探析PLC 技術(shù)在港口電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用

王軍超

在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，港口電氣自動(dòng)化建設(shè)以及發(fā)展至關(guān)重要，其不但關(guān)系著港口企業(yè)的發(fā)展，也關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。切實(shí)將PLC 技術(shù)科學(xué)合理地與港口電氣自動(dòng)化進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不但可以推動(dòng)港口電氣自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)健康穩(wěn)定的發(fā)展，并且能夠合理有效地調(diào)控勞動(dòng)強(qiáng)度，不斷提升生產(chǎn)效率以及質(zhì)量，從而為港口企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 概念分析

PLC 主要指的是可編程邏輯控制器，其屬于擁有微處理器的一種能夠用來(lái)開(kāi)展自動(dòng)化控制的相應(yīng)數(shù)字運(yùn)算控制器，能夠?qū)⒖刂浦噶钣行лd入內(nèi)存開(kāi)展存儲(chǔ)以及執(zhí)行工作，其一般由CPU、數(shù)據(jù)內(nèi)存以及輸入輸出接口還有電源等多個(gè)功能單元組成。對(duì)于早期的PLC 來(lái)講，一般只有邏輯控制功能，因此才會(huì)被稱(chēng)之為可編輯邏輯控制器，在經(jīng)過(guò)持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化之后，陸續(xù)具備了邏輯控制功能、時(shí)序控制功能、模擬控制功能以及多機(jī)通信等一系列功能，所以現(xiàn)階段又可以稱(chēng)之為“可編程控制器”。現(xiàn)階段在工業(yè)當(dāng)中采用的PLC 基本上已經(jīng)可以與一臺(tái)緊湊型電腦主機(jī)相媲美，并且被廣泛應(yīng)用于一系列工業(yè)控制領(lǐng)域。PLC 的出現(xiàn)為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的推動(dòng)作用。

目前來(lái)看PLC 接下來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)朝著三個(gè)主要方向發(fā)展：一是網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展，二是高性能以及小型化方向發(fā)展。三是簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。例如：對(duì)于高性能以及小型化發(fā)展來(lái)講，現(xiàn)階段的PLC 功能開(kāi)始越發(fā)豐富，同時(shí)體積不斷縮小，如由三菱研發(fā)的“FX-1s”系列PLC，當(dāng)中最小的機(jī)種，實(shí)際體積達(dá)到了60mm×90mm×75mm，基本上與一個(gè)繼電器大小同等，但是其卻擁有著高速計(jì)數(shù)、斜坡以及交替輸出等諸多能力。

1.2 基本原理

PLC 在工業(yè)領(lǐng)域中的工作原理一般主要分為三個(gè)流程：一是輸入采樣，二是用戶程序執(zhí)行，三是輸出刷新。也就是先輸入數(shù)據(jù)信息，借助可編程控制器對(duì)輸入的數(shù)據(jù)開(kāi)展掃描以及讀取工作，再將這些數(shù)據(jù)有效存儲(chǔ)相應(yīng)的I/O 的映像區(qū)，在有效完成第一步處理工作后，便可以開(kāi)展下一步操作。在輸入的脈沖切實(shí)改變了初始輸入狀態(tài)或者是數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該保證輸入的脈沖信號(hào)方面的實(shí)際寬度要明顯大于一個(gè)掃描周期，否則便非常有可能出現(xiàn)輸入的數(shù)據(jù)信息難以做出有效讀取的問(wèn)題。在開(kāi)展用戶程序執(zhí)行時(shí)，通常PLC 的掃描順序應(yīng)該按照從上到下這一順序來(lái)開(kāi)展，也就是常說(shuō)的“梯形圖順序”。對(duì)于程序來(lái)講，在實(shí)際開(kāi)展掃描操作時(shí)，應(yīng)該依照從左到右以及從上到下的原則開(kāi)展掃描工作，同時(shí)結(jié)合掃描的順序開(kāi)展邏輯運(yùn)算，此操作直至運(yùn)算完成，此時(shí)PLC 能夠依照得出的結(jié)果開(kāi)展科學(xué)合理的判斷。對(duì)于輸出刷新來(lái)講，在上述兩個(gè)過(guò)程中，需要切實(shí)依照相應(yīng)的順序開(kāi)展實(shí)施，此時(shí)可編程控制器能夠結(jié)合輸出刷新過(guò)程開(kāi)展最后輸出，對(duì)于這一階段而言屬于一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容，其可以將刷新之后的數(shù)據(jù)有效存儲(chǔ)到相應(yīng)的電路當(dāng)中。

2 港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中應(yīng)用PLC的優(yōu)勢(shì)分析

對(duì)于PLC 而言，其具備著多種功能，將其應(yīng)用于港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中，可以呈現(xiàn)出以下幾種優(yōu)勢(shì)：

一是，PLC 技術(shù)實(shí)際操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單便捷，與一些其他編程相比，操作人員容易在短時(shí)間內(nèi)了解和掌握其技術(shù)要點(diǎn)，并且開(kāi)展相關(guān)操作，所以其實(shí)用性以及可操作性非常強(qiáng)。

二是，相對(duì)于其他技術(shù)來(lái)講，PLC 技術(shù)本身具備著更多的功能，所以可以保證在實(shí)際運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)時(shí)，港口企業(yè)僅需花費(fèi)較少的資金便能夠?qū)崿F(xiàn)價(jià)值的最大化，從而突顯出了此項(xiàng)技術(shù)相對(duì)較高的性價(jià)比。

三是，對(duì)于PLC 技術(shù)來(lái)講，其在模塊化以及標(biāo)準(zhǔn)化方面的技術(shù)性突破，還可以確保相關(guān)工作人員在開(kāi)展操作的過(guò)程中，有效結(jié)合不同電氣設(shè)備的一系列差異性需求開(kāi)展科學(xué)合理的模塊組合，這樣便可以達(dá)到不同的處理目的。

四是，現(xiàn)階段的PLC 技術(shù)在實(shí)際編程過(guò)程中，一般都是將圖像作為主要的呈現(xiàn)手段，借助這種方式可以在快速處理各類(lèi)信息的過(guò)程中，讓相關(guān)操作人員及時(shí)有效地讀懂相關(guān)信息。除此之外，PLC 技術(shù)能夠與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)信息方面的交互以及資源共享，以解決港口以往設(shè)備信息資源過(guò)于封閉的問(wèn)題，還可以顯著提高機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果。

3 PLC技術(shù)在港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段港口電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中對(duì)PLC 技術(shù)有著較為廣泛的應(yīng)用，由于此項(xiàng)技術(shù)具備著操作簡(jiǎn)便以及可以快速編程等優(yōu)勢(shì)，所以其在港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中能夠應(yīng)用的功能類(lèi)性非常多。目前來(lái)看，此項(xiàng)技術(shù)在港口生產(chǎn)當(dāng)中的很多電氣設(shè)備中都有所應(yīng)用，例如：一是堆取料機(jī)，二是卸船機(jī)，三是傳送帶運(yùn)輸機(jī)等等，顯著提高了港口設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。文章便針對(duì)這三個(gè)方面來(lái)對(duì)PLC 技術(shù)的應(yīng)用做出研究，同時(shí)結(jié)合案例針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在港口貨物搬運(yùn)控制方面的應(yīng)用做出探討。

3.1 港口堆取料機(jī)

在港口堆取料機(jī)當(dāng)中應(yīng)用PLC 控制系統(tǒng)能夠有效提升堆取料機(jī)工作質(zhì)量以及效率，確保整個(gè)操作能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。其具體應(yīng)用策略如下：

首先，驅(qū)動(dòng)控制程序。借助驅(qū)動(dòng)控制程序，能夠?yàn)橐皇请姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)，二是斗輪升降，三是傳送帶驅(qū)動(dòng)，四是回旋驅(qū)動(dòng)，五是電纜卷筒驅(qū)動(dòng)等有效提供較強(qiáng)的便捷性。對(duì)于上述這些驅(qū)動(dòng)功能來(lái)講，還能夠發(fā)揮出一定的雙重保護(hù)作用，相關(guān)機(jī)械操作人員能夠借助驅(qū)動(dòng)程序，來(lái)對(duì)機(jī)械實(shí)際運(yùn)行速度以及懸臂架的回轉(zhuǎn)角度等做出滿足要求的有效控制，同時(shí)還可以有效控制物料的運(yùn)輸方向和相應(yīng)的運(yùn)輸速度。如果遇到部分緊急情況，還可以及時(shí)采取相關(guān)措施進(jìn)行控制，避免堆取料機(jī)出現(xiàn)事故問(wèn)題。

其次，位置信號(hào)檢測(cè)程序控制。借助PLC 控制系統(tǒng)以及電壓傳感器當(dāng)中的編程終端兩者之間的互相作用，可以將一切通信技術(shù)充分展現(xiàn)出來(lái)，這樣可以保證對(duì)機(jī)械信號(hào)以及儀表指示等做出實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控。除此之外，還能夠借助一是可編程終端，二是堆取料機(jī)執(zhí)行信號(hào)以及報(bào)警信號(hào)，三是有關(guān)數(shù)據(jù)等，有效進(jìn)入到相應(yīng)的可編程終端系統(tǒng)，借助這一操作可以實(shí)時(shí)有效地監(jiān)控堆取料機(jī)的具體運(yùn)行狀態(tài)，能夠?yàn)槎讶×蠙C(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)有效提供保障。

最后，堆取料程序控制。一是先確保大車(chē)行進(jìn)到相應(yīng)的預(yù)定堆料位置，然后讓?xiě)冶奂艿慕嵌饶軌蛱幱谝粋€(gè)正常的堆料范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)啟堆料程序，如果物料堆積達(dá)到了相應(yīng)高度，需要調(diào)整大車(chē)位置，過(guò)程中確保懸臂架方面的角度正常，然后在一系列操作以及調(diào)整完畢后，再開(kāi)展相應(yīng)的細(xì)致操作，這樣可以確保堆取料機(jī)當(dāng)中給的PLC 控制作業(yè)可以穩(wěn)定開(kāi)展。二是，在開(kāi)展取料操作時(shí)，需要先確保大車(chē)已經(jīng)準(zhǔn)確到達(dá)指定的相應(yīng)取料位置，再依照相關(guān)正確操作，合理控制取料皮帶的具體速度以及懸臂架角度，在此基礎(chǔ)上依照正確的環(huán)節(jié)開(kāi)展控制工作。

3.2 港口卸船機(jī)

PLC 控制技術(shù)在港口卸船機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用原理如下：

（1）借助分布于卸船機(jī)當(dāng)中的各處傳感器，來(lái)有效地對(duì)卸船機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)結(jié)合輸入PLC 當(dāng)中的一系列信號(hào)，借助PLC 當(dāng)中的程序開(kāi)展運(yùn)算判斷，以此來(lái)控制卸船機(jī)開(kāi)展相應(yīng)的變頻操作。

（2）卸船機(jī)變頻控制當(dāng)中具體應(yīng)用的PLC 不但可以完成卸船機(jī)自身實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)工作，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)卸船機(jī)方面的自動(dòng)變頻控制，同時(shí)還能夠接收上位機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的一系列控制指令，從而有效完成對(duì)卸船機(jī)方面的變頻控制。

（3）對(duì)于卸船機(jī)來(lái)講，應(yīng)用的PLC 系統(tǒng)其程序方面的編制主要采用模塊化的方式進(jìn)行編制，具體可以分為按鈕處理模塊、故障報(bào)警模塊還有通信模塊以及PID 控制模塊，依靠這四個(gè)模塊，有效完成卸船機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)控制程序方面的編制。除此之外卸船機(jī)當(dāng)中的PLC 需要與各變頻器之間借助PROFIBUS 這一總線協(xié)議開(kāi)展通信連接，如此才能夠完成PLC 變頻控制系統(tǒng)彼此之間的有效通信。

3.3 傳送帶運(yùn)輸機(jī)

在港口生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，離不開(kāi)傳送帶運(yùn)輸機(jī)的支撐，在科技發(fā)展進(jìn)步的背景下，現(xiàn)代港口都希望能夠在傳送帶運(yùn)輸設(shè)備當(dāng)中有效應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，這使得PLC 控制系統(tǒng)得到了應(yīng)用和發(fā)揮空間。通常情況下，對(duì)于應(yīng)用了PLC 控制系統(tǒng)的相應(yīng)運(yùn)輸機(jī)來(lái)講，需要打造一個(gè)分布式控制結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合一是現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)當(dāng)中的相應(yīng)控制站，二是現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，三是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置等，來(lái)達(dá)到對(duì)運(yùn)輸機(jī)電氣自動(dòng)化方面的有效集中控制。對(duì)于這一系統(tǒng)而言，主要還包括以下幾個(gè)方面：一是服務(wù)器裝置，二是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控屏顯，三是監(jiān)控中心，四是操作員裝置，五是集中控制器等。對(duì)于集中控制器來(lái)講，其主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)PLC 控制系統(tǒng)還有中央控制中心，促使兩者完成基于TCP 或者是IP 協(xié)議下的一系列數(shù)據(jù)通訊工作以及涉及到的交互共享等相應(yīng)任務(wù)，如此便可以達(dá)到對(duì)傳送帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制的目的，能夠確保在無(wú)人操作的情況下，自動(dòng)完成各類(lèi)貨物的有效運(yùn)輸和傳送，可以顯著節(jié)省大量人力以及物力成本。

除此之外，為了促使數(shù)據(jù)信息交互共享工作擁有良好的有序性以及有效性，相應(yīng)的PLC 控制系統(tǒng)以及運(yùn)輸機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)該充分考慮到集中控制裝置實(shí)際與相應(yīng)數(shù)據(jù)通訊交互之間的距離，通常情況下，PLC 控制系統(tǒng)的一個(gè)保守有效距離大約為1200m。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，如果超出了這個(gè)范圍，需要借助以太網(wǎng)配合中繼器來(lái)有效滿足遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互方面的技術(shù)要求，這樣能夠達(dá)到無(wú)限距離數(shù)據(jù)交互以及共享的目的。

3.4 貨物搬運(yùn)控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段港口方面的貨物搬運(yùn)控制系統(tǒng)，一般都是借助PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其可以確保貨物實(shí)際運(yùn)送方面的可靠性，并且有助于編程還有設(shè)備方面的智能化以及自動(dòng)化控制，可以顯著降低人力以及物力成本，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)貨物搬運(yùn)方面的精準(zhǔn)定位，這使得港口貨物搬運(yùn)工作的安全性以及可操控性得到了明顯提升。所以有必要結(jié)合實(shí)例探討PLC 技術(shù)在貨物搬運(yùn)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用模式。具體如下：

圖1 所示為國(guó)內(nèi)某港口設(shè)計(jì)的貨物搬運(yùn)控制系統(tǒng)模型，對(duì)于這一模型來(lái)講，主要便是基于PLC 控制系統(tǒng)所打造的，該模型當(dāng)中的搬運(yùn)機(jī)械手能夠從A 點(diǎn)有效地將貨物搬起并且運(yùn)送到指定的地點(diǎn)B，對(duì)于這一過(guò)程來(lái)講全部都是由PLC 系統(tǒng)進(jìn)行控制完成的。針對(duì)具體操作技術(shù)而言，該模型主要借助了以往較為傳統(tǒng)的人工手動(dòng)操作外加PLC 系統(tǒng)方面的自動(dòng)操作，屬于一種混合操作模式，機(jī)械手在實(shí)際移動(dòng)時(shí)，能夠在指定位置有效出觸發(fā)相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)，以此來(lái)達(dá)到系統(tǒng)控制整個(gè)過(guò)程的目的。通常情況下，整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，必須要對(duì)控制過(guò)程以及功能要求做出仔細(xì)的分析，要能夠在大體上明確系統(tǒng)的一系列基本功能控制需求。例如：如果想要處于一種完全自動(dòng)控制的狀態(tài)，便需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)控制，此時(shí)可以通過(guò)操作“自動(dòng)/手動(dòng)”的相應(yīng)轉(zhuǎn)換按鈕，來(lái)達(dá)到從人工向著機(jī)械手方面的功能轉(zhuǎn)換目的，以此來(lái)全程借助機(jī)械手控制各類(lèi)貨物從A 向著B(niǎo) 的搬運(yùn)周期。其實(shí)際貨物搬運(yùn)功流程大體如下：

圖1 國(guó)內(nèi)某港口貨物搬運(yùn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

（1）按下自動(dòng)按鈕促使機(jī)械手自動(dòng)移動(dòng)到相應(yīng)的觸發(fā)器失電位置。

（2）接觸貨物。

（3）2s 計(jì)時(shí)完成后自動(dòng)確認(rèn)并且?jiàn)A緊貨物。

（4）正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手促使其從原點(diǎn)A 有效升起。

（5）觸發(fā)下限位進(jìn)行移動(dòng)。

（6）移動(dòng)到B 點(diǎn)，機(jī)械手自動(dòng)下降。

（7）經(jīng)過(guò)2s 計(jì)時(shí)之后自動(dòng)松開(kāi)機(jī)械手。

（8）機(jī)械手此時(shí)可以觸發(fā)上限位開(kāi)關(guān)。

（9）PLC 系統(tǒng)接收同時(shí)處理機(jī)械手實(shí)際狀態(tài)信息。

（10）機(jī)械手自動(dòng)調(diào)整貨物位置然后精準(zhǔn)放置。

（11）PLC 系統(tǒng)反轉(zhuǎn)控制促使機(jī)械手繼續(xù)移動(dòng)并且回到原位。

（12）等待開(kāi)展下一輪貨物搬運(yùn)。

上述內(nèi)容便是自動(dòng)操作條件下的整個(gè)貨物搬運(yùn)系統(tǒng)操作的具體流程，當(dāng)所有指令全部完成之后，PLC 系統(tǒng)能夠控制機(jī)械手自動(dòng)回位。

對(duì)于想要處于手動(dòng)操作狀態(tài)來(lái)講，上述機(jī)械手開(kāi)展的每一個(gè)流程全部都需要實(shí)施人工單獨(dú)操作，如果單從精確控制方面來(lái)看，也許并不如PLC 控制，這就需要港口方面結(jié)合自身實(shí)際需求來(lái)合理選擇究竟采取人工控制還是PLC 控制。通常情況下，為了確保各類(lèi)貨物能夠精準(zhǔn)擺放，大多數(shù)港口的貨物運(yùn)輸一般都需要借助PLC 控制系統(tǒng)來(lái)開(kāi)展精確控制，這樣可以提高港口生產(chǎn)效率以及實(shí)際工作質(zhì)量。除此之外，為了確保在一些較為特殊的場(chǎng)合可以有效實(shí)現(xiàn)人機(jī)交替或者是共同控制貨物方面的精確搬運(yùn)，還有必要在PLC 系統(tǒng)控制程序內(nèi)部有效嵌入一套雙控程序，對(duì)于雙控程序來(lái)講，主要指的是兩套相對(duì)獨(dú)立的程序，兩者互相嵌套，可以切實(shí)滿足港口貨物運(yùn)輸方面的人工、自動(dòng)或者是“人工+自動(dòng)”模式的自由切換，這樣可以促使整個(gè)港口貨物運(yùn)輸方面具備更好的靈活性以及人性化特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)港口領(lǐng)域當(dāng)中的電氣自動(dòng)化將會(huì)持續(xù)升級(jí)和優(yōu)化，這其中離不開(kāi)PLC 技術(shù)的有效運(yùn)用。為確保港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中能夠合理應(yīng)用PLC 技術(shù)，文章針對(duì)PLC 技術(shù)做出了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)探討了其在港口電氣自動(dòng)化當(dāng)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，并基于此研究了PLC技術(shù)在港口電器自動(dòng)化的具體應(yīng)用策略，以此來(lái)提高港口生產(chǎn)運(yùn)行質(zhì)量以及效率，推動(dòng)港口不斷向好發(fā)展