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(xiàn)有傳動電控系統(tǒng)諸多缺點，新型電控PLC系統(tǒng)在港口起重機的應用已成為發(fā)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(tǒng)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(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。通過技術人員的不斷對新舊電控系統(tǒng)的分析、調(diào)研、論述等工作，決定將PLC 電控系統(tǒng)運用于9 臺輪胎式門式起重機，替代傳動電控系統(tǒng)模式。

1 通信硬件配備技術方案

某港口公司現(xiàn)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(tǒng)行走動作由大車行走變頻器控制2 臺30 kW 變頻電機驅(qū)動，小車行走系統(tǒng)由小車行走變頻器控制4 臺5.5 kW 變頻電機驅(qū)動，起升系統(tǒng)運行由起升系統(tǒng)變頻器控制一臺132 kW 的變頻器電機驅(qū)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(tǒng)

整機控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300 系列的PLC 通信系統(tǒng)布置。PLC 通信系統(tǒng)有設置在起重機駕駛室內(nèi)配電箱的主站系統(tǒng)，通過Profibus 通信電纜經(jīng)過位于主梁接線箱內(nèi)的中繼器，通信信號傳至位于起重機底梁配線箱內(nèi)的從站模塊，各個動作信號傳送給位于底梁配電箱內(nèi)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(qū)動電機來完成各系統(tǒng)的運行。

PLC 主站系統(tǒng)布置在門式起重機司機駕駛室內(nèi)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(shù)字量輸入模塊6 塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0；數(shù)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(tài)傳輸信號。

PLC 從站系統(tǒng)布置于底梁電氣室內(nèi)部，電氣室內(nèi)電控屏內(nèi)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(shù)字量輸入模塊采用型號為6ES7321-1BH02-0AA0；2 塊數(shù)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(gòu)的限位等控制信號，機上與機下的各個機構(gòu)動作以及各種操作信號和檢測指令信號均由PLC 統(tǒng)一處理，硬件組態(tài)如圖1 所示。

圖1 硬件組態(tài)

2.2 PLC 主站、從站通信系統(tǒng)

主站、從站之間的通信信號傳送依靠西門子PLC 通信協(xié)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(shù)據(jù)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(nèi)，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(nèi)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(tǒng)

為增強PLC 系統(tǒng)的運行程序信號、電氣系統(tǒng)狀態(tài)、故障的檢測、故障記錄、運行指令等可視化，在司機室內(nèi)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(jiān)控運行界面如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控運行界面

2.4 運行程序監(jiān)控電腦

針對設備技術員對PLC 運行程序的編制、檢測調(diào)整，在底梁電氣室增設1 臺工業(yè)電腦，通過Profibus 通信電纜連接與PLC 從站通信模塊接口進行數(shù)據(jù)程序的傳送，將PLC 內(nèi)部運行程序通過電腦中的STEP7 編程軟件實現(xiàn)程序運行在線監(jiān)控、程序調(diào)整等功能。

2.5 PLC 外部數(shù)字信號輸入、輸出系統(tǒng)

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

3 PLC 運行軟件與程序系統(tǒng)

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(jié)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(shù)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(tài)至Profibus-DP 通信系統(tǒng)。

（3）信號輸入、輸出系統(tǒng)。PLC 外部操作設備傳輸動作信號直接傳送給PLC 數(shù)字量輸入模塊編程完成的信號對應數(shù)字量站點。然后PLC 通過內(nèi)部邏輯程序的計算分析后，通過數(shù)字量信號直接輸出給外部執(zhí)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(yè)務量的不斷增加，新型電控系統(tǒng)的9 臺門式起重機自全部投入使用，整體電氣系統(tǒng)運行狀態(tài)良好。PLC 電控系統(tǒng)具有自檢系統(tǒng)完善、信號傳輸穩(wěn)定可靠、故障率低、故障處理效率高等優(yōu)點，PLC 電控系統(tǒng)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(tài)、車輛速度運行狀態(tài)、各分系統(tǒng)的運行狀態(tài)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(yōu)點，從而更容易實現(xiàn)人機完美配合的狀態(tài)[2]。

（1）設備日常點檢與計劃檢修過程。由于PLC 可以通過內(nèi)部的檢測進行自行檢測整個的電氣系統(tǒng)的運行狀態(tài)。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(tǒng)具有超強的自測故障的功能與故障復位功能，PLC 系統(tǒng)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(tǒng)直接通信到設備的底梁電氣系統(tǒng)的從站室內(nèi)，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(zhuǎn)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(gòu)的限位等操作信號和檢測指令信號均由PLC 系統(tǒng)統(tǒng)一處理，對于電控系統(tǒng)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(tǒng)來實現(xiàn)信號的抗干擾性能，使得起重機整機的運行狀態(tài)穩(wěn)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(tǒng)的電控系統(tǒng)，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(xiàn)電氣控制，新型起重機電控系統(tǒng)采用PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢之一，在于復雜的電氣原理主要是利用PLC 的CPU 模塊內(nèi)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?zhèn)浼亢透鼡Q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(jié)束語

新型電控系統(tǒng)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(wěn)定、設備運轉(zhuǎn)更加安全、設備性能提高。新型電控系統(tǒng)門式起重機在貨物的吊裝業(yè)務中，能夠全面提升門式起重機貨物的吊裝效率、作業(yè)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(yè)，并不斷引來周邊物流企業(yè)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(yè)收入穩(wěn)步提升，綜合服務水平顯著提高，新型電控系統(tǒng)PLC 系統(tǒng)應用于門式起重機中的成功使得設備性能、作業(yè)安全、吊裝效率提高，營業(yè)收入增多，運行成本降低，使得該公司在物流吊裝行業(yè)符合市場化經(jīng)濟的發(fā)展節(jié)奏，具備更高的市場競爭力。