PLC及變頻器在港口起重設(shè)備上的應(yīng)用

張?jiān)迄i

（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

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（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(shí)故障率也大幅度的下降，整體性能得到增強(qiáng)。

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(chǔ)器將其應(yīng)用在內(nèi)部儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)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(yùn)行后，主要的工作運(yùn)行方式分為三個(gè)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(gè)階段中，全部的執(zhí)行過程是一個(gè)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(shí)現(xiàn)重復(fù)掃描運(yùn)行。

2 PLC在港口設(shè)備中的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

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(shí)所選的PLC是FI系列，該設(shè)備最高能達(dá)到60輸出點(diǎn)。同時(shí)，它屬于整體結(jié)構(gòu)，所以無論輸入和輸出點(diǎn)擴(kuò)展到什么程度，兩者之間的比例都會(huì)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(jì)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(shí)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(shí)際線路能夠一目了然的看出來。比如一個(gè)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(shí)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(huì)是23道（見表1）。

表1 未使用全新PLC時(shí)所需環(huán)數(shù)

如此一來，系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)會(huì)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(gè)比較薄弱的電器在可靠性上得到增強(qiáng)。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(jià)值。另外，在使用PLC的過程中，設(shè)計(jì)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(jì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電氣連鎖線路時(shí)，可采取最優(yōu)電路，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)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(shí)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(yùn)行性能。另外，PLC會(huì)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(huì)更加強(qiáng)大。聯(lián)機(jī)就是把與PLC有關(guān)的數(shù)據(jù)在第一時(shí)間通過有線或者無線的方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，同時(shí)和港口的局域網(wǎng)保持網(wǎng)絡(luò)暢通，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控起重設(shè)備的運(yùn)行情況、遠(yuǎn)程操作起重設(shè)備的運(yùn)行，以及實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的半自動(dòng)化、全自動(dòng)化。PLC在未來港口的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)調(diào)速的主要目的，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況以及所需要的電源電壓來調(diào)整。因?yàn)樽冾l器本身存在較多的保護(hù)功能，可以實(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)部分，一種為電壓型，它能將電壓源直流轉(zhuǎn)變?yōu)榈慕涣鳎灰环N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(diǎn)

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(jià)格不升反降，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，價(jià)格普遍保持在1元/W。如果將矢量控制變頻器運(yùn)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(huì)以較慢的速度運(yùn)行一段時(shí)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際情況調(diào)整輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對超速，溜鉤等情況的保護(hù)。通過調(diào)整加減速時(shí)間可以控制電機(jī)的停車時(shí)間和加速時(shí)間，時(shí)間比較平緩，起動(dòng)電流較小，可以進(jìn)行較高頻率的起停。變頻器上接制動(dòng)單元可以將動(dòng)能通過制動(dòng)單位在制動(dòng)電阻上以熱能的形式消耗掉，達(dá)到快速制動(dòng)的目的。

5.3 變頻器的故障報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)測能準(zhǔn)確報(bào)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(bào)出的代碼，對癥下藥，大大縮短了排查故障的時(shí)間。

6 結(jié)束語

綜上所述，將PLC和變頻器運(yùn)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(dòng)量，而且還能夠加強(qiáng)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(gè)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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