周耀輝

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125005)

PLC在船塢起重機(jī)行走控制中的應(yīng)用

周耀輝

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125005)

在船塢起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)的電氣控制中，利用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制，使起重機(jī)運(yùn)行更加可靠、故障顯示直接、維修起來(lái)更加方便，有效地提高生產(chǎn)效率。

起重機(jī)；可編程序控制器；改造

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高，起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣，作用越來(lái)越大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來(lái)越高。對(duì)于在船塢中的專用起重機(jī)更是如此。它主要承擔(dān)修造船整個(gè)過(guò)程的物料裝卸搬運(yùn)任務(wù)，其使用的頻繁程度為重級(jí)，已成為修造船生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。這就要求起重機(jī)不但要好用，容易維護(hù)，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無(wú)故障工作時(shí)間要長(zhǎng)。鑒于可編程序控制器技術(shù)的發(fā)展、成熟，將傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制的起重機(jī)，利用可編程序控制器(簡(jiǎn)稱PLC)，替代其控制,進(jìn)行技術(shù)改造,提高可靠性,有效提高生產(chǎn)效率,使起重機(jī)具有優(yōu)異的耐久性、無(wú)故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性。

1 傳統(tǒng)的起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題[1]

傳統(tǒng)的起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要是由有觸點(diǎn)的低壓電器，即繼電器—接觸器組成。隨著可編程序控制器技術(shù)的飛速發(fā)展，這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)暴露得更加明顯：設(shè)備體積大、動(dòng)作速度慢、功能少、產(chǎn)生噪音大、可靠性差，特別是繼電器—接觸器控制線路是采用導(dǎo)線進(jìn)行固定連接，其接線工藝復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，維修工作量大、維修周期長(zhǎng)，這樣必然會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。如果需要對(duì)起重機(jī)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，其原有的接線和控制柜(盤)就需要更換。因此，這種控制方式的通用性和靈活性差，不利于設(shè)備的升級(jí)。

2 起重機(jī)原有繼電器接觸器電氣控制特點(diǎn)

1)繼電器數(shù)目較多。

2)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)以開(kāi)關(guān)量居多，例如：SB1、SQ、SA中的觸點(diǎn)等。

3)控制回路多、接線復(fù)雜。

3 應(yīng)用PLC控制的優(yōu)勢(shì)[1]

1)組成結(jié)構(gòu)不同。繼電器、接觸器等低壓電器觸點(diǎn)有限，而PLC是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器邏輯控制技術(shù)相結(jié)合的新型控制器，其內(nèi)部可看成是由許多“軟繼電器”組成，其觸點(diǎn)可無(wú)限次的使用。

2)工作方式不同。傳統(tǒng)繼電器、接觸器大多利用電磁機(jī)構(gòu)的吸合釋放、觸點(diǎn)通斷的工作方式；PLC采用集中采樣、集中掃描的工作方式，其特點(diǎn)是處理速度快、可靠性高、抗電磁干擾性能好。

3)電氣壽命不同。OMRON的C系PLC 標(biāo)準(zhǔn)I/O單元在使用阻性負(fù)載時(shí)電氣壽命大約為50萬(wàn)次，感性負(fù)載時(shí)電氣壽命大約為10萬(wàn)次。

4)安裝及維護(hù)不同。中大型的PLC是采用模塊結(jié)構(gòu)的電源。CPU及 I/O單元安裝在母板(或擴(kuò)展母板上)。采用的是插件或結(jié)構(gòu)，維護(hù)方便，模塊產(chǎn)品可以有相當(dāng)寬的環(huán)境溫度(0～60 ℃)以及規(guī)定的機(jī)械震動(dòng)、沖擊下正常工作，有防潮耐熱、抗震等性能也很好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

5)升級(jí)能力不同。繼電器接觸器控制線路無(wú)法利用原有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，而中大型PLC的擴(kuò)展母板有功能強(qiáng)大的外圍接口，具有非常強(qiáng)大的系統(tǒng)升級(jí)能力。

依據(jù)上述起重機(jī)電氣控制特點(diǎn)及PLC優(yōu)勢(shì)論述，起重機(jī)原有繼電器接觸器控制系統(tǒng)適宜做PLC改造。

4 傳統(tǒng)起重機(jī)改造時(shí)PLC的選擇

1)PLC的型號(hào)選擇。正確選用一個(gè)合適的PLC是起重機(jī)進(jìn)行PLC改造的關(guān)鍵。既要考慮價(jià)格因素，又要兼顧日后的擴(kuò)展升級(jí)。現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)的小型PLC系列主要有德國(guó)西門子公司SIMATIC S7-200系列，日本OMRON CP1系列，日本松下電工FP系列，日本三菱F系列等。其中有幾種產(chǎn)品較適于在起重機(jī)上使用。我們選用OMRON的CP1H系列的PLC，原因是該系列產(chǎn)品所獨(dú)有的特點(diǎn)：一是各種端口齊備，尤其配備標(biāo)準(zhǔn)的USB端口，編程無(wú)須特殊編程電纜，只須普通的USB電纜就可實(shí)現(xiàn)程序上傳下載，減少用戶日后維護(hù)成本；二是OMRON為PLC配置的通信系統(tǒng)便宜、簡(jiǎn)單、實(shí)用，提供的Smart FB(功能塊)可能實(shí)現(xiàn)用于各種通信的梯形圖程序，大幅削減程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)，降低了整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)，OMRON它明顯的低價(jià)位以及完善的售后服務(wù)，使其成為國(guó)內(nèi)PLC用戶的首選。

2)PLC 的I/O系統(tǒng)選擇。PLC的I/O點(diǎn)數(shù)選擇須參照起重機(jī)原有的繼電器接觸器電氣設(shè)計(jì)圖紙，這樣的好處是不改變?cè)瓉?lái)有的控制流程，改造周期短。根據(jù)原有起重電氣控制室內(nèi)部的電氣控制的布局、空間，選用一套或多套PLC控制系統(tǒng)?，F(xiàn)以行走機(jī)構(gòu)為例， 結(jié)合起重機(jī)的實(shí)際電路圖選擇I/O單元。圖1是起重機(jī)的行走機(jī)構(gòu)電氣圖。原控制回路為220 V電源,接觸器線圈電壓為220 V,系統(tǒng)中共有17點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入。6個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出?？紤]到起重機(jī)將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí),PLC選擇OMRON的 CP1H-XA40DR-A、輸入24點(diǎn)、輸出繼電器型16點(diǎn)。

圖1 行走機(jī)構(gòu)的主電路

3)PLC的I/O分配表及梯形圖。

(1)I/O分配表，見(jiàn)表1、表2。

(2)梯形圖(圖略)。

5 安裝調(diào)試

將梯形圖和程序輸入編程器，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，直到準(zhǔn)確無(wú)誤為止。

表1 輸入量通道分配表

表2 輸出量通道分配表

6 解決問(wèn)題及效果

1)故障排查顯示明確：PLC各輸入輸出相應(yīng)指示燈閃爍，判斷該回路工作是否正常。

2)邏輯運(yùn)算準(zhǔn)確無(wú)誤，程序靈活修改。

3)節(jié)省繼電器數(shù)目，故障率低。

4)改造方案方便、可行?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員較易掌握其編程語(yǔ)言。

5)起重機(jī)運(yùn)行安全、可靠，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)。

[1]熊幸明.電氣控制與PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Instead of conventional relay-contact control,PLC is used to control auto arms in dock hoist crane,making the crane running more reliably,the trouble monitoring system displaying more straight forward,maintenance being easier and the production efficiency becoming higher.

crane;PLC(programmable logic controler);transform

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.009

周耀輝(1968-)，女，遼寧開(kāi)原人，副教授，大學(xué)本科，主要從事電氣自動(dòng)化教學(xué)工作。

2013-12-30