PLC在港口设备中应用的探讨

刘超

摘 要：PLC设备在港口设备的运行与控制中扮演着重要的角色，已经受到普遍重视。在这种背景下，文章首先探讨了PLC在港口设备中有效应用的出发点，进而探讨了PLC在港口设备中应用的系统设计与安全保障设计。

关键词：PLC；港口设备；应用；系统设计；安全

引言

在港口设备运行与控制中，自动控制系统的各种设备具有相互通信及资料交换功能是非常重要的。较早期的通信方式是采用串列传输的架构，通过硬件架构、传输速率定义及通讯资料格式的定义，即可以轻易完成基本通信规格设计。这样即可以依据规定好的通信规范，进行主控端与客服端设备的资料获取及命令下达工作，并可以将监控系统的设备控制结果呈现在互动良好的人机界面上。港口电动设备主要有浮式起重机、门式起重机、桥式起重机、胶带式输送机等，可编程控制器及变频调速系统在这些设备的运行与控制中能够发挥重要的作用。PLC（programmable logical controller）是一种以微处理机及储存卡为控制中心的控制器，其译名为可编程逻辑控制器，一般人简称可编程控制器。可编程控制器是当下港口设备运行与控制系统的设备核心。

1 PLC在港口设备中有效应用的出发点

一是采用嵌入式闸道器。各厂牌的可编程控制器为了开发的便利性都采用自定的通信规范与上位机的监控系统进行信息及命令交换。由于Modicon最早开发出可编程控制器的设备，其开放式的Modbus通信协定已经成为控制界可编程控制器的常用通信协定，且为一般监控软件所内定支援的协定。了解Modbus及FX2N的通讯协定，就可以应用嵌入式控制器的设计方式进行可编程控制器与Modbus通讯协定的资料转换功能。嵌入式闸道器同时扮演2个工作，对上位机的监控系统而言，是属于客服端的被监控的设备。但是对于下位机的可编程控制器而言，闸道器显然是扮演主控端的角色，可以将来自监控系统的命令直接下达给可编程控制器及获取回应字串，然后将有效信息回传至监控系统及在人机界面上展示。通讯闸道器的设计可以整合串列通讯功能达成一对一、一对多与多对一的控制方式，可以缩短通讯时间有效提升监控系统的整体通讯效率。

二是利用Fuzzy控制器的规划语言。在港口设备运行与控制中，PLC是很通用的硬件平台，PLC与感测元件及受控体有标准界面，并支援标准的现场汇流排，在工业界是普遍受欢迎的。但是，若要单独规划PLC的控制程序时，必须先把控制顺序转化成阶梯图，然后再用PLC专用的程序语言来规划，整个过程相当的繁复，其规划的耗时和高的培训成本，是使用PLC的缺点。利用Fuzzy控制器的规划语言，可以提供至少一组传统类比、顺序和可编程化控制系统的功能，及具备与其它元件互相沟通的功能。所以，结合Fuzzy控制与PLC可以让使用者能轻易的规划各种控制和运算的功能。

2 PLC在港口设备中应用的系统设计

2.1 软件规划

系统规划是所有程序开发的必要前置动作，主要内容为确定系统整体动作顺序流程以及功能，再经由程序的开发予以实现。因此，在系统规划阶段，应依照硬件的配线设计图规划PLC程序元件之间的相互连结，并依据系统动作的流程规划PLC程序的动作顺序。在系统规划阶段，除了PLC阶梯图程序以外，使用者界面的构思也是该阶段的一大重点，使用者界面的好坏，直接影响到使用者对于系统的操作便利性。因此，开发时应针对使用者所需求，配合PLC程序的构造，进行使用者界面的相关设计。

2.2 PLC程序设计

可使用WinProLadder 阶梯图语言撰写PLC程序，程序构思主要分为两个部分：系统动作顺序部分与系统功能部分。系统开发时，除了机器的动作外，还需具备使用者在操作上可自行设定的功能，这些功能均须要通过参数的设定而完成。举例而言，使用者欲将叉车的取货频率由预设的50秒缩减为30秒，则时间即为设定的参数，而阶梯图程序则必须配置储存器位置储存这些参数，再将这些参数输出至周边叉车，使其根据参数内容动作。因此，暂存器的配置以及暂存器编号，都须和使用者界面设计加以配合，才能正确的读取输出参数，达到使用者的需求。

2.3 使用者界面设计

使用者界面（Human Machine Interface HMI），应是一种智能型的触碰式图形显示屏幕，其主要功能是让使用者在开发后的界面上以图形式对话视窗的操作取代直接面对程序原始码修改各项参数以控制机器HMI的开发除了画片的编辑外，尚需配合PLC阶梯图程序中所设计的系统动序规划、运算元、变量相关设定，将PLC程序中的各个元件以图形式按钮取代，才能顺利与PLC进行通讯，完成监控的功能。因此，使用者界面的开发大致上可分为三个步骤：系统规划；操作界面开发；系统通讯。

3 PLC在港口设备中应用的安全考量

由于自动化机械设备功能复杂、造价昂贵，一旦运作发生异常，如果无法即时侦测、警示、处理，而引发问题扩散、导致设备运转停摆，将造成难以弥补的损失。有鉴于此，应当尝试建构机械设备异常主动示警系统。其目的有二，一是即时警示异常状态，以通知工程人员进行紧急维修与处理；二是记录储存与分析，以提供管理阶层进行应变的参考。整个示警系统的底层为港口设备群；中层为示警系统服务器，可远距即时监视各设备的状态；顶层则为接受警示信息的各式装置。港口设备的内部控制器连接网控器，网控器再经由互联网络将设备控制器的重要运转状态传送至示警系统服务器，一旦发生异常情况，示警系统服务器即按照设定的处理流程发出警示信息予特定装置，并将异常状态储存于资料库。在示警系统服务器的部分，可分为：主程序控制模块、前置处理模块、参数索引模块、信息执行模块等。前置处理模块接收设备异常信息后，再通过主程序控制模块依据设定的服务，调阅参数索引模块的相关参数设定，最后通过信息执行模块进行警示信息的发布。总体而言，尝试构建示警系统服务器，用以监测港口设备群的异常信息，当设备发生异常时，可通过手机短信、字幕机、电子邮件、区域网络广播等不同方式，通知相关人员紧急处理。

4 结束语

总体而言，采用PLC技术，控制门机各系统的启动、运行、停止，明显提高港口设备的平稳性、可靠性、安全性和装卸作业效率，降低能耗及维护费用。具体来看，一是能够提高系统的安全性。系统采用一套起升装置，根据不同负荷重量，自动控制升降速度，可有效避免超载现象，杜绝事故发生。二是能够提高装卸作业的稳定性和装卸效率。系统可随时修改升降速度加减速时间等工艺参数，使起重机始终处于变频调速处于最佳运行状态，使货物定位准确，确保货物安全。

参考文献

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