劉超

摘 要：PLC設(shè)備在港口設(shè)備的運行與控制中扮演著重要的角色，已經(jīng)受到普遍重視。在這種背景下，文章首先探討了PLC在港口設(shè)備中有效應(yīng)用的出發(fā)點，進(jìn)而探討了PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計與安全保障設(shè)計。

關(guān)鍵詞：PLC；港口設(shè)備；應(yīng)用；系統(tǒng)設(shè)計；安全

引言

在港口設(shè)備運行與控制中，自動控制系統(tǒng)的各種設(shè)備具有相互通信及資料交換功能是非常重要的。較早期的通信方式是采用串列傳輸?shù)募軜?gòu)，通過硬件架構(gòu)、傳輸速率定義及通訊資料格式的定義，即可以輕易完成基本通信規(guī)格設(shè)計。這樣即可以依據(jù)規(guī)定好的通信規(guī)范，進(jìn)行主控端與客服端設(shè)備的資料獲取及命令下達(dá)工作，并可以將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備控制結(jié)果呈現(xiàn)在互動良好的人機(jī)界面上。港口電動設(shè)備主要有浮式起重機(jī)、門式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、膠帶式輸送機(jī)等，可編程控制器及變頻調(diào)速系統(tǒng)在這些設(shè)備的運行與控制中能夠發(fā)揮重要的作用。PLC（programmable logical controller）是一種以微處理機(jī)及儲存卡為控制中心的控制器，其譯名為可編程邏輯控制器，一般人簡稱可編程控制器。可編程控制器是當(dāng)下港口設(shè)備運行與控制系統(tǒng)的設(shè)備核心。

1 PLC在港口設(shè)備中有效應(yīng)用的出發(fā)點

一是采用嵌入式閘道器。各廠牌的可編程控制器為了開發(fā)的便利性都采用自定的通信規(guī)范與上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息及命令交換。由于Modicon最早開發(fā)出可編程控制器的設(shè)備，其開放式的Modbus通信協(xié)定已經(jīng)成為控制界可編程控制器的常用通信協(xié)定，且為一般監(jiān)控軟件所內(nèi)定支援的協(xié)定。了解Modbus及FX2N的通訊協(xié)定，就可以應(yīng)用嵌入式控制器的設(shè)計方式進(jìn)行可編程控制器與Modbus通訊協(xié)定的資料轉(zhuǎn)換功能。嵌入式閘道器同時扮演2個工作，對上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)而言，是屬于客服端的被監(jiān)控的設(shè)備。但是對于下位機(jī)的可編程控制器而言，閘道器顯然是扮演主控端的角色，可以將來自監(jiān)控系統(tǒng)的命令直接下達(dá)給可編程控制器及獲取回應(yīng)字串，然后將有效信息回傳至監(jiān)控系統(tǒng)及在人機(jī)界面上展示。通訊閘道器的設(shè)計可以整合串列通訊功能達(dá)成一對一、一對多與多對一的控制方式，可以縮短通訊時間有效提升監(jiān)控系統(tǒng)的整體通訊效率。

二是利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語言。在港口設(shè)備運行與控制中，PLC是很通用的硬件平臺，PLC與感測元件及受控體有標(biāo)準(zhǔn)界面，并支援標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場匯流排，在工業(yè)界是普遍受歡迎的。但是，若要單獨規(guī)劃PLC的控制程序時，必須先把控制順序轉(zhuǎn)化成階梯圖，然后再用PLC專用的程序語言來規(guī)劃，整個過程相當(dāng)?shù)姆睆?fù)，其規(guī)劃的耗時和高的培訓(xùn)成本，是使用PLC的缺點。利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語言，可以提供至少一組傳統(tǒng)類比、順序和可編程化控制系統(tǒng)的功能，及具備與其它元件互相溝通的功能。所以，結(jié)合Fuzzy控制與PLC可以讓使用者能輕易的規(guī)劃各種控制和運算的功能。

2 PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計

2.1 軟件規(guī)劃

系統(tǒng)規(guī)劃是所有程序開發(fā)的必要前置動作，主要內(nèi)容為確定系統(tǒng)整體動作順序流程以及功能，再經(jīng)由程序的開發(fā)予以實現(xiàn)。因此，在系統(tǒng)規(guī)劃階段，應(yīng)依照硬件的配線設(shè)計圖規(guī)劃PLC程序元件之間的相互連結(jié)，并依據(jù)系統(tǒng)動作的流程規(guī)劃PLC程序的動作順序。在系統(tǒng)規(guī)劃階段，除了PLC階梯圖程序以外，使用者界面的構(gòu)思也是該階段的一大重點，使用者界面的好壞，直接影響到使用者對于系統(tǒng)的操作便利性。因此，開發(fā)時應(yīng)針對使用者所需求，配合PLC程序的構(gòu)造，進(jìn)行使用者界面的相關(guān)設(shè)計。

2.2 PLC程序設(shè)計

可使用WinProLadder 階梯圖語言撰寫PLC程序，程序構(gòu)思主要分為兩個部分：系統(tǒng)動作順序部分與系統(tǒng)功能部分。系統(tǒng)開發(fā)時，除了機(jī)器的動作外，還需具備使用者在操作上可自行設(shè)定的功能，這些功能均須要通過參數(shù)的設(shè)定而完成。舉例而言，使用者欲將叉車的取貨頻率由預(yù)設(shè)的50秒縮減為30秒，則時間即為設(shè)定的參數(shù)，而階梯圖程序則必須配置儲存器位置儲存這些參數(shù)，再將這些參數(shù)輸出至周邊叉車，使其根據(jù)參數(shù)內(nèi)容動作。因此，暫存器的配置以及暫存器編號，都須和使用者界面設(shè)計加以配合，才能正確的讀取輸出參數(shù)，達(dá)到使用者的需求。

2.3 使用者界面設(shè)計

使用者界面（Human Machine Interface HMI），應(yīng)是一種智能型的觸碰式圖形顯示屏幕，其主要功能是讓使用者在開發(fā)后的界面上以圖形式對話視窗的操作取代直接面對程序原始碼修改各項參數(shù)以控制機(jī)器HMI的開發(fā)除了畫片的編輯外，尚需配合PLC階梯圖程序中所設(shè)計的系統(tǒng)動序規(guī)劃、運算元、變量相關(guān)設(shè)定，將PLC程序中的各個元件以圖形式按鈕取代，才能順利與PLC進(jìn)行通訊，完成監(jiān)控的功能。因此，使用者界面的開發(fā)大致上可分為三個步驟：系統(tǒng)規(guī)劃；操作界面開發(fā)；系統(tǒng)通訊。

3 PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的安全考量

由于自動化機(jī)械設(shè)備功能復(fù)雜、造價昂貴，一旦運作發(fā)生異常，如果無法即時偵測、警示、處理，而引發(fā)問題擴(kuò)散、導(dǎo)致設(shè)備運轉(zhuǎn)停擺，將造成難以彌補(bǔ)的損失。有鑒于此，應(yīng)當(dāng)嘗試建構(gòu)機(jī)械設(shè)備異常主動示警系統(tǒng)。其目的有二，一是即時警示異常狀態(tài)，以通知工程人員進(jìn)行緊急維修與處理；二是記錄儲存與分析，以提供管理階層進(jìn)行應(yīng)變的參考。整個示警系統(tǒng)的底層為港口設(shè)備群；中層為示警系統(tǒng)服務(wù)器，可遠(yuǎn)距即時監(jiān)視各設(shè)備的狀態(tài)；頂層則為接受警示信息的各式裝置。港口設(shè)備的內(nèi)部控制器連接網(wǎng)控器，網(wǎng)控器再經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備控制器的重要運轉(zhuǎn)狀態(tài)傳送至示警系統(tǒng)服務(wù)器，一旦發(fā)生異常情況，示警系統(tǒng)服務(wù)器即按照設(shè)定的處理流程發(fā)出警示信息予特定裝置，并將異常狀態(tài)儲存于資料庫。在示警系統(tǒng)服務(wù)器的部分，可分為：主程序控制模塊、前置處理模塊、參數(shù)索引模塊、信息執(zhí)行模塊等。前置處理模塊接收設(shè)備異常信息后，再通過主程序控制模塊依據(jù)設(shè)定的服務(wù)，調(diào)閱參數(shù)索引模塊的相關(guān)參數(shù)設(shè)定，最后通過信息執(zhí)行模塊進(jìn)行警示信息的發(fā)布?？傮w而言，嘗試構(gòu)建示警系統(tǒng)服務(wù)器，用以監(jiān)測港口設(shè)備群的異常信息，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時，可通過手機(jī)短信、字幕機(jī)、電子郵件、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)廣播等不同方式，通知相關(guān)人員緊急處理。

4 結(jié)束語

總體而言，采用PLC技術(shù)，控制門機(jī)各系統(tǒng)的啟動、運行、停止，明顯提高港口設(shè)備的平穩(wěn)性、可靠性、安全性和裝卸作業(yè)效率，降低能耗及維護(hù)費用。具體來看，一是能夠提高系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)采用一套起升裝置，根據(jù)不同負(fù)荷重量，自動控制升降速度，可有效避免超載現(xiàn)象，杜絕事故發(fā)生。二是能夠提高裝卸作業(yè)的穩(wěn)定性和裝卸效率。系統(tǒng)可隨時修改升降速度加減速時間等工藝參數(shù)，使起重機(jī)始終處于變頻調(diào)速處于最佳運行狀態(tài)，使貨物定位準(zhǔn)確，確保貨物安全。

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