卸船機PLC及變頻技術應用探討

王銀峰 尹國武

摘要：卸船機在港口運營中發揮著重要作用，是不可或缺的設備之一。對港口卸船機智能化和降低能耗等方面提出符合國情的要求，隨著現代化科學技術的進步，尤其是信息技術的飛速發展，為了使卸船機更好的滿足不同用戶的需求提供了很多的便利。使用P LC和變頻技術可以更精確地控制卸載機的運行工況，提高卸船機的工作效率，減少卸船機的能量損失，從而提高港口作業的經濟效益。

關鍵詞：卸船機；PLC；變頻技術

隨著電子信息技術的飛速發展，PLC控制技術不再局限于邏輯控制范圍，作為一種成熟穩定可靠的控制設備，PLC控制系統占據了現代工業用途的92%左右的份額。在工業生產過程中，它具有體積小，使用靈活，可靠性高，抗干擾能力強，功耗低等優點。由于卸船機PLC和變頻控制系統功能強大，得到了廣大用戶的一致好評。變頻器用于實現起重機電機的速度控制操作，結合PLC的強大功能和可靠性，以及基于組態軟件開發的良好的人機界面和強大的通信能力。因此，PLC變頻控制技術已廣泛應用于卸船機。

一、PLC 概述

PLC控制設備是集通信技術，編程技術和智能技術于一體的工業設備。剛開始只有開關量的邏輯控制，最先在汽車制造業得到應用。由于現代信息技術的飛速發展，現在PLC變頻控制技術已廣泛應用于卸船機，挖泥船等設備上。PLC由三個主要部分組成，即輸入部分，邏輯控制部分和輸出部分。當PLC運行時，其內部PLC程序預先存儲，以通過遠程I / O和共址鏈接執行每條指令?，F場數據由上位機收集處理，形成具有一定實時性能的監控系統，具有運行可靠，編程簡單，安裝靈活，性價比高的特點。PLC基于原始繼電器控制的原理，早期的PLC由開關邏輯控制。使用前，在程序模式下將所需的生產要求寫入PLC存儲器，然后根據PLC中程序的要求輸入相應的數據。

二、PLC 控制的基本原理

當 PLC控制變頻技術時，繼電器由分布式布置模塊控制，以避免不同繼電器之間的相互干擾，用于邏輯控制的并行模式，定時器采用最先進的集成電路，可以減少工作條件對定時器的影響，控制要求大大提高，PLC控制技術具有很強的抗干擾能力，有利于現場的同步施工和設計。由于控制技術和變頻技術普遍的應用，使用頻率的變化，來控制速度的變化，使位能負載變為可能。首先，變頻技術廣泛應用于三相異步電動機，改變電動機的速度，提高工作效率。其次，變頻器的使用可以實現勢能和動能轉換為電能并反饋到電網，從而達到節能的目的，保證工作狀態的正常運行。變頻調速可分為兩部分：逆變電路和整流電路。它主要用于整流工業變頻的外部電源，為逆變電路和控制電路提供直流電源。逆變器電路由六個半導體開關元件通過三相橋式逆變器電路組成，并定期控制主開關元件的接通和斷開，以獲得任何頻率的三相交流電輸出。其主要功能是在控制電路的控制下將直流電轉換為可調頻率和電壓的交流電源。

三、PLC變頻技術的保護功能

卸船機PLC首先接受外部開關信號的輸入，判斷當前系統狀態是否正常，然后輸出信號控制接觸器和繼電器等組件，以完成對應的控制任務。同時，在計算機主機的控制下，PLC還需要定期收集和采樣設備的各種信號。模塊化設計概念用于完成軟件設計。采集模塊，通信模塊，處理模塊，報警模塊等PLC變頻技術可以實現卸船機的以下幾個方面的保護：

1、開關機構的安全保護。由于卸船機的高功率，在硬啟動開始時，在卸船機的回路中產生大的瞬時電流，尤其是在開關的位置。當瞬時電流超過規定電流時，會發生各種各樣的故障，嚴重的會導致電氣設備和電纜的損壞。PLC變頻控制可有效控制電氣設備的頻率，進而控制其電流，防止開關柜切換過程中發生過流和欠壓等故障；

2、過載的保護。卸船機的起升機構里安裝了重量傳感器，變頻器會通過重量傳感器自動檢測的每一次的卸載量，如果載荷超過了規定的數值時，變頻器會通過CMS顯示過載故障，起升不能再繼續工作了，必須把卸載量減少才可以繼續工作，因此利用 PLC變頻技術能夠對卸船機卸料載荷進行有效控制，各個機構得到有效保護，延長卸船機的使用壽命；

3、俯仰機構的保護。俯仰機構里安裝了停止限位和極限限位，當俯仰機構運行到停止位置時，停止限位起作用，變頻器會通過CMS顯示已經到停止位置，俯仰不能再繼續運行，如果停止限位不起作用，俯仰機構會碰到極限限位，同樣俯仰不能繼續運行，極限限位是第二重保護。因此，利用變頻技術可以對各個機構進行有效的保護，避免出現重大事故。

4、電機檢測和保護。PLC控制技術在電機與機構之間的接口處安裝了編碼器和凸輪限位保護裝置。編碼器會自動檢測電機速度，當速度的數據超過規定的數值，變頻器會通過CMS顯示電機超速故障，電機就不會再工作，這就是超速保護功能。電機的減速箱上安裝凸輪限位，當卸船機的起升高度達到凸輪限位里設置的參數時，變頻器里會通過CMS顯示凸輪限位的起升停止限位已經動作，電機不能使起升再上升了。因此編碼器和凸輪限位有效保護了電機的安全性和穩定性。

四，卸船機的應用故障排除

1、工作概述。在卸船機的 PLC控制系統中，故障檢測功能是其實現智能化的重要標志，這意味著卸船機不僅可以滿足生產的自動化，還能實現自我的監控、診斷、反饋等功能。PLC故障檢測系統主要包括以下兩個功能。首先，自診斷意味著當PLC上電時，控制系統會自動檢測系統的軟件和硬件。如果硬件損壞或軟件程序丟失，PLC將丟失，PLC計算機的主機將在顯示屏或CMS上發出警報。這允許工作人員及早發現故障并處理故障以避免造成更大的損失。第二種是控制診斷，這意味著卸船機的PLC可以在正常工作過程中診斷系統的外部組件。同時，還可以對系統的輸入和輸入參數采取一定的監控措施，以便在卸船機運行期間外部部件損壞時，或者程序的參數不符合要求，PLC計算機會發出故障報警，甚至卸船機停止工作，然后允許專業人員進行維護，避免出現更大的質量問題。

2、硬件組成。卸船機PLC控制系統包含很多內容，故障檢測系統是其控制系統的重要組成部分之一。其功能主要體現在PLC卸載的卸船機電腦主機和CMS上。主要硬件組件包括電源，信息傳輸系統和CPU系統。為了確保故障檢測系統的可靠性，還需要配置相應的計算機主機。在系統的每個PLC分支中，硬件不僅包括電源模塊和通信模塊，還包括基本控制模塊，例如數字輸入和輸出模塊以及模擬輸入模塊。

3、故障點的信號檢測和預處理。卸船機PLC控制系統本身具有故障檢測功能。對于模擬信號，例如電機電壓的故障檢測，首先使用模擬模塊系統接收來自電壓變送器的模擬信號。然后將其轉變為數字信號，最后與參數值或系統設置的最大值進行比較，如果它在正常范圍內，則意味著相應的卸船機的相應機構處于正常操作中。假如實際值超過了最大值，則說明卸船機的設備處于不好的狀態。判斷故障發生與否依靠PLC控制系統設置的要求的參數值與設備出現的實際值是否一致。

采用PLC進行變頻控制，可以大大提高卸船機的工作效率，降低能耗。變頻技術的使用可以有效地減少貨物卸載過程中各種沖擊對機械的影響，并根據貨物的大小和重量進行相應調整，從而有效地保護了卸船機的各種機構的設備。

參考文獻

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[2]李瑋，孟偉.基于港口散料物流自動化[J]. 可編程控制器與工廠自動化，2015.

（作者單位：上海振華重工港機通用裝備有限公司）