PLC的發(fā)展與港口電氣自動化
【摘要】：PLC是指可編程邏輯控制器，通過可編程邏輯控制與港口機械電氣控制系統(tǒng)的有機結合，極大的促進了港口自動化、現(xiàn)代化的發(fā)展，本文以下內容，根據(jù)筆者多年的實踐經驗，簡要分析了PLC的發(fā)展與港口電氣自動化，僅供參考。
【關鍵詞】：PLC;發(fā)展;港口;電氣自動化;控制系統(tǒng);門機;膠帶運輸;
1、前言
PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或者生產過程。PLC在港口中有極大的運用空間，比如在港口固定、流動機械的控制方面的運用、在港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應用、在港口灑水除塵系統(tǒng)中的應用等等，PLC的發(fā)展極大的促進了港口電氣自動化，減輕了勞動強度，提高了勞動生產率，本文以下內容，根據(jù)筆者多年的實踐經驗，簡要分析了PLC的發(fā)展與港口電氣自動化，僅供參考。
2、PLC概述
可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成主要有電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路等，另外還包括一些功能模塊和通信模塊�？删幊踢壿嬁刂破鲝囊划a生就表現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性和生命力，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在如下幾個方面：第一，使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案卻不用拆動硬件。第二，能適應各種惡劣的運行環(huán)境，可靠性強、抗干擾能力強，遠高于其他各種機型。第三，系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長，也能進行連續(xù)過程的PID回路控制，并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。
3、PLC在港口機械電氣化的應用歷史
對于我國工業(yè)來說，PLC已被廣泛的應用到了各個行業(yè)，在港口機械電氣化領域的應用也很廣泛，根據(jù)筆者多年的實踐經驗，并借鑒其它資料，下面簡要介紹下PLC在我國港口機械電氣化的應用歷史：1984年上海港煤炭裝卸運輸公司的煤堆場自動噴水防塵PLC自動控制系統(tǒng)，采用了MODICON公司的M84機，改善了作業(yè)環(huán)境，節(jié)約了用水量并提高了工作效率。另外還有上海港民生裝卸公司4萬噸級散糧倉自動控制系統(tǒng)，采用了MODICON公司的584A-450PLC，提高了筒倉自動化程度、可靠性和安全性;1989年上海新華裝卸公司散化肥裝卸自動控制生產線，采用了MODICON公司的M84PLC，大大改善了散化肥裝卸作業(yè)環(huán)境，提高了勞動生產率;實踐證明，由于PLC技術在港口自動控制系統(tǒng)中的應用，大大提高了勞動生產率，獲得顯著的社會效益和經濟效益，隨著信息自動化技術和網絡技術的發(fā)展，PLC技術為港口設備實現(xiàn)遠程自動控制提供了有力支撐。2001年11月，秦港七公司在基本掌握無線網產品的技術特點后，與北京新達網聯(lián)公司合作，對堆料機、取料機和裝船機等10臺移動單機，兩個變電站及中央控制室進行全面改造，建成了一個無線通信網絡系統(tǒng)，與原光纜通信以太網系統(tǒng)并存，大大降低了通信故障對生產、設備的制約，同時節(jié)約了昂貴的光滑環(huán)備件采購成本。2008年，青島港對現(xiàn)有的門機PLC電控系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，并合理利用原起重力矩限制器硬件，實現(xiàn)了PLC主控程序與起重力矩限制器程序的同步開發(fā)，優(yōu)化了門機散貨裝卸作業(yè)自動控制功能，實現(xiàn)了PLC控制功能與自動計量功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能的集成。近年來，天津港焦炭泊位采用先進的、全過程的噴淋設施和干式除塵系統(tǒng)可有效控制粉塵污染，保護環(huán)境。
PLC的發(fā)展必將促進港口電氣自動化的進一步發(fā)展，下面將根據(jù)幾個實例簡要介紹下PLC在港口電氣自動化中的具體應用，以體現(xiàn)PLC的發(fā)展與港口電氣自動化密切的關系。
4、PLC在港口門機中的應用
門座起重機是我港口碼頭前沿的主要裝卸機械,一般由行走、變幅、旋轉和起升四大機構組成。如有抓斗作業(yè),則起升機構由支持和開閉這兩套對稱的機構組成,以完成抓斗的開合。門座起重機的工藝特點決定對其配套的電氣設備的要求：操作頻繁 ,要求電動機、變壓器、開關、接觸器等設備適應其要求;露天作業(yè),受灰塵、氣候影響,工作環(huán)境惡劣;三維作業(yè)隨機性大,要求控制系統(tǒng)有多重完善的保護功能,故障診斷與顯示報警功能。
門座起重機的各大機構分別由三相交流繞線式異步電動機驅動,可以聯(lián)合驅動,也可單獨驅動,其主要原理為:電源從碼頭電網,首先經過電纜卷筒滑環(huán),再經中心滑環(huán),到機房配電柜的自動空氣斷路器上,再由隔離開關分別送到各運行機構。控制回路由直流24V電源接入，司機操作主令控制器控制PLC的輸入端口，輸入端口還外接過流、過壓、超限、聯(lián)鎖、保護等電路，當這些外圍輸入信號處于正常的工作狀態(tài)時，PLC輸出24V直流信號，驅動小型繼電器的線圈，再由小型繼電器驅動接觸器線圈，完成各種啟動。PLC與門機的組合，極大的降低了勞動強度，提高了勞動效率。
圖1 門式起重機控制系統(tǒng)結構圖
5、PLC在港口膠帶運輸機集控系統(tǒng)中的應用
港口膠帶運輸機集中監(jiān)視控制系統(tǒng)的安全可靠性將直接影響到港口的經濟效益。為此，實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護和集中監(jiān)控，是十分必要的。隨著科技的不斷發(fā)展，目前的PLC已經發(fā)展到了PCC階段，其是以PLC為核心的集控系統(tǒng)與調度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構成一個完整的操作、調度、監(jiān)視網絡，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。該系統(tǒng)的實施，提高了港口貨物輸送的生產效率，降低了設備事故率并縮短了故障處理時間，還精簡了現(xiàn)場操作人員，提高了港口的整體經濟效益。
5.1、該集控系統(tǒng)的控制結構
該集控系統(tǒng)采用分布式控制結構，由現(xiàn)場控制(主要含多個控制站及現(xiàn)場控制/檢測設備)和集中控制(主要含服務器、操作員站、工程師站、監(jiān)控中心和監(jiān)視屏)兩大部分構成。集中控制部分設于中央控制室,它與現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(TCP/IP協(xié)議)，集中控制與綜合操作臺的監(jiān)控上位機之間同樣也通過以太網(TCP/IP)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊;現(xiàn)場主控制站與各控制分站之間采用工業(yè)以太網實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊;現(xiàn)場控制站與傳感器之間通過現(xiàn)場總線進行連接(采用Modbus以及自由口通訊協(xié)議);現(xiàn)場控制部分承擔對現(xiàn)場設備的控制和數(shù)據(jù)采集任務。該系統(tǒng)的通訊網絡主要采用工業(yè)以太網，在通訊距離長于1200米的兩個控制站之間必須加裝中繼器，在膠帶機端頭設置現(xiàn)場控制站。通過監(jiān)控網絡，可對整個系統(tǒng)的設備進行監(jiān)視和集中控制。其系統(tǒng)結構如圖2所示。
圖2 港口膠帶運輸機控制和監(jiān)視系統(tǒng)結構圖
5.2、該集控系統(tǒng)的特點
該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控網絡結構，具備有完善的生產監(jiān)控管理功能，對膠帶運輸主要環(huán)節(jié)及相關輔助環(huán)節(jié)的生產過程進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對膠帶運輸系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，同時配合工業(yè)電視系統(tǒng)實現(xiàn)安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設備的安全。監(jiān)控系統(tǒng)實施后，操作員可以在中控室操作員站上監(jiān)視和控制膠帶運輸機的生產過程，完成對皮帶運輸機生產及相關環(huán)節(jié)的“遙測、遙信和遙控”，實現(xiàn)散貨皮帶運輸生產系統(tǒng)的綜合自動化。該系統(tǒng)的主要功能及特點主要表現(xiàn)在如下幾個方面：第一，實時運行參數(shù)監(jiān)測。各監(jiān)控系統(tǒng)實時采集生產工況與工藝參數(shù)，采用圖形、報表的形式來顯示系統(tǒng)的實時工況及目前產量、倉儲等。第二，實時過程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動完成過程控制，或由操作員手動操作控制。第三，歷史數(shù)據(jù)查詢。以上實時生產監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于服務器中的生產數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)重顯、歷史趨勢曲線分析，以及通過直方圖、餅圖等進行綜合分析。第四，設備故障及模擬量超限報警。當設備故障或模擬量超限時，生產監(jiān)測及管理網絡同步顯示故障設備名稱，并可實現(xiàn)語音報警、實時打印故障等功能。將該故障信息存入服務器中的故障信息數(shù)據(jù)庫，供以后離線統(tǒng)計分析用。第五，減少布線成本。由于大量采用遠距離通訊網絡，大大減少了電纜用量，降低了布線成本，節(jié)約了費用�？刂破骱途W絡的可靠性高，維護工作量小，運行費用低，系統(tǒng)擴展也十分方便，可隨時增加節(jié)點，并通過網絡在中控室在線修改程序。
6、PLC在港口除塵方面的應用
對于儲存和輸出煤炭的港口，其堆積在港口煤堆場上的煤炭隨風揚塵造成了環(huán)境污染，一般的治理方法是采用高壓噴槍定時對煤堆場進行灑水，這樣既可以防止煤塵的飛揚又可在夏季的時候降低煤堆中間的溫防止煤炭自燃，隨著科技的發(fā)展，目前在很多港口已經普及運用了PLC系統(tǒng)對港口灑水除塵進行控制，不但降低了勞動強度，也有利于對灑水進行及時的控制。
該PLC系統(tǒng)可以采用分布式I/O結構，通過現(xiàn)場總線連接，現(xiàn)場電控箱采用施耐德I/O模塊。監(jiān)控上位機主要設置的畫面有：操作畫面，實現(xiàn)各個監(jiān)控功能，完成到各個畫面間的切換;堆場設備工作狀態(tài)畫面，可以有效地監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運行狀態(tài);泵房設備工作狀態(tài)畫面，可以監(jiān)控泵房內水泵的工作狀態(tài)，系統(tǒng)壓力，流量狀態(tài)，水池水位狀態(tài)，及時對各種狀況進行處理。該系統(tǒng)安全方便、穩(wěn)定可靠、自動化程度高，可以確保港口生產的順利進行，有效的改善了煤場除塵，對環(huán)境保護起到了應有的作用。
7、結尾
隨著經濟的飛速發(fā)展和科技的不斷進步，PLC必將會朝前發(fā)展并在港口中得到更廣泛的應用。作為一名技術人員，應該在實踐中不斷學習，并注重借鑒國內外先進的經驗，不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質，為港口電氣自動化的發(fā)展做出應有的貢獻。
【參考文獻】
[1]《現(xiàn)代港口電氣自動化工程技術手冊》黎明森等，人民交通出版社
[2] 《港口供電及自動化系統(tǒng)》王偉等，大連海事大學出版社
[3] 《可編程序控制器原理及應用技巧》薛迎成等，機械工業(yè)出版社
[4] 《信息自動化應用》李磊等，機械工業(yè)出版社
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