基于PLC控制系统在港口机械的应用分析

摘 要：近年来，我国科学技术取得了较快的进步，港口吞吐量呈不断上升的态势。这对港口机械性能和运行效率提出了更高的要求。当前港口中部分机械设备电气控制系统仍以继电器或是接触器关联控制模式为主，这种电气控制系统结构十分复杂，而且运行效率较低，在使用过程中不仅对能源消耗量较大，而且还容易发生故障，从而无法满足港口装卸作业的基本要求。因此需要加快推进港口机械电气控制系统的改造，利用PLC控制系统代替传统的继电器或是接触器关联控制模式，有效的提高机械电气控制系统的稳定性和可靠性。文中从港口起重机的基本概述入手，分析了PLC控制系统在港口机械中的应用，并进一步对PLC控制系统的港口起重机改造实例进行了具体阐述。

关键词：港口；机械；起重机；PLC控制系统；变频控制；应用

前言

近年来港口货物运输量不断增加，虽然港口机械能够完成基本的作业目标，但由于港口部分机械电气控制系统较为落后，特别是港口中最为常用的门座式起重机，其生产效率水平不高。因此需要引进PLC控制系统，通过改造传统的控制系统，提高港口机械的生产效率，更好的满足港口快速发展的要求。

1 港口起重机的基本概述

起重机作为港口机械中非常重要的装卸设备，在港口作业中发挥重要的作用。起重机主要以桥式类、臂架类和小型起重设备为主。桥式起重机在其行走运行结构范围内能够进行有效作业。臂架类起重机能够在设备覆盖区域或是上空进行作业。小型起重设备则可以进行直线起重作业。起重机在港口作业中的应用，有效地提高了港口生产自动化水平。但由于近年来我国港口发展速度较快，为了更好的满足港口货物吞吐量的需求，对港口机械智能化、自动化和专业化程度提出了更高的要求，这也使港口起重机传统的电气控制系统需要加快改造为PLC控制系统，PLC控制系统实际上是一种无触点继电器，变传统的接触器、继电器控制为智能型计算机控制，实现了智能化、自动化，有效地提高了起重机的生产效率，减轻了工人操作的劳动强度，更好地促进了港口的发展。

2 PLC控制系统在港口机械中的应用分析

2.1 PLC控制系统的概述与优势分析

在PLC控制系统中，主要是利用可编程的存储器，从而完成内部程序的运算、控制和操作等指令的发送，利用输入或是输出数字控制机械操作来完成生产过程。PLC系统相当于微型的计算机，主要构成部件为CPU、电源、功能与通信模块、存储器及接口电路等。在PLC实际运行过程中，需要先进行输入采样，如：各种限位开关、极限开关、速度、压力等信号。然后再执行相应的程序，最后才能完成输出刷新夹断过程。将PLC控制系统在港口机械中进行应用，能够有效的降低传统起重机运行过程中高能耗问题，有效的降低电能的消耗量。同时还能够提高起重机的工作效率。这主要是由于应用PLC控制系统时，能够针对起重机实际运行环境来随时调整电机负载，大幅度提升起重机工作的效率和精准度；也可根据不同工况自动控制港口装卸机械的机构动作，这对港口经济效益和环保效益的提升具有极为重要的意义。

2.2 港口机械中PLC控制系统的应用与前景分析

将PLC控制系统引入到港口起重机控制系统中来，可以以起重机输入点和输出点作为根据来执行相关的操作指令，从而实现起重机控制、调速、正转和反转等功能。而且配备有PLC控制系统的起重机，在收到指令信息后能够及时将控制信号发送至变频器中，有效的提高起重机的工作效率。随着PLC控制系统近年来变频调速技术的不断改进和完善，港口起重机无论是运行速度还是升降速度都有较大程度的提升，能够更好的满足港口实际工作的需求，特别是实现了对运载车限位、起重机升降限位及电机的有效控制。

目前市场需求的不断增加，这也使PLC控制系统种类更具多样化，因此港口机械在进行PLC系统改造过程中需要选择适宜的PLC控制系统种类，针对系统的工作原理、设备特性及控制器功能等多方面因素进行综合分析，以便于能够更好的满足起重机的实际运行要求。另外，还需要构建抗干扰系统，有效的对PLC控制系统运行时的干扰因素进行控制。

3 PLC控制系统的港口起重机改造实例

以原前港公司26号门座式起重机（现已移至西港公司）改造为例。该起重机主要以接触器或是继电器关联作为控制模式，采用转子串联切电阻为主的电机调速方式，但在当前港口生产量较大的情况下，起重机长时间的处于超负荷作业状态，故障频发，因此需要引入PLC控制系统对其进行改造。

3.1 起重机改造方案设计

该门座式起重机采用的是绕线式电机，需要采用变频电机将其替代，同时利用PLC程序取代原有的电气控制系统。在改造后PLC系统具有较好的自诊断功能，这也使其在应用过程中更方便对故障进行检查和维修。在实际改造方案中，主要选择交流变频调速及PLC程序进行控制，以此来提高起重机的作业效率。

3.2 电气系统部分的设计

该港口的门座式起重机电气系统包括照明、传动、控制、监控和供电等几个部分，在改造设计过程中引入PLC控制系统，不仅能够保证起重机运行的稳定性，而且电磁制动装置运行过程中不易受到其他因素的影响。在设计方案中，需要重视PLC控制系统机型选择问题，不仅要具备基本模块和基本性能，还要充分考虑购置成本和维护成本，针对港口实际的作业环境来选择适宜的变频调速方式。

3.3 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。对于辅助系统的改造，主要可以从司机操作台、安全保护装置、信号显示部分、照明、通讯及控制柜等几方面入手，确保改造后起重机辅助系统性能的优越。

3.4 基于PLC控制系统的起重机改造调试

当对起重机进行改造完成后，需要检测起重机的外观、电气绝缘和电源柜，并进一步分析电气系统运行的参数及运行趋势，以此来证明起重机作业效率的提升。另外，改造后的起重机，电气控制系统运行更为稳定，这也有效的降低起重机故障发生率，使PLC控制系统的重要作用更好的发挥出来。

4 结束语

在当前港口作业中，机械中应用PLC控制系统已十分常见，而且在实际应用过程中取得了较好的成效，因此需要重视港口机械电气控制系统的改造，以此来提高港口机械作业效率，降低其故障发生率，使其能够更好的满足港口未来发展的需要。

参考文献

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