PLC在港口設備中應用的探討

劉超

摘 要：PLC設備在港口設備的運行與控制中扮演著重要的角色，已經受到普遍重視。在這種背景下，文章首先探討了PLC在港口設備中有效應用的出發點，進而探討了PLC在港口設備中應用的系統設計與安全保障設計。

關鍵詞：PLC；港口設備；應用；系統設計；安全

引言

在港口設備運行與控制中，自動控制系統的各種設備具有相互通信及資料交換功能是非常重要的。較早期的通信方式是采用串列傳輸的架構，通過硬件架構、傳輸速率定義及通訊資料格式的定義，即可以輕易完成基本通信規格設計。這樣即可以依據規定好的通信規范，進行主控端與客服端設備的資料獲取及命令下達工作，并可以將監控系統的設備控制結果呈現在互動良好的人機界面上。港口電動設備主要有浮式起重機、門式起重機、橋式起重機、膠帶式輸送機等，可編程控制器及變頻調速系統在這些設備的運行與控制中能夠發揮重要的作用。PLC（programmable logical controller）是一種以微處理機及儲存卡為控制中心的控制器，其譯名為可編程邏輯控制器，一般人簡稱可編程控制器?？删幊炭刂破魇钱斚赂劭谠O備運行與控制系統的設備核心。

1 PLC在港口設備中有效應用的出發點

一是采用嵌入式閘道器。各廠牌的可編程控制器為了開發的便利性都采用自定的通信規范與上位機的監控系統進行信息及命令交換。由于Modicon最早開發出可編程控制器的設備，其開放式的Modbus通信協定已經成為控制界可編程控制器的常用通信協定，且為一般監控軟件所內定支援的協定。了解Modbus及FX2N的通訊協定，就可以應用嵌入式控制器的設計方式進行可編程控制器與Modbus通訊協定的資料轉換功能。嵌入式閘道器同時扮演2個工作，對上位機的監控系統而言，是屬于客服端的被監控的設備。但是對于下位機的可編程控制器而言，閘道器顯然是扮演主控端的角色，可以將來自監控系統的命令直接下達給可編程控制器及獲取回應字串，然后將有效信息回傳至監控系統及在人機界面上展示。通訊閘道器的設計可以整合串列通訊功能達成一對一、一對多與多對一的控制方式，可以縮短通訊時間有效提升監控系統的整體通訊效率。

二是利用Fuzzy控制器的規劃語言。在港口設備運行與控制中，PLC是很通用的硬件平臺，PLC與感測元件及受控體有標準界面，并支援標準的現場匯流排，在工業界是普遍受歡迎的。但是，若要單獨規劃PLC的控制程序時，必須先把控制順序轉化成階梯圖，然后再用PLC專用的程序語言來規劃，整個過程相當的繁復，其規劃的耗時和高的培訓成本，是使用PLC的缺點。利用Fuzzy控制器的規劃語言，可以提供至少一組傳統類比、順序和可編程化控制系統的功能，及具備與其它元件互相溝通的功能。所以，結合Fuzzy控制與PLC可以讓使用者能輕易的規劃各種控制和運算的功能。

2 PLC在港口設備中應用的系統設計

2.1 軟件規劃

系統規劃是所有程序開發的必要前置動作，主要內容為確定系統整體動作順序流程以及功能，再經由程序的開發予以實現。因此，在系統規劃階段，應依照硬件的配線設計圖規劃PLC程序元件之間的相互連結，并依據系統動作的流程規劃PLC程序的動作順序。在系統規劃階段，除了PLC階梯圖程序以外，使用者界面的構思也是該階段的一大重點，使用者界面的好壞，直接影響到使用者對于系統的操作便利性。因此，開發時應針對使用者所需求，配合PLC程序的構造，進行使用者界面的相關設計。

2.2 PLC程序設計

可使用WinProLadder 階梯圖語言撰寫PLC程序，程序構思主要分為兩個部分：系統動作順序部分與系統功能部分。系統開發時，除了機器的動作外，還需具備使用者在操作上可自行設定的功能，這些功能均須要通過參數的設定而完成。舉例而言，使用者欲將叉車的取貨頻率由預設的50秒縮減為30秒，則時間即為設定的參數，而階梯圖程序則必須配置儲存器位置儲存這些參數，再將這些參數輸出至周邊叉車，使其根據參數內容動作。因此，暫存器的配置以及暫存器編號，都須和使用者界面設計加以配合，才能正確的讀取輸出參數，達到使用者的需求。

2.3 使用者界面設計

使用者界面（Human Machine Interface HMI），應是一種智能型的觸碰式圖形顯示屏幕，其主要功能是讓使用者在開發后的界面上以圖形式對話視窗的操作取代直接面對程序原始碼修改各項參數以控制機器HMI的開發除了畫片的編輯外，尚需配合PLC階梯圖程序中所設計的系統動序規劃、運算元、變量相關設定，將PLC程序中的各個元件以圖形式按鈕取代，才能順利與PLC進行通訊，完成監控的功能。因此，使用者界面的開發大致上可分為三個步驟：系統規劃；操作界面開發；系統通訊。

3 PLC在港口設備中應用的安全考量

由于自動化機械設備功能復雜、造價昂貴，一旦運作發生異常，如果無法即時偵測、警示、處理，而引發問題擴散、導致設備運轉停擺，將造成難以彌補的損失。有鑒于此，應當嘗試建構機械設備異常主動示警系統。其目的有二，一是即時警示異常狀態，以通知工程人員進行緊急維修與處理；二是記錄儲存與分析，以提供管理階層進行應變的參考。整個示警系統的底層為港口設備群；中層為示警系統服務器，可遠距即時監視各設備的狀態；頂層則為接受警示信息的各式裝置。港口設備的內部控制器連接網控器，網控器再經由互聯網絡將設備控制器的重要運轉狀態傳送至示警系統服務器，一旦發生異常情況，示警系統服務器即按照設定的處理流程發出警示信息予特定裝置，并將異常狀態儲存于資料庫。在示警系統服務器的部分，可分為：主程序控制模塊、前置處理模塊、參數索引模塊、信息執行模塊等。前置處理模塊接收設備異常信息后，再通過主程序控制模塊依據設定的服務，調閱參數索引模塊的相關參數設定，最后通過信息執行模塊進行警示信息的發布。總體而言，嘗試構建示警系統服務器，用以監測港口設備群的異常信息，當設備發生異常時，可通過手機短信、字幕機、電子郵件、區域網絡廣播等不同方式，通知相關人員緊急處理。

4 結束語

總體而言，采用PLC技術，控制門機各系統的啟動、運行、停止，明顯提高港口設備的平穩性、可靠性、安全性和裝卸作業效率，降低能耗及維護費用。具體來看，一是能夠提高系統的安全性。系統采用一套起升裝置，根據不同負荷重量，自動控制升降速度，可有效避免超載現象，杜絕事故發生。二是能夠提高裝卸作業的穩定性和裝卸效率。系統可隨時修改升降速度加減速時間等工藝參數，使起重機始終處于變頻調速處于最佳運行狀態，使貨物定位準確，確保貨物安全。

參考文獻

[1]李勝永，季本山.基于PLC和變頻器的港口橋式起重機控制系統研究[J].機電產品開發與創新，2010（01）.

[2]劉釗，趙湘前.變頻器常見故障與港口機械的應用[J].科技創新導報，2010（14）.

[3]黎放.港口設備工作效率的提高研究[J].科技創新導報，2010（17）.