PLC及变频器在港口起重设备上的应用张云鹏 （南京港江北集装箱码头有限公司，江苏 南京 210031） 摘 要：PLC、变频器等全新的电气元器件已经普遍应用于港口起重机设备的电控系统中，起重机设备的工作效率也因此有了很大程度的提升，同时故障率也大幅度的下降，整体性能得到增强。 关键词：PLC；变频器；港口起重机 1 PLC的简介PLC是一种可编程逻辑控制器，利用可编程存储器将其应用在内部储存程序中，不仅能执行逻辑预算，控制内部程序，还能实现定时、计数等操作方式，从而符合用户的主要指令。利用数字、模拟式的输入与输出工作不仅能将机械的类型有效控制，还能促进生产过程的规范进行。在可编辑逻辑控制器投入运行后，主要的工作运行方式分为三个发展阶段，为输入采样、用户程序的有效执行以及输出刷新。在这三个阶段中，全部的执行过程是一个扫描周期，都以可编程逻辑控制器的CPU按照一定的扫速度实现重复扫描运行。 2 PLC在港口设备中的应用及优点最初，相关工作人员试图将PLC用于起重机设备上，当时所选的PLC是FI系列，该设备最高能达到60输出点。同时，它属于整体结构，所以无论输入和输出点扩展到什么程度，两者之间的比例都会是3∶2。MCS51系列是早期研究出来的PLC，由于技术原因，其主频和内存都不是很大，而且只能通过简易编程器编出一千步的程序。但是由于科技的发展，计算机技术得到了相应的提高，也让PLC获得了迅速的发展。如今的PLC，无论是输入模块，还是输出模块，在配置上都有了很大的进步，目前采用通讯组件模块的PLC，配置比以往更加的灵巧。 全新的PLC和新型彩电IC结构技术相似，由两根线所构成，分别串联到时钟线与数据线上。这样的结构类型，比较适用于台架式起重机、吊桥。这些类型的起重机使用了全新的PLC之后，降低了控制线的环数，让实际线路能够一目了然的看出来。比如一个全新的PLC，其型号为OMRON，将其使用到了起重机上以后，从司机室到主机控制柜，一共需要6根控制线，详细的分布为：控制电源线4根，分别是2根AC220V的控制电源线以及2根DC24V的控制电源线，同时还需要2根通讯线[1]。另外，从司机室主机到大车行走控制柜的控制线经过受电器，所需要的回路环数是6道。而如果要是放弃全新的PLC的话，那么需要的环数将会是23道（见表1）。 表1 未使用全新PLC时所需环数  AC220V电源2大车正反转接触器及副触头反馈4大车抱闸接触器及副触头反馈2防爬电机接触器及副触头反馈2电缆卷筒力矩电机接触器及副触头反馈2三级加速接触器及副触头反馈6锚定限位开关1电缆卷筒限位开关1大车终点限位开关2大车过流保护1合计23 如此一来，系统运用时会变的更加灵活方便。由于中心受电器在性能上并不是非常的稳定，在采用了全新的PLC之后，港口起重机上这个比较薄弱的电器在可靠性上得到增强。这种全新的、主要由通讯组件所构成的PLC对于港口起重机来说具有非常大的价值。另外，在使用PLC的过程中，设计的线路要放弃老套的电气控制线路的形式，这样才能能够全面的展现出PLC的优势。比如，设计电动机的正反转电气连锁线路时，可采取最优电路，如图1所示。  图1 电动机正反转电气连锁线路 如果把副触头和线圈连接在一起，尽管能够起到连锁的效果，而且线路也短，但是却体现不出PLC具有全面控制能力的优势，从而让港口起重机械设备的使用性能下降。如果把接触器辅助触头当作PLC输入信号，那么不仅能够实现电气联锁，而且还可以反映出系统的工作能力。另外，还能够利用显示屏找出设备所出现故障的地方，这样能够及时有效的检修设备故障。 3 PLC在港口中的发展方向在未来，PLC将通过和变频器、组态模块的组合，极大的改善起重设备的控制精度和运行性能。另外，PLC会由单机控制的方式向联机控制的方式发展，这样将使得PLC的功能会更加强大。联机就是把与PLC有关的数据在第一时间通过有线或者无线的方式传输到计算机，同时和港口的局域网保持网络畅通，实现远程监控起重设备的运行情况、远程操作起重设备的运行，以及实现起重设备的半自动化、全自动化。PLC在未来港口的自动化，智能化进程中将发挥不可替代的作用。 4 变频器的简介变频器是变频技术与微电子技术的结合方式，为了控制交流电动机的电力设备，需要优化电机工作中电源频率方式。变频器主要的组成主要包括逆变、整流以及制动单元、驱动单元等。在对输出电源上的电压以及频率进行调整期间，需要利用内部IGBT执行开断对其执行。为了保证节能效果，实现调速的主要目的，根据电机运行的实际情况以及所需要的电源电压来调整。因为变频器本身存在较多的保护功能，可以实现过流保护、过压保护和过载保护工作。近几年，随着我国工业化进程的不断加快以及自动化水平的不断提升，变频器的广泛应用具有重要意义。变频器的主电路能在异步电动机中为其电源中的电压、频率进行调节，一般情况下，主要分为两个部分，一种为电压型，它能将电压源直流转变为的交流；一种为电流型，能够将电流源的直流转变为交流[2]。 5 变频器在港口设备中的应用和优点传统的港口设备电控部分采用继电器控制，调速采用在转子回路串电阻，分级切断的有级调速方法。它们都存在着维修工作量大、故障率高；容量、电压、电流和转速的上限值均受到条件的制约，调速精度不高、稳定性欠佳、能量损耗等缺陷。随着变频技术取得飞速进步，尤其是矢量控制技术的全面提升，让变频技术得到了更为广泛的应用，价格不升反降，根据调查发现，价格普遍保持在1元/W。如果将矢量控制变频器运用到起升机构的话，然后安装变频电机，这样可以让调速硬度达到最基本的要求。那么起升机构的变频器会以较慢的速度运行一段时间，从而有效避免出现重载空中溜钩的情况。另外，还可以全面的提升空钩的速度，起到节能的作用，而更为重要的是，为加强生产率创造了非常好的条件。引入变频器后这些问题都得到了一定程度的改善。 5.1 变频器简化了港口设备的控制方式 港口设备引入变频器之后，将变频器的正向，反向控制端子与PLC的方向控制信号连接，即可实现电机的正反转控制；将变频器的多段速端子和控制型号连接，通过内部的编程控制便实现了电机的多档位控制；有的门机将主令信号接入变频器的模拟量控制端子可以实现无极调速，增大了控制精度。相对于继电器控制，转子回路串电阻的方式要简化的多。 5.2 变频器丰富了港口设备的控制功能 变频器将起升、变幅电机上装的编码器信号采集回来，可以监测到吊具位置和电机的速度，根据实际情况调整输出信号，从而实现了闭环控制，实现对超速，溜钩等情况的保护。通过调整加减速时间可以控制电机的停车时间和加速时间，时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频器上接制动单元可以将动能通过制动单位在制动电阻上以热能的形式消耗掉，达到快速制动的目的。 5.3 变频器的故障报警功能减少了维修工作量 变频器通过对电流、电压、频率、转矩、转速等参数的实时监测能准确报出主回路过电压、过电流、对地、短路、超速等故障，维修人员根据报出的代码，对症下药，大大缩短了排查故障的时间。 6 结束语综上所述，将PLC和变频器运用到港口起重机械当中去，不但可以让港口起重机械设备的司机降低一定的劳动量，而且还能够加强节能效果，以及生产效率，从而为企业带来更高的经济收益。因此在今后的工作中，相关工作者要积极努力、认真探索，争取制定出更为完善的发展方案，从而让我国的PLC和变频器技术迈向一个新的高度，让我们的港口更加的现代化、智能化。 参考文献： [1]夏六兵.2500t工程起重船起重控制系统的研究[D].江苏科技大学,2014. [2]陈伟.Rockwell PLC及ABB变频器在门座式起重机控制系统中的应用[D].燕山大学,2013. 中图分类号：TG231.1 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2016）12-0118-02 |
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