基于PLC的港口機械自動化控制主電路設計

顧 聰，馬會浪

（上海振華重工（集團）股份有限公司南通分公司，江蘇 南通 226000）

當前工業生產自動化公認的支柱包括PLC、機器人與CAD/CAM，在這三者之中，PLC由于同時融合了計算機信息處理技術與繼電器控制傳統技術兩種不同類型的技術，因而具有兩種技術各自的優勢，這就使得PLC的價值被進一步強調，成為三大支柱中最具實用價值的技術。PLC技術在工業自動化領域中的應用多以控制設備的形式呈現，其應用的廣泛程度與重要性也獲得了相關行業的認可。

1.PLC港口機械自動化的意義

在PLC技術的支持下，港口機械自動化能夠有效貫徹以人為本的理念。這一理念的優勢首先體現在港口機械的布置上，傳統港口機械的布置在一定程度上缺乏應有的合理性，因而在實際作業過程中不時會出現影響港口作業流程的情況，進而對港口整體的工作效率產生一定程度的消極影響。而在PLC支持下，實現自動化的港口機械得以對布置情況進行調節，不僅能夠為港口作業騰出更多的空間，也能進一步提升機械本體的運行效率，這就使港口整體的工作效率獲得大幅提升。而從人力角度來看，港口機械整體布置的合理性及人性化特征能夠有效減少人力監督方面的支出，從而進一步推動港口的自動化運營水平。

另一方面，PLC技術支持下實現自動化的港口機械在很大程度上避免了因人力操作造成的誤區，傳統港口作業多采用人力控制機械進行，而隨著港口吞吐量的日漸提升，港口內部空間復雜情況比之前更甚，進而導致以人的目力進行的信息獲取受到很大阻礙，造成一些作業失誤情況的出現，給港口作業帶來了一定程度的安全隱患[2]。而在PLC技術的支持下，港口空間、貨物信息的獲取更加精準，自動化控制的機械也能夠精確調整作業需求及精度，進而使得港口作業的錯誤率大幅下降，有效保障了港口作業的安全性與可靠性。

2.PLC港口機械自動化存在的優勢與不足

2.1 PLC港口機械自動化控制的優勢

PLC港口機械自動化控制的優勢首先體現在對傳統繼電器控制缺陷的有效彌補。傳統繼電器控制中應用了大量中間繼電器與時間繼電器，由于繼電器整體數量龐大，在應用過程中很容易因為接觸點接觸不良產生各種類型的故障，且傳統繼電器控制所應用的技術也較為老舊，需要大量控制電器實現對系統電路的控制，連接過程也具有很高的復雜性與工藝要求，一旦出現更改就需要大量人力與時間進行調整。而在獲得PLC技術的支持之后，實現自動化的港口機械從原先的繼電器控制轉為軟件控制，僅僅保留少數硬件用作輸入或輸出，這樣一來接觸點的數量大幅減少（相關調查數據顯示PLC接線數量僅有傳統繼電器控制接線數量的1%-10%），進而有效避免了因接觸不良造成故障的概率；此外以軟件控制為主的PLC技術不再需要大量連接電路的操作，因此也就沒有過高的工藝要求，功能上的變動僅僅通過軟件即可實現，不再需要為了單次改動大費周章更改連接線路，也就提升了整個港口作業的效率與穩定性[3]。

另一方面，PLC控制加入了一個表達輸出狀態的發光二極管，這使得工作人員僅僅需要通過觀察二極管的狀態就可以得知PLC的輸出狀態，而且PLC整個安裝過程加入了事先的模擬測試，通過模擬測試之后再進行實際安裝，安裝完成之后通過簡單了聯機測試即可投入使用，因而大幅節省了PLC控制系統的安裝時間。PLC自身又具備完備的診斷功能及顯示功能，一旦外聯部件（外部輸入裝置或執行裝置）在作業過程中發生故障，PLC的二極管與在線編譯器就能夠有效反饋故障信息，其模塊化的設計也使得故障的排除更加便捷，僅需更換故障模塊即可[4]。最后，相對港口機械設備而言，PLC載體設備的體積非常小，足以裝入港口機械設備中，同時PLC載體設備又具有很強的抗干擾能力，這就使得其能在惡劣環境下保持正常運轉，為真正實現機電一體化提供了條件。

2.2 PLC港口機械自動化控制的不足

PLC港口機械自動化控制的不足主要體現在人力層面。在意識到PLC港口機械自動化的優勢與價值之后，多個港口已經將其作為未來港口工作的重點發展方向，但一些地區存在急于求成的情況，在執行過程中過于冒進，未能針對PLC相關設備及系統進行充足的測試與分析，而是生硬套用成功應用PLC港口的運營及應用模式。這種做法不僅制約了PLC港口機械自動化控制價值的發揮，還容易造成嚴重的作業漏洞及規范層面的缺失，為港口的安全作業埋下潛在隱患。而這些港口也未能深入研究PLC機械自動化內部零件的詳細搭配及精細化操作內涵，進一步制約了PLC港口機械自動化的應用效果。

3.基于PLC的港口機械自動化控制主電路設計

以PLC為基礎實現港口機械自動化控制的前提，是建立起完善的電控系統。當前多數港口中均在大部分機械設備中應用了PLC自動化控制技術，通常情況下PLC港口機械自動化控制的電控系統包括數據輸入、系統1、系統2、主軸驅動系統、強點控制電路、速度檢測、伺服系統及電氣部分幾個單元，不同單元之間的構成如下圖所示。

圖1 電控系統構成圖示

在以上結構中，強電控制電路的組成包括了控制電路、繼電器、接觸器電源及所有的執行電器，而除了這些部件之外，以電磁閥、制動器、各種不同類型的開關以及所有驅動或具備其他功能的電動機共同構成機械設備電器。相比強電控制電路，機械設備電器還為工作人員提供了解機械設備實時運行狀態的方法，主要是通過對機械設備電器各組成部分運行狀態的觀察獲得相應信息。

對于整套港口機械設備而言，主電路的主要作用是為了對電動機進行有效控制，這種控制除了體現在對電動機運行及停止的操作之外，還體現在對電動機實際運行狀態的檢測上。這樣一來，電動機在運行過程中因各種原因可能發生的故障就能夠被及時發現并處理，進而有效保障了電動機的正常運行，進一步提升了港口機械作業過程的穩定性與安全性。對于整個港口機械系統而言，伺服電動機、輔助機構電動機及電磁閥均屬于執行電器，而執行電器在控制要求上具有很高的重要性，因此主電路的設計需要將滿足伺服電動機、輔助機構電動機及電磁閥這類執行電器實際運作需求的滿足作為重要參考依據與首要實現內容，除此之外，還需要深入研究所有執行電器的啟動流程、方向控制、速度調整及運行制動等全部控制內容，且要保證研究的精準性與深入性，以使主電路能夠精確控制這些執行電器進行各種類型的詳細操作[5]。而在電機上則還需視情況決定是否配置熱繼電器，配置熱繼電器的目的是為了在發生電流過載的情況下，使電機得到有效的保護。

電路的設計是PLC港口機械自動化控制的核心，而主電路的設計則是核心中的核心，因此在設計過程中要嚴苛防守各種疏漏現象的出現，在最大限度上避免主電路設計存在缺陷或失誤。如下表1為一般性機械設備PLC主電路的輸入及輸出情況。

結合表中主電路輸出及輸入情況可得知，主電路在整個PLC港口機械自動化控制的電路設計中產生了比較大的影響，這也就意味著主電路的設計需大力豐富其內容，并靈活運用電路設計相關知識加入相應的保險措施，進而確保主電路乃至整個電路運行的安全性、可靠性以及可行性均能夠得到保障。而從港口工作實際情況的角度來看，主電路設計工作也需充分考慮PLC港口機械自動化控制的要求，以滿足其自動化控制需求為根本出發點，確保主電路的設計能夠有效推動港口作業效率的提升[6]。此外主電路中加入的安全措施需要考慮到各機械設備的負載能力上限，進而保證即使港口在面對較大工作量時，不會因為過度運行而對系統造成嚴重破壞。

表1 一般性機械設備PLC主電路

4.結語

我國機械制造業在經歷過一段時間的發展之后，現下正面臨著明顯的發展瓶頸，這種情況的出現在一定程度上是因為大多數老舊機械設備仍處于服役狀態。要解決這一問題除了要對老舊機械設備進行更新之外，還需要著眼于現代技術的引入與有效應用，進而提升機械制造業的生產力與生產水平，有效推動社會的發展。