張云鵬

（南京港江北集裝箱碼頭有限公司，江蘇 南京 210031）

PLC及變頻器在港口起重設(shè)備上的應(yīng)用

張云鵬

（南京港江北集裝箱碼頭有限公司，江蘇 南京 210031）

PLC、變頻器等全新的電氣元器件已經(jīng)普遍應(yīng)用于港口起重機(jī)設(shè)備的電控系統(tǒng)中，起重機(jī)設(shè)備的工作效率也因此有了很大程度的提升，同時故障率也大幅度的下降，整體性能得到增強。

PLC；變頻器；港口起重機(jī)

1 PLC的簡介

PLC是一種可編程邏輯控制器，利用可編程存儲器將其應(yīng)用在內(nèi)部儲存程序中，不僅能執(zhí)行邏輯預(yù)算，控制內(nèi)部程序，還能實現(xiàn)定時、計數(shù)等操作方式，從而符合用戶的主要指令。利用數(shù)字、模擬式的輸入與輸出工作不僅能將機(jī)械的類型有效控制，還能促進(jìn)生產(chǎn)過程的規(guī)范進(jìn)行。在可編輯邏輯控制器投入運行后，主要的工作運行方式分為三個發(fā)展階段，為輸入采樣、用戶程序的有效執(zhí)行以及輸出刷新。在這三個階段中，全部的執(zhí)行過程是一個掃描周期，都以可編程邏輯控制器的CPU按照一定的掃速度實現(xiàn)重復(fù)掃描運行。

2 PLC在港口設(shè)備中的應(yīng)用及優(yōu)點

最初，相關(guān)工作人員試圖將PLC用于起重機(jī)設(shè)備上，當(dāng)時所選的PLC是FI系列，該設(shè)備最高能達(dá)到60輸出點。同時，它屬于整體結(jié)構(gòu)，所以無論輸入和輸出點擴(kuò)展到什么程度，兩者之間的比例都會是3∶2。MCS51系列是早期研究出來的PLC，由于技術(shù)原因，其主頻和內(nèi)存都不是很大，而且只能通過簡易編程器編出一千步的程序。但是由于科技的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)得到了相應(yīng)的提高，也讓PLC獲得了迅速的發(fā)展。如今的PLC，無論是輸入模塊，還是輸出模塊，在配置上都有了很大的進(jìn)步，目前采用通訊組件模塊的PLC，配置比以往更加的靈巧。

全新的PLC和新型彩電IC結(jié)構(gòu)技術(shù)相似，由兩根線所構(gòu)成，分別串聯(lián)到時鐘線與數(shù)據(jù)線上。這樣的結(jié)構(gòu)類型，比較適用于臺架式起重機(jī)、吊橋。這些類型的起重機(jī)使用了全新的PLC之后，降低了控制線的環(huán)數(shù)，讓實際線路能夠一目了然的看出來。比如一個全新的PLC，其型號為OMRON，將其使用到了起重機(jī)上以后，從司機(jī)室到主機(jī)控制柜，一共需要6根控制線，詳細(xì)的分布為：控制電源線4根，分別是2根AC220V的控制電源線以及2根DC24V的控制電源線，同時還需要2根通訊線[1]。另外，從司機(jī)室主機(jī)到大車行走控制柜的控制線經(jīng)過受電器，所需要的回路環(huán)數(shù)是6道。而如果要是放棄全新的PLC的話，那么需要的環(huán)數(shù)將會是23道（見表1）。

表1 未使用全新PLC時所需環(huán)數(shù)

如此一來，系統(tǒng)運用時會變的更加靈活方便。由于中心受電器在性能上并不是非常的穩(wěn)定，在采用了全新的PLC之后，港口起重機(jī)上這個比較薄弱的電器在可靠性上得到增強。這種全新的、主要由通訊組件所構(gòu)成的PLC對于港口起重機(jī)來說具有非常大的價值。另外，在使用PLC的過程中，設(shè)計的線路要放棄老套的電氣控制線路的形式，這樣才能能夠全面的展現(xiàn)出PLC的優(yōu)勢。比如，設(shè)計電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)電氣連鎖線路時，可采取最優(yōu)電路，如圖1所示。

圖1 電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣連鎖線路

如果把副觸頭和線圈連接在一起，盡管能夠起到連鎖的效果，而且線路也短，但是卻體現(xiàn)不出PLC具有全面控制能力的優(yōu)勢，從而讓港口起重機(jī)械設(shè)備的使用性能下降。如果把接觸器輔助觸頭當(dāng)作PLC輸入信號，那么不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電氣聯(lián)鎖，而且還可以反映出系統(tǒng)的工作能力。另外，還能夠利用顯示屏找出設(shè)備所出現(xiàn)故障的地方，這樣能夠及時有效的檢修設(shè)備故障。

3 PLC在港口中的發(fā)展方向

在未來，PLC將通過和變頻器、組態(tài)模塊的組合，極大的改善起重設(shè)備的控制精度和運行性能。另外，PLC會由單機(jī)控制的方式向聯(lián)機(jī)控制的方式發(fā)展，這樣將使得PLC的功能會更加強大。聯(lián)機(jī)就是把與PLC有關(guān)的數(shù)據(jù)在第一時間通過有線或者無線的方式傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，同時和港口的局域網(wǎng)保持網(wǎng)絡(luò)暢通，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控起重設(shè)備的運行情況、遠(yuǎn)程操作起重設(shè)備的運行，以及實現(xiàn)起重設(shè)備的半自動化、全自動化。PLC在未來港口的自動化，智能化進(jìn)程中將發(fā)揮不可替代的作用。

4 變頻器的簡介

變頻器是變頻技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合方式，為了控制交流電動機(jī)的電力設(shè)備，需要優(yōu)化電機(jī)工作中電源頻率方式。變頻器主要的組成主要包括逆變、整流以及制動單元、驅(qū)動單元等。在對輸出電源上的電壓以及頻率進(jìn)行調(diào)整期間，需要利用內(nèi)部IGBT執(zhí)行開斷對其執(zhí)行。為了保證節(jié)能效果，實現(xiàn)調(diào)速的主要目的，根據(jù)電機(jī)運行的實際情況以及所需要的電源電壓來調(diào)整。因為變頻器本身存在較多的保護(hù)功能，可以實現(xiàn)過流保護(hù)、過壓保護(hù)和過載保護(hù)工作。近幾年，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快以及自動化水平的不斷提升，變頻器的廣泛應(yīng)用具有重要意義。變頻器的主電路能在異步電動機(jī)中為其電源中的電壓、頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般情況下，主要分為兩個部分，一種為電壓型，它能將電壓源直流轉(zhuǎn)變?yōu)榈慕涣?；一種為電流型，能夠?qū)㈦娏髟吹闹绷鬓D(zhuǎn)變?yōu)榻涣鱗2]。

5 變頻器在港口設(shè)備中的應(yīng)用和優(yōu)點

傳統(tǒng)的港口設(shè)備電控部分采用繼電器控制，調(diào)速采用在轉(zhuǎn)子回路串電阻，分級切斷的有級調(diào)速方法。它們都存在著維修工作量大、故障率高；容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限值均受到條件的制約，調(diào)速精度不高、穩(wěn)定性欠佳、能量損耗等缺陷。隨著變頻技術(shù)取得飛速進(jìn)步，尤其是矢量控制技術(shù)的全面提升，讓變頻技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用，價格不升反降，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，價格普遍保持在1元/W。如果將矢量控制變頻器運用到起升機(jī)構(gòu)的話，然后安裝變頻電機(jī)，這樣可以讓調(diào)速硬度達(dá)到最基本的要求。那么起升機(jī)構(gòu)的變頻器會以較慢的速度運行一段時間，從而有效避免出現(xiàn)重載空中溜鉤的情況。另外，還可以全面的提升空鉤的速度，起到節(jié)能的作用，而更為重要的是，為加強生產(chǎn)率創(chuàng)造了非常好的條件。引入變頻器后這些問題都得到了一定程度的改善。

5.1 變頻器簡化了港口設(shè)備的控制方式

港口設(shè)備引入變頻器之后，將變頻器的正向，反向控制端子與PLC的方向控制信號連接，即可實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；將變頻器的多段速端子和控制型號連接，通過內(nèi)部的編程控制便實現(xiàn)了電機(jī)的多檔位控制；有的門機(jī)將主令信號接入變頻器的模擬量控制端子可以實現(xiàn)無極調(diào)速，增大了控制精度。相對于繼電器控制，轉(zhuǎn)子回路串電阻的方式要簡化的多。

5.2 變頻器豐富了港口設(shè)備的控制功能

變頻器將起升、變幅電機(jī)上裝的編碼器信號采集回來，可以監(jiān)測到吊具位置和電機(jī)的速度，根據(jù)實際情況調(diào)整輸出信號，從而實現(xiàn)了閉環(huán)控制，實現(xiàn)對超速，溜鉤等情況的保護(hù)。通過調(diào)整加減速時間可以控制電機(jī)的停車時間和加速時間，時間比較平緩，起動電流較小，可以進(jìn)行較高頻率的起停。變頻器上接制動單元可以將動能通過制動單位在制動電阻上以熱能的形式消耗掉，達(dá)到快速制動的目的。

5.3 變頻器的故障報警功能減少了維修工作量

變頻器通過對電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的實時監(jiān)測能準(zhǔn)確報出主回路過電壓、過電流、對地、短路、超速等故障，維修人員根據(jù)報出的代碼，對癥下藥，大大縮短了排查故障的時間。

6 結(jié)束語

綜上所述，將PLC和變頻器運用到港口起重機(jī)械當(dāng)中去，不但可以讓港口起重機(jī)械設(shè)備的司機(jī)降低一定的勞動量，而且還能夠加強節(jié)能效果，以及生產(chǎn)效率，從而為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)收益。因此在今后的工作中，相關(guān)工作者要積極努力、認(rèn)真探索，爭取制定出更為完善的發(fā)展方案，從而讓我國的PLC和變頻器技術(shù)邁向一個新的高度，讓我們的港口更加的現(xiàn)代化、智能化。

[1]夏六兵.2500t工程起重船起重控制系統(tǒng)的研究[D].江蘇科技大學(xué),2014.

[2]陳偉.Rockwell PLC及ABB變頻器在門座式起重機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].燕山大學(xué),2013.

TG231.1

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