PLC及變頻器在港口起重設備上的應用

張云鵬

（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備上的應用

張云鵬

（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普遍應用于港口起重機設備的電控系統中，起重機設備的工作效率也因此有了很大程度的提升，同時故障率也大幅度的下降，整體性能得到增強。

PLC；變頻器；港口起重機

1 PLC的簡介

PLC是一種可編程邏輯控制器，利用可編程存儲器將其應用在內部儲存程序中，不僅能執行邏輯預算，控制內部程序，還能實現定時、計數等操作方式，從而符合用戶的主要指令。利用數字、模擬式的輸入與輸出工作不僅能將機械的類型有效控制，還能促進生產過程的規范進行。在可編輯邏輯控制器投入運行后，主要的工作運行方式分為三個發展階段，為輸入采樣、用戶程序的有效執行以及輸出刷新。在這三個階段中，全部的執行過程是一個掃描周期，都以可編程邏輯控制器的CPU按照一定的掃速度實現重復掃描運行。

2 PLC在港口設備中的應用及優點

最初，相關工作人員試圖將PLC用于起重機設備上，當時所選的PLC是FI系列，該設備最高能達到60輸出點。同時，它屬于整體結構，所以無論輸入和輸出點擴展到什么程度，兩者之間的比例都會是3∶2。MCS51系列是早期研究出來的PLC，由于技術原因，其主頻和內存都不是很大，而且只能通過簡易編程器編出一千步的程序。但是由于科技的發展，計算機技術得到了相應的提高，也讓PLC獲得了迅速的發展。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結構技術相似，由兩根線所構成，分別串聯到時鐘線與數據線上。這樣的結構類型，比較適用于臺架式起重機、吊橋。這些類型的起重機使用了全新的PLC之后，降低了控制線的環數，讓實際線路能夠一目了然的看出來。比如一個全新的PLC，其型號為OMRON，將其使用到了起重機上以后，從司機室到主機控制柜，一共需要6根控制線，詳細的分布為：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，同時還需要2根通訊線[1]。另外，從司機室主機到大車行走控制柜的控制線經過受電器，所需要的回路環數是6道。而如果要是放棄全新的PLC的話，那么需要的環數將會是23道（見表1）。

表1 未使用全新PLC時所需環數

如此一來，系統運用時會變的更加靈活方便。由于中心受電器在性能上并不是非常的穩定，在采用了全新的PLC之后，港口起重機上這個比較薄弱的電器在可靠性上得到增強。這種全新的、主要由通訊組件所構成的PLC對于港口起重機來說具有非常大的價值。另外，在使用PLC的過程中，設計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出PLC的優勢。比如，設計電動機的正反轉電氣連鎖線路時，可采取最優電路，如圖1所示。

圖1 電動機正反轉電氣連鎖線路

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，但是卻體現不出PLC具有全面控制能力的優勢，從而讓港口起重機械設備的使用性能下降。如果把接觸器輔助觸頭當作PLC輸入信號，那么不僅能夠實現電氣聯鎖，而且還可以反映出系統的工作能力。另外，還能夠利用顯示屏找出設備所出現故障的地方，這樣能夠及時有效的檢修設備故障。

3 PLC在港口中的發展方向

在未來，PLC將通過和變頻器、組態模塊的組合，極大的改善起重設備的控制精度和運行性能。另外，PLC會由單機控制的方式向聯機控制的方式發展，這樣將使得PLC的功能會更加強大。聯機就是把與PLC有關的數據在第一時間通過有線或者無線的方式傳輸到計算機，同時和港口的局域網保持網絡暢通，實現遠程監控起重設備的運行情況、遠程操作起重設備的運行，以及實現起重設備的半自動化、全自動化。PLC在未來港口的自動化，智能化進程中將發揮不可替代的作用。

4 變頻器的簡介

變頻器是變頻技術與微電子技術的結合方式，為了控制交流電動機的電力設備，需要優化電機工作中電源頻率方式。變頻器主要的組成主要包括逆變、整流以及制動單元、驅動單元等。在對輸出電源上的電壓以及頻率進行調整期間，需要利用內部IGBT執行開斷對其執行。為了保證節能效果，實現調速的主要目的，根據電機運行的實際情況以及所需要的電源電壓來調整。因為變頻器本身存在較多的保護功能，可以實現過流保護、過壓保護和過載保護工作。近幾年，隨著我國工業化進程的不斷加快以及自動化水平的不斷提升，變頻器的廣泛應用具有重要意義。變頻器的主電路能在異步電動機中為其電源中的電壓、頻率進行調節，一般情況下，主要分為兩個部分，一種為電壓型，它能將電壓源直流轉變為的交流；一種為電流型，能夠將電流源的直流轉變為交流[2]。

5 變頻器在港口設備中的應用和優點

傳統的港口設備電控部分采用繼電器控制，調速采用在轉子回路串電阻，分級切斷的有級調速方法。它們都存在著維修工作量大、故障率高；容量、電壓、電流和轉速的上限值均受到條件的制約，調速精度不高、穩定性欠佳、能量損耗等缺陷。隨著變頻技術取得飛速進步，尤其是矢量控制技術的全面提升，讓變頻技術得到了更為廣泛的應用，價格不升反降，根據調查發現，價格普遍保持在1元/W。如果將矢量控制變頻器運用到起升機構的話，然后安裝變頻電機，這樣可以讓調速硬度達到最基本的要求。那么起升機構的變頻器會以較慢的速度運行一段時間，從而有效避免出現重載空中溜鉤的情況。另外，還可以全面的提升空鉤的速度，起到節能的作用，而更為重要的是，為加強生產率創造了非常好的條件。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備的控制方式

港口設備引入變頻器之后，將變頻器的正向，反向控制端子與PLC的方向控制信號連接，即可實現電機的正反轉控制；將變頻器的多段速端子和控制型號連接，通過內部的編程控制便實現了電機的多檔位控制；有的門機將主令信號接入變頻器的模擬量控制端子可以實現無極調速，增大了控制精度。相對于繼電器控制，轉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備的控制功能

變頻器將起升、變幅電機上裝的編碼器信號采集回來，可以監測到吊具位置和電機的速度，根據實際情況調整輸出信號，從而實現了閉環控制，實現對超速，溜鉤等情況的保護。通過調整加減速時間可以控制電機的停車時間和加速時間，時間比較平緩，起動電流較小，可以進行較高頻率的起停。變頻器上接制動單元可以將動能通過制動單位在制動電阻上以熱能的形式消耗掉，達到快速制動的目的。

5.3 變頻器的故障報警功能減少了維修工作量

變頻器通過對電流、電壓、頻率、轉矩、轉速等參數的實時監測能準確報出主回路過電壓、過電流、對地、短路、超速等故障，維修人員根據報出的代碼，對癥下藥，大大縮短了排查故障的時間。

6 結束語

綜上所述，將PLC和變頻器運用到港口起重機械當中去，不但可以讓港口起重機械設備的司機降低一定的勞動量，而且還能夠加強節能效果，以及生產效率，從而為企業帶來更高的經濟收益。因此在今后的工作中，相關工作者要積極努力、認真探索，爭取制定出更為完善的發展方案，從而讓我國的PLC和變頻器技術邁向一個新的高度，讓我們的港口更加的現代化、智能化。

[1]夏六兵.2500t工程起重船起重控制系統的研究[D].江蘇科技大學,2014.

[2]陳偉.Rockwell PLC及ABB變頻器在門座式起重機控制系統中的應用[D].燕山大學,2013.

TG231.1

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2096-2789（2016）12-0118-02