PLC控制系统在港口机械的应用与前景

摘 要：随着科学技术水平的不断提高，对港口机械从性能与运行效率等方面也提出了更高的要求。然而现阶段大多港口中所选用的机械在电气控制系统方面仍以传统继电器或接触器关联控制模式为主，这种结构较为复杂的电气控制系统不仅在运行效率方面较低，而且会消耗过多的能源且频频发生故障，造成机械结构中电气控制系统难以满足港口装卸作业的基本要求。对此现状在长期实践研究中发现引用plc控制系统对机械的电气控制系统进行改造，很大程度上可以使其更具可靠性与稳定性。本文主要对PLC控制系统与港口起重机的基本概述、PLC控制系统的应用与前景分析以及基于PLC控制系统的港口起重机改造实例进行探析。

关键词：PLC控制系统；港口起重机；变频控制；应用

前言：尽管近年来港口机械在实际应用中仍可实现基本的作业目标，但受落后的电气控制系统影响，使港口机械中常用的起重机无法取得较高的生产效率，很大程度上也对起重机整体结构带来一定的损害。这就要求通过PLC控制系统的应用对传统电气控制系统进行改造，使其满足未来港口发展的要求。因此，对PLC控制系统在港口机械中的应用与前景研究具有十分重要的意义。

一、港口起重机的基本概述

作为港口机械中主要用于装卸作业的起重机，在码头装卸，船舶制造与维修以及水电站建设等方面都发挥着重要作用。其应用的优势主要在于能够改变以往过于依靠体力劳动生产的现状，促进港口发展自动化生产目标的实现。从结构特征与功能角度进行分析，主要可分为桥式类、臂架类起重机以及小型的起重设备。其中桥式类起重机在其行走运行结构范围内能够进行作业如常见的集装箱桥或门式起重机，而臂架类的起重机可在其设备覆盖的区域或上空实现作业，如常见的汽车起重机或门座式起重机。小型设备通常指如电动葫芦或滑车等直线作业的起重机。然而在近年来港口发展过程中，要求实现机械的智能化、自动化与专业化，这对起重机中应用的传统电气控制系统带来很大的冲击，采用PLC控制系统也势在必行[1]。

二、PLC控制系统在港口机械中的应用分析

（一）PLC控制系统的概述与优势分析

PLC控制系统来源于Programmable Logic Controller，其采用的主要为能够进行编程的存储器，并利用该存储器在内部程序中完成运算、控制与操作等相关指令的发送，而生产过程的实现往往利用输入或输出数字控制机械操作。该控制系统中的构成类似于微型计算机，主要包括CPU、电源、功能与通信模块、存储器以及接口电路等部分。在实际运行过程中首先进行输入采样，再执行相应的程序，最后完成输出刷新夹断过程。应用于港口机械中的优势可归纳为两方面，即：首先，实现能耗降低的目标。由于港口企业中所应用的传统起重机在运行过程中会使大量电能被消耗，而在引入PLC控制系统后能够使其控制系统得以完善，弥补其中能耗过高的缺陷，为港口的发展带来更多的经济效益与环保效益。其次，促进工作效率的提高。PLC控制系统应用时可根据起重机运行环境，进行电机负载的随时调正，在此过程中起重机工作的效率与精准度都将得到大幅度提升[2]。

（二）港口机械中PLC控制系统的应用与前景分析

常见的港口起重机控制系统，其输入点与输出点数量为64个与37个。通过PLC控制系统的引入，能够以输入点与输出点为根据，执行相关的操作指令，使起重机能够实现相关的控制、调速、正转与反转等功能。特别在收到指令信息后，能够及时发送控制信号到变频器中，很大程度上促进起重机工作效率的提高。此外，近年来PLC控制系统在发展过程也注重变频调速技术的改进，其在应用于港口起重机时能够保证起重机组件在运行速度以及升降速度等方面满足实际工作需求，实现了对运载车限位、起重机升降限位以及电机有效运行的控制。在目前市场需求量逐渐增加的背景下，PLC控制系统也出现较多种类，对此要求港口机械对其选择过程中应充分考虑其工作原理、设备特性以及控制器的具体功能等，并满足起重机运行的实际要求。同时，由于PLC控制系统运行时，外界干扰因素较多，所以需进行抗干扰系统的构建[3]。

三、基于PLC控制系统的港口起重机改造实例分析

以某港口机械中选用的门座式起重机改造为例，其采用的电气控制系统主要为传统接触器或继电器关联控制方式，且电机调速方式也主要以转子串联切电阻为主。但在港口生产量大幅度增加的条件下，该起重机长时间处于超负荷作业状态，逐渐出现较多的故障如控制接触器接头相互粘结，而且接触器与继电器也发生烧毁的情况。对此通过PLC控制系统的引入进行改造设计。

（一）起重机改造方案设计

对该门座式起重机改造过程中首先以变频专用电机取代原有的绕线式电机，并利用PLC程序控制代替原有电气控制系统。整个起重机系统中所增设的主要为PLC控制柜、更新后的结构控制柜与联动控制台等。由于PLC控制系统本身具有自诊断功能，在应用过程中能够方便对故障的检查与维修。另外，由于现阶段矢量控制方式在门座式起重机中的应用比较广泛，所以为提高机械作业效率，改造方案中选择的主要为交流变频调速与PLC程序控制。

（二）电气系统部分的设计

该起重机中的电气系统主要由照明、传动、控制、监控以及供电等部分所构成。设计过程中通过PLC控制系统的引入，使起重机在机构如变幅、起升以及行走等方面能够保持稳定运行，这样能够保证电磁制动装置工作中不会受到影响。但此时需注意的是PLC控制系统的机型选择，要求在具备基本模块如功能模块或电源模块以及基本性能的前提下，所涉及的购置成本与维护成本较低，如OMRON PLC便为理想的选择。而在设计变频调速系统过程中，主要考虑的为港口作业环境，具体可通过计算变频器容量完成变频调速方式的选择。

（三）基于PLC控制系统的起重机控制系统改造

基于PLC控制系统进行起重机控制系统改造过程中主要集中在起重机的起升结构、变幅结构、PLC程序控制以及其他辅助系统的设计。其中在起升结构改造过程中，首先需对传统门座式起重机起升结构中存在的弊端如能源浪费、成本较高以及故障频发的问题进行分析，在此基础上需引用能够实现矢量控制的变频器，并在PLC程序设计过程中，将起升制动器受起升机构启动带来的影响进行改善，确保作业时不会出现溜钩故障。而在变幅结构改造过程中，所考虑的主要为变幅机构控制、相关参数设置以及结构的保护措施等。同时，在PLC程序控制方面，在保证控制器选型与PLC配置合理的前提下，绘制PLC运行流程图，并设置抓斗控制，使抓斗工况中起重机的运行能够以设置的参数为标准实现自动开斗控制与闭斗控制。另外，在辅助系统改造过程中，可从司机操作联动台、安全保护位置、信号显示部分、照明与通讯部分以及控制柜等方面着手，确保改造后能够充分发挥起重机运行中的辅助作用。

（四）基于PLC控制系统的起重机改造调试

在改造完成后，可对起重机进行外观、电气绝缘、电源柜等方面的前期检测，然后根据PLC运行后的电气系统的相关参数以及运行趋势进行分析，充分证明起重机在正常运行的情况下，其装卸作业效率大幅度提高。而且由于电气控制系统能够可靠运行，也减少了起重机作业中出现的故障。充分证明PLC控制系统的应用对港口机械的改造起到至关重要的作用[4]。

结论：PLC控制系统在港口机械中的应用将成为必然趋势。从文口机械的现状、PLC控制系统的优势便可充分说明其应用过程中能够取得良好的效果，而在改造以传统电气控制系统为主的门座式起重机后发现起重机减少故障的出现频率，并在作业效率方面大幅度提高，要求在未来港口发展中重视PLC控制系统的引入。

参考文献

[1]李凯. 基于PLC控制的变频调速在港口起重机中的应用[J]. 科技致富向导，2014，18：255.

[2]张勇. 港口起重机PLC与变频控制技术的应用[D].华南理工大学，2013.

[3]李海洋. 起重机电气控制系统及上车布局优化的设计与实现[D].大连海事大学，2012.

[4]万丹. 基于PLC的散粮装卸控制系统的应用与研究[D].华南理工大学，2014.