港口設備電氣自動化技術的應用與探索

陳琛

（上海電力環保設備總廠有限公司，上海 200444）

在端口終端實現電氣自動化，是提升設備運行效率的有效措施，也為港口設備的性能優化帶來了保障。港口貿易是我國經濟發展的重要推動力，尤其是吞吐量的增加，給港口設備帶來的壓力也明顯增加。加強港口設備中電氣自動化技術的運用，是順應當前貿易發展趨勢的有效手段，也是推動其自動化與智能化發展的重要途徑。在港口電氣自動化系統中應用PLC 邏輯控制器，不僅能夠減輕工作人員的工作壓力，而且提升了機械設備的運行效率與穩定性，為港口經濟的快速發展奠定了堅實基礎。港口門式起重機、膠帶運輸機和集裝箱橋式起重機，是港口生產中常見的幾種機械設備，它們的運行質量決定著港口的生產效率。電氣自動化技術在上述設備中的融合，成為當前設備優化的主要手段。

1 PLC 工作原理

PLC 的工作流程主要包括輸入采樣、用戶程序的執行和輸出刷新。在輸入采樣的過程中，應該首先完成數據的輸入，數據的掃描和讀取輸入由可編程控制器完成，并在I/O 映像區中進行存儲。如果輸入狀態為初始狀態，那么應該保障脈沖信號寬度比一個掃描周期大，否則會導致輸入數據信息不能讀取的問題。在用戶的程序執行過程中，PLC 掃描順序是由上至下，也就是常見的梯形圖順序[1]。邏輯運算以掃描順序為基礎，PLC 對于結果的判斷依靠相關運算結果。輸出刷新以一定的順序在輸入采樣和用戶程序執行中進行，能夠在電腦中實現刷新數據的存儲。

2 PLC 的發展

交流變頻化、無線數據通信、數字化調速驅動系統、自動調度管理和自動流程控制等，是港口電氣自動化技術的主要類型。連續運輸裝卸機械和全變頻技術，是變頻調速技術的發展基礎，逐漸在現代化港口貿易中得到廣泛應用。近年來，電氣自動化技術中的可編程邏輯控制器性能得到了有效提升。在PLC 中，數據的輸入和輸出以模擬化和數字化方式進行，能夠提升機械設備控制的精度，降低工作人員的工作壓力，是提升港口生產與貿易效率的基礎。PLC 技術不僅功能豐富，而且在操作中也較為便捷，成本投入較低，能獲得較大的性價比。由于其自帶負荷的特性，因此實現了對設備的驅動，對于實現港口機械設備的自動化與智能化發揮著關鍵作用。

3 港口設備電氣自動化技術的應用

3.1 港口集裝箱橋式起重機中的應用

裝卸橋電氣系統中，可編程邏輯控制器的網絡化趨勢較為明顯，數據交互頻率的提升，也對設備性能提出了更高的要求。信息共享系統的組成，離不開電氣自動化技術與系統驅動器的完美融合。其中的狀態數據、控制指令和給定信號等，能夠提升設備關聯控制的高效性。在港口集裝箱橋式起重機中應用電氣自動化技術，能夠及時發現驅動器內部故障，并由專業人員制定針對性解決方案，提升設備運行的穩定性，防止出現重大安全事故[2]。將機械設備運行相關參數設置于驅動器內部，能夠確保技術輸出的穩定性，儲存故障歷史信息，為故障預防與解決提供保障。與此同時，對于設備相關實際參數的統計，比如制動器累積工作次數、機構運行時間、吊具開閉鎖次數和接觸器動作次數等，能夠幫助工作人員及時獲取設備運行狀況，保障設備的高效運轉。尤其是人機友好交流界面可以由CCMS 提供，對于系統運行狀況可以進行實時監控，實現了PLC 數據與系統遠程站的信息共享，確保工作人員能夠獲得全面而可靠的系統網絡數據。在此過程中，光纜轉換器的運用十分關鍵，是系統進行精確控制的關鍵設備之一。

3.2 港口膠帶運輸機中的應用

港口膠帶運輸機能夠監控港口控制系統的運行狀況，是保障港口工作順利進行的重要設備。尤其是隨著PLC 向PCC的發展，以PLC 集中控制系統為基礎，實現了工業電視系統與調度電話系統的有效融合，使得監督控制網絡性能更加完善。靈活運用PLC 控制系統，是確保膠帶輸送機穩定運行的關鍵，可大幅提升運輸生產的效率。另一方面，港口膠帶運輸機的運行故障也會大大降低，確保港口工作的連續性。分布式控制結構應用于全口皮帶輸送機的電氣自動化系統中，實現了現場控制系統與集中控制系統的建立。其中，現場控制系統又包括了控制站、檢測裝置和現場控制裝置；集中控制系統又包括了監控中心、服務器設備、站點密鑰和操作員設備[3]。在TCP/IP 協議下，設備由中央控制室進行集中控制，以太網的運用，增強了與現場控制站之間的數據交互效率。如果控制站的通信距離在1 200 m 以外，為了滿足數據整合交互的需求，需要在連接以太網的基礎上，實現中繼器的合理設置。

3.3 港口龍門起重機中的應用

裝卸運輸貨物，是港口工作的重點內容，其裝卸效率決定著港口貿易的發展水平。為此，需要利用電氣自動化技術，對港口龍門起重機進行優化與升級，促進其運行效率的提升，降低故障發生的概率。旋轉機構、起重機構、行走機構和變幅機構，是龍門起重機的主要組成部分。在抓斗操作的過程中，對稱的開合機構共同組成提升機構，能夠有效保障打開與閉合的效果。與此同時，在龍門起重機的運行過程中，其配套設備的運行狀況也是影響其工作效率的關鍵因素。尤其是隨著港口貿易的增加，龍門起重機的操作變得越來越頻繁，只有保障接觸器、變頻器和開關裝置等設備的良好性能，才能夠滿足設備的頻繁啟停需求[4]。為了利用電氣自動化技術對龍門起重機性能進行不斷優化，需要以三相異步電動機為基礎，對操作機構進行驅動，驅動模式的選擇可以根據需求不同，選擇單獨式和接頭類型。在驅動龍門起重機的過程中，電流的合理分配依靠隔離開關裝置實現?；芈酚芍绷麟娫纯刂?，PLC 輸入可以通過操作主機指令控制器來實現，包括超馳電路、過壓電路和互鎖電路等。由于直流電源電壓值為24.0 V，因此PLC 輸出信號也為24.0 V，能夠有效驅動小型繼電器線圈，促進觸點啟動相關操作機制的啟動。電氣自動化技術的運用，是提升龍門起重機勞動強度與運行效率的關鍵。

3.4 PLC 技術與變頻技術的融合

為了促進港口起重機的電氣化發展，可以將PLC 技術與變頻技術進行結合。以數字化技術為基礎，實現變頻操作模塊的建立，變頻控制機械的過程中，還需要實現全數字矢量技術的運用。起重機負載可以由變頻技術進行調節，提升軟件設計科學性的同時，良好控制變頻操作。有效控制矢量，并調節機械設備運行的相關參數。尤其是起重機中PLC 軟件的應用，能夠有效發揮變頻技術的功能，在其負載中加強變頻器的使用，可以提升PLC 技術與變頻技術的融合效果。比如在某港口門式起重機的應用中，應用G7 變頻交流調速系統實現了全數字矢量控制，加上增量式脈沖編碼器的運用與PLC 的有效控制，使其運行效率與穩定性得到大大提升[5]。PLC 中有信號輸入后，速度的控制由變頻器完成，并向運算模塊反饋信號。在起升機構上升時，應該嚴格執行相關命令，使PLC 控制和變頻控制狀態保持一致。當主控制器頻率與輸出頻率一致時，能夠保障接觸器良好吸合。減負限位保護、增中副限位保護、風速限位保護和超載聯鎖保護，是PLC 與變頻技術在門式起重機中保護控制的主要形式。以當前起重機的運行狀況為依據，采用不同的保護形式，確保機械設備的良好運行。

4 結語

科學技術的不斷發展，是提升港口貿易水平的關鍵，尤其是電氣自動化技術的運用，使港口設備的性能得到了有效提升。加強電氣自動化技術在港口門式起重機、膠帶運輸機和集裝箱橋式起重機中的應用，并實現與變頻技術的有效融合，能夠實現對機械設備的有效控制，增強生產效率，降低故障發生的概率。