PLC技術在碼頭工程控制系統設計中的應用

農朝忠

摘 要：可編程邏輯控制器即PLC是20世紀80 年代發展起來并廣泛運用于各個領域，可編程邏輯控制器是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。隨著PLC、網絡和現場總線技術的飛速發展，引起了自動化領域傳統控制結構的變革，逐步形成了以PLC為基礎的控制系統。本文以防城港配套碼頭工程項目為背景，分析PLC技術在碼頭工程控制系統設計中的應用。

關鍵詞：PLC技術；碼頭；工程控制系統

信息技術的迅猛發展正深刻改變著人們的生活方式和工作方式，對企業信息化和自動化領域的發展也產生了巨大的影響。在目前的自動化控制領域中，主流的控制系統包括分散控制（DCS）和可編程邏輯控制（PLC），PLC技術傾向于連鎖保護控制的邏輯判斷和處理，分散控制片偏向于過程控制中的PID調節。PLC通常采用單網絡結構，如果出現兩個以上系統資源共享，就會降低PLC系統的性能。隨著現代技術的發展，在一些小型控制項目中，已經對PLC和DCS并不區分使用。碼頭工藝設備通常比較多，對作業要求高，采用PLC技術進行控制系統設計，有利于碼頭作業的安全性和高效性。

一、PLC技術概況

PLC是一種新型的通用的自動控制裝置，核心是微處理器，綜合了自動控制技術、計算機技術、通訊技術和電器控制技術等，可靠性高，并且編程方便，容易使用，有極強的控制功能。在PLC中，擴展機和外部的連接也很方便，利用PLC網絡模塊，可以將各個受控的設備連接在一起，達到信息資源的交換和共享。PLC在自動化控制系統中有核心的作用。上世紀六十年代末，在美國首先出現PLC技術，經過幾十年發展，PLC技術更加先進可靠，廣泛應用于工業控制中。PLC主要有五部分組成，中央處理單元（CPU）、可編程器、電源、存儲器和輸入輸出模塊。PLC的CPU在處理各項任務時，采用分時操作的方式，幾乎在瞬間就能處理完成，運算速度很高。PLC內的I/O模板，不僅有模擬量AD/DA、開關量DI/DO，而且有特殊功能的I/O模板，利用CPU運算等功能，提供硬件支持環境，為促進PLC在各行業的應用奠定了基礎。

二、PLC技術在碼頭工程控制系統設計中的應用

（一）工程概況

北部灣港集團在防城港碼頭14泊位規劃建立一個硫磷專業碼頭。通過碼頭，將需要的硫磺輸送到后方的堆場，然后通過斗輪機、輸送機及裝箱樓裝箱，送到附近的工廠以及通過裝船機裝到船上。碼頭使用的設備包括皮帶機、漏斗、移動式卸船機、移動式裝船機、移動式及固定式皮帶機、除鐵器等。碼頭配備兩座變電所，兩座變電所都具有高低壓供電，變電所內設有MCC柜、電源柜、繼電器柜、中控室控制臺，其中兩條皮帶輸送機為高壓10kV電動機，配備一座裝箱樓，該裝箱樓為獨立控制系統，但與工藝流程相互聯鎖，碼頭還配備一個噴淋系統，有加壓泵房由中控室控制，也可以在泵房控制，碼頭工程的工藝流程比較復雜，總共設10個工藝流程，常用的8個，需要設計嚴謹完善的控制系統，實現對所有設備的集中管理和中控監視，滿足工程的應用需求。

（二）工程控制系統設計

本工程控制系統設計結構主要有三部分（使用的PLC是美國AB），遠程I/O，PLC主站，以及中央控制站，遠程I/O將泊位附近的控制設備工作狀態數據進行監控和收集，然后將信息傳遞給PLC主站，通過光電交換機和數據服務器，實現PLC主站和中央控制站的通信。相關負責人員可以在辦公樓中，集中監控和管理碼頭工程工作。在管理網和控制網中，設置防火墻，確保控制網的安全性。

碼頭控制系統的控制模式主要有兩種，第一種是流程自動控制的方式，選擇某流程后系統自動按設計的啟動順序啟動各設備，當有緊急故障或危及到人身安全的，中控員和巡帶員可以按急停按鈕停止流程；第二種是就地非聯鎖控制方式，在進行試運行和維護中使用此模式，利用就地操作箱上的按鈕轉換到本地進行操作。

流程選擇，中控員根據作業需要可進行1條或多條流程選擇操作。PLC自動對流程相關設備進行查詢，若滿足選擇條件，流程選中，如選流程為1號流程時，將啟動1#斗輪機、14#皮帶機、12#皮帶機、11#皮帶機、10#皮帶機，當流程啟動后，系統發出一個可以抓料的指令，卸船機就可以抓貨。當啟動完一個流程后才能啟動另外的流程，流程間互不干擾獨立運行。

PLC采集的信息可分為以下幾類：a.設備運行狀態，系統所控制設備的運行信號、與系統聯絡設備運行信號；b.設備狀態信號，設備運行方式、主要輸送設備主回路電源、控制回路電源及其它；c.位置信號，卸料小車、電動翻板的位置、卸料小車、翻板的位置；d：料位信號，進、出倉流程.依據倉滿、倉空信號轉倉或是停止作業；安裝連續料位儀后，可隨時知道倉中物料的高度或是所剩物料重量；e：斗輪機等大車位置信號；f：物流信號，中控PLC系統根據皮帶機物流信號控制流程除塵設備的開啟；g：故障信號，設備故障檢測開關信號，系統根據故障類別、故障點位置發出相應指令；h：計量信號，計量信號主要為皮帶秤值，系統依據皮帶秤累計值對流程進行設定控制，為生產管理報表提供數據；i：操作按鈕信號，操作人員通過對控制臺上按鈕及轉換開關的操作完成流程的選擇、啟動、停止、秤的設定值輸入、入出倉號選擇，以及手動方式下各設備的啟、停控制。

硫磷專業碼頭，在整個系統PLC主站發出命令緊急切斷，保證系統安全，如果遇到緊急情況，也可以進行人工操作緊急切斷。整個工藝流程的主要設備是皮帶機，皮帶機設有安全監測開關，包括拉緊裝置、跑偏開關、速度開關等，確保輸送的安全和穩定。還要考慮設置膠帶防撕裂裝置。利用電纜，將保護開關測點接到皮帶機就地控制箱中。皮帶機控制箱不僅需要能夠就地操作，還要能夠將信號傳遞到中控室，實現遠程操作。

總之，在工程控制中，順序控制是必不可少的環節，都可以采用PLC技術，PLC技術在自動控制領域的應用越來越廣泛。生產管理和數據處理的主體是計算機，但是在工程控制中，PLC技術占有主導地位。本文結合防城港碼頭配套的工程實例，分析其控制系統中PLC技術的應用，根據相關規范標準，收集電控設備的測點信號，利用PLC統一編輯，設計控制系統，促進工程的順利進行。

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