完成整个系统的运算，各个网络通信和信息数据由分布系统连接控制。实现港口信息通信自动化。工控管理网络和港口各部门互联，为管理信息提供相关数据，完成PLC在内的现场控制。向高效率的可靠性方向发展。

3.3.2 实现PLC实时监控和在线管理

实时监控系统对现场作业控制设备起着连接作用，它的结构硬件及软件，硬件安装PLC控制系统，提供各种相关数据，并连接上层和管理层的作用。它与管理系统组合。采用监控软件生成应用系统，实现数据库组织。能及时处理报警现场，并参与和干预生产过程，在线管理系统则可以为港口操作人员提供安全。

4 结语

可编程序控制器是新一代的工业控制装置系统，在21世纪的中国有着旺盛的发展趋势。它已经突破了原来的概念，能把生产和信息管理有效结合起来，这种微型化的控制器系统已经延生到工厂的各个角落，在现代化的港口自动化建设中得到重要的应用，这也成为检验当代科学技术是否飞速发展的脚步。

参考文献

[1]张志勇，时美.PROFIBUS总线在港口自动化中的优势[J].港口科技，2011（7）：10-12.

[2]周晋生.港口堆场及码头无线网络系统设计[M].燕山大学，2012（3）.

[3]张勇.港口起重机PLC与变频控制技术的应用[M].华南理工大学，2013（11）.

目前我国可变程序控制器的发展存在三大足：在技术层面，由于不具备自主知识产权，所在芯片制造磨具加工等方面有诸多遗憾，也为我国港口发展带来束缚；在竞争层面上，目前95%的国内市场被国外的PLC程序占据，而且国外对一些中大型的控制器每年都会推成出新，如果我国继续没有自主的相关知识产权，在竞争中就不具备任何优势；在市场秩序方面，国外的控制器一般都以代理销售为主，这就造成了各部总经销商和分经销商及各个终端销售商的激烈竞争，市场的无序除去造成销售市场的混乱之外，无法获取高额利润更是成了大家的鸡肋。

3.2 相关对策

（1）集中资金和技术，研制自主的可编程序控制器。让芯片加工迅速发展，提高效益和利润。

（2）在可编程序应用技术发展的同时，不仅将这项技术应用于国民领域，更要凭借技术力量和劳动优势，打入外商投资市场。制造国际应用的可编程序控制系统。只有形成只有这样的增值服务，才能带动我国经济发展。

（3）生产设计自有特色的可编程序控制器，并提炼核心技术，在国际上形成不可复制的模块化软件。

3.3 港口自动化的可编程序发展

3.3.1 实现PLC控制网络技术

可编程序有很强的数字计算功能，也有很强数据管理功能。在一个散货码头可以通过集中控制和分布控制这两个系统对港口进行全盘操控。PLC控制系统时效高，容错能力强大。而且它的可靠性和安全性能都比较优越。一个控制主机完成整个系统的运算，各个网络通信和信息数据由分布系统连接控制。实现港口信息通信自动化。工控管理网络和港口各部门互联，为管理信息提供相关数据，完成PLC在内的现场控制。向高效率的可靠性方向发展。

3.3.2 实现PLC实时监控和在线管理

实时监控系统对现场作业控制设备起着连接作用，它的结构硬件及软件，硬件安装PLC控制系统，提供各种相关数据，并连接上层和管理层的作用。它与管理系统组合。采用监控软件生成应用系统，实现数据库组织。能及时处理报警现场，并参与和干预生产过程，在线管理系统则可以为港口操作人员提供安全。

4 结语

可编程序控制器是新一代的工业控制装置系统，在21世纪的中国有着旺盛的发展趋势。它已经突破了原来的概念，能把生产和信息管理有效结合起来，这种微型化的控制器系统已经延生到工厂的各个角落，在现代化的港口自动化建设中得到重要的应用，这也成为检验当代科学技术是否飞速发展的脚步。

参考文献

[1]张志勇，时美.PROFIBUS总线在港口自动化中的优势[J].港口科技，2011（7）：10-12.

[2]周晋生.港口堆场及码头无线网络系统设计[M].燕山大学，2012（3）.

[3]张勇.港口起重机PLC与变频控制技术的应用[M].华南理工大学，2013（11）.

目前我国可变程序控制器的发展存在三大足：在技术层面，由于不具备自主知识产权，所在芯片制造磨具加工等方面有诸多遗憾，也为我国港口发展带来束缚；在竞争层面上，目前95%的国内市场被国外的PLC程序占据，而且国外对一些中大型的控制器每年都会推成出新，如果我国继续没有自主的相关知识产权，在竞争中就不具备任何优势；在市场秩序方面，国外的控制器一般都以代理销售为主，这就造成了各部总经销商和分经销商及各个终端销售商的激烈竞争，市场的无序除去造成销售市场的混乱之外，无法获取高额利润更是成了大家的鸡肋。

3.2 相关对策

（1）集中资金和技术，研制自主的可编程序控制器。让芯片加工迅速发展，提高效益和利润。

（2）在可编程序应用技术发展的同时，不仅将这项技术应用于国民领域，更要凭借技术力量和劳动优势，打入外商投资市场。制造国际应用的可编程序控制系统。只有形成只有这样的增值服务，才能带动我国经济发展。

（3）生产设计自有特色的可编程序控制器，并提炼核心技术，在国际上形成不可复制的模块化软件。

3.3 港口自动化的可编程序发展

3.3.1 实现PLC控制网络技术

可编程序有很强的数字计算功能，也有很强数据管理功能。在一个散货码头可以通过集中控制和分布控制这两个系统对港口进行全盘操控。PLC控制系统时效高，容错能力强大。而且它的可靠性和安全性能都比较优越。一个控制主机完成整个系统的运算，各个网络通信和信息数据由分布系统连接控制。实现港口信息通信自动化。工控管理网络和港口各部门互联，为管理信息提供相关数据，完成PLC在内的现场控制。向高效率的可靠性方向发展。

3.3.2 实现PLC实时监控和在线管理

实时监控系统对现场作业控制设备起着连接作用，它的结构硬件及软件，硬件安装PLC控制系统，提供各种相关数据，并连接上层和管理层的作用。它与管理系统组合。采用监控软件生成应用系统，实现数据库组织。能及时处理报警现场，并参与和干预生产过程，在线管理系统则可以为港口操作人员提供安全。

4 结语

可编程序控制器是新一代的工业控制装置系统，在21世纪的中国有着旺盛的发展趋势。它已经突破了原来的概念，能把生产和信息管理有效结合起来，这种微型化的控制器系统已经延生到工厂的各个角落，在现代化的港口自动化建设中得到重要的应用，这也成为检验当代科学技术是否飞速发展的脚步。

参考文献

[1]张志勇，时美.PROFIBUS总线在港口自动化中的优势[J].港口科技，2011（7）：10-12.

[2]周晋生.港口堆场及码头无线网络系统设计[M].燕山大学，2012（3）.

[3]张勇.港口起重机PLC与变频控制技术的应用[M].华南理工大学，2013（11）.