PLC技術在軌道吊吊具電控系統中的應用

周文挺

（舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司，浙江 舟山 316033）

PLC技術在軌道吊吊具電控系統中的應用

周文挺

（舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司，浙江 舟山 316033）

本文通過對RAM軌道吊吊具在使用過程中容易出現問題的分析，提出了使用可編程控制器（PLC）代替傳統繼電器控制的總體改造方案。通過PLC控制實現了吊具功能的拓展，性能更加穩定，而且節約了維護成本，增加了經濟效益，對集裝箱裝卸機械的發展具有重要的意義。

軌道吊吊具；電控系統；PLC

一、RAM軌道吊吊具電控系統改造背景

舟山甬舟集裝箱碼頭有限公司現有12臺德國西門子電控系統軌道吊，所用吊具為新加坡RAM吊具。其吊具均為傳統繼電器控制。在使用過程中繼電器控制的弊端逐漸顯現：一是繼電器電控系統性能不穩定，故障點查找復雜；二是繼電器本身故障日益頻繁，觸點粘連，接觸不良等現象逐漸增多；三是繼電器電控系統本身結構簡單，邏輯性不強，在使用操作過程中存在較大的安全隱患。隨著使用年限的增加，吊具繼電器電控系統故障率明顯增加，影響生產效率的同時，維護成本也不斷增加。據統計，2015年甬舟公司軌道吊所有故障中吊具故障占35%左右，較2014年增加10%左右。吊具質量及可靠性，直接影響著起重機的整體性能。如何有效地提高吊具的可靠性，就顯得極為迫切和重要。

二、RAM吊具簡介及繼電器控制原理分析

RAM吊具是軌道吊裝卸集裝箱的專用工具，采用傳統繼電器邏輯控制方式，其電控系統主要有接觸器（KM1、KM2）以及12個繼電器（K1-K12）對吊具泵、電磁閥進行控制、并對限位信號進行反饋傳遞。其中吊具4個旋鎖的開鎖、閉鎖、著箱的限位信號分別兩兩串聯，并輸出到吊具繼電器，由吊具繼電器將限位信號反饋回軌道吊主機PLC。控制信號也是由軌道吊主機PLC命令直接下達到吊具繼電器，從而控制吊具伸縮電磁閥及開閉鎖電磁閥。繼電器控制也連鎖控制，但是本身的邏輯不強，主要還是通過軌道吊主機程序進行安全連鎖。一旦繼電器出現觸點粘連、接觸不良等情況，誤傳信號給主機PLC，容易引起誤動作，從而引發吊具故障，情況嚴重時甚至會引起安全事故。所以必須加強吊具自身各機構的控制及反饋信號檢測及判斷，并且又不沖突主機對吊具控制及反饋信號的檢測及判斷，如何做好這雙重保護，就顯得至關重要。

三、PLC的簡介與主要特點

PLC，又稱可編程控制器，是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按于與與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。其特點主要有：

1.可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。和同等規模的繼電器、接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。

2.配套齊全，功能完善，適用性強。PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

3.系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。

四、PLC在軌道吊吊具電控系統中的研究和實施

我們選用軌道吊1#吊具為對象進行研究改造。PLC系統采用西門子S7-300系統：PS307電源模塊、CPU為314、輸入模塊2塊、輸出模塊1塊。其他電氣元件有：400VA變壓器（380VAC轉110VAC）1個、繼電器17個，接線端子若干。

1.改造方案

（1）考慮到吊具的互換性，軌道吊主機電氣線路、PLC程序、吊具懸掛電纜芯線以及吊具快速插頭保持不變。

（2）采用點對點模式，將吊具每個限位都單獨進行檢測，限位信號中間不進過繼電器直接輸入到吊具PLC，并全部參與到邏輯工況運算中。

（3）主機原有24VDC電源到吊具，但為了使PLC更加穩定運行，不受干擾，對PLC進行單獨供電，主機24VDC則對吊具電磁閥進行供電，這樣大大增加了系統的穩定性。

2.吊具電氣線路改造實施

（1）設計電氣施工圖紙。

（2）將吊具接線箱中線全部拆除，并將電氣背板拆下。

（3）拆下來的電氣背板拿到車間進行配盤，根據電氣元件的安裝位置進行相應打孔。

（4）安裝電氣元件，考慮到吊具作業時震動較大，PLC安裝導軌以及變壓器均安裝減震墊。

（5）根據圖紙對電氣元件進行敷設盤內線并接線。

（6）接好后進行校線。

（7）在吊具上安裝接好盤內線的電氣背板，并根據圖紙進行接線。

（8）接好后再次進行校線。

（9）上電，檢查各電氣元件狀態。

3.吊具功能連鎖程序設計

（1）根據實際電氣元件進行硬件組態。

（2）確定各旋鎖的編號，由于軌道吊在堆場擺放位置不同，很難區分吊具旋鎖的編號。因此我們以司機室側為界順時針確定吊具旋鎖編號。

（3）將程序設計大致分為3個塊：反饋、控制、故障。

（4）開鎖狀態的反饋必須有閉鎖信號參與，當吊具處于開鎖狀態時若閉鎖有信號，則開鎖燈不亮，吊具故障燈常亮，軌道吊主機也報故障。同理，閉鎖狀態也是一樣。

（5）20英尺信號必須有40英尺信號參與，當吊具處于20英尺時若40英尺限位有信號，則司機室20英尺燈不亮，吊具故障燈常亮，軌道吊主機也報故障，同理40英尺狀態時也是一樣。

（6）考慮吊具伸縮閥控制的條件，比如有著箱信號伸縮不能運行等等。

（7）考慮吊具開閉鎖閥控制的條件，比如無著箱信號開閉鎖無法運行等等。

（8）為了能更方便快捷地進行維修，我們在吊具接線箱旁安裝了故障指示燈，該燈的主要功能是對吊具上的限位進行檢測，若吊具上任何限位報故障，該故障燈常亮。

（9）程序設計完畢，上機得電進行測試，并填寫測試報告。

4.效果統計

該1#吊具已在今年3月份改造完畢，目前已投入生產作業，運行正常穩定，司機反映良好。

結語

本文針對軌道式龍門起重機RAM吊具故障多、維護成本高的現狀，尋求PLC控制代替傳統繼電器控制系統，成功實現了預期的控制目標。改進后的吊具電控系統具有較高的工作可靠性和穩定性，符合生產現場的控制要求，但系統還不是特別完善，需要在實際的生產過程中，不斷進行改進。

［1］ 廖常初. S7-300/400 PLC應用技術（第3版）［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［2］任振輝，馬永鵬，劉軍.電氣控制與PLC原理及應用［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

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