卸船机PLC及变频技术应用探讨

王银峰 尹国武

摘要：卸船机在港口运营中发挥着重要作用，是不可或缺的设备之一。对港口卸船机智能化和降低能耗等方面提出符合国情的要求，随着现代化科学技术的进步，尤其是信息技术的飞速发展，为了使卸船机更好的满足不同用户的需求提供了很多的便利。使用P LC和变频技术可以更精确地控制卸载机的运行工况，提高卸船机的工作效率，减少卸船机的能量损失，从而提高港口作业的经济效益。

关键词：卸船机；PLC；变频技术

随着电子信息技术的飞速发展，PLC控制技术不再局限于逻辑控制范围，作为一种成熟稳定可靠的控制设备，PLC控制系统占据了现代工业用途的92%左右的份额。在工业生产过程中，它具有体积小，使用灵活，可靠性高，抗干扰能力强，功耗低等优点。由于卸船机PLC和变频控制系统功能强大，得到了广大用户的一致好评。变频器用于实现起重机电机的速度控制操作，结合PLC的强大功能和可靠性，以及基于组态软件开发的良好的人机界面和强大的通信能力。因此，PLC变频控制技术已广泛应用于卸船机。

一、PLC 概述

PLC控制设备是集通信技术，编程技术和智能技术于一体的工业设备。刚开始只有开关量的逻辑控制，最先在汽车制造业得到应用。由于现代信息技术的飞速发展，现在PLC变频控制技术已广泛应用于卸船机，挖泥船等设备上。PLC由三个主要部分组成，即输入部分，逻辑控制部分和输出部分。当PLC运行时，其内部PLC程序預先存储，以通过远程I / O和共址链接执行每条指令。现场数据由上位机收集处理，形成具有一定实时性能的监控系统，具有运行可靠，编程简单，安装灵活，性价比高的特点。PLC基于原始继电器控制的原理，早期的PLC由开关逻辑控制。使用前，在程序模式下将所需的生产要求写入PLC存储器，然后根据PLC中程序的要求输入相应的数据。

二、PLC 控制的基本原理

当 PLC控制变频技术时，继电器由分布式布置模块控制，以避免不同继电器之间的相互干扰，用于逻辑控制的并行模式，定时器采用最先进的集成电路，可以减少工作条件对定时器的影响，控制要求大大提高，PLC控制技术具有很强的抗干扰能力，有利于现场的同步施工和设计。由于控制技术和变频技术普遍的应用，使用频率的变化，来控制速度的变化，使位能负载变为可能。首先，变频技术广泛应用于三相异步电动机，改变电动机的速度，提高工作效率。其次，变频器的使用可以实现势能和动能转换为电能并反馈到电网，从而达到节能的目的，保证工作状态的正常运行。变频调速可分为两部分：逆变电路和整流电路。它主要用于整流工业变频的外部电源，为逆变电路和控制电路提供直流电源。逆变器电路由六个半导体开关元件通过三相桥式逆变器电路组成，并定期控制主开关元件的接通和断开，以获得任何频率的三相交流电输出。其主要功能是在控制电路的控制下将直流电转换为可调频率和电压的交流电源。

三、PLC变频技术的保护功能

卸船机PLC首先接受外部开关信号的输入，判断当前系统状态是否正常，然后输出信号控制接触器和继电器等组件，以完成对应的控制任务。同时，在计算机主机的控制下，PLC还需要定期收集和采样设备的各种信号。模块化设计概念用于完成软件设计。采集模块，通信模块，处理模块，报警模块等PLC变频技术可以实现卸船机的以下几个方面的保护：

1、开关机构的安全保护。由于卸船机的高功率，在硬启动开始时，在卸船机的回路中产生大的瞬时电流，尤其是在开关的位置。当瞬时电流超过规定电流时，会发生各种各样的故障，严重的会导致电气设备和电缆的损坏。PLC变频控制可有效控制电气设备的频率，进而控制其电流，防止开关柜切换过程中发生过流和欠压等故障；

2、过载的保护。卸船机的起升机构里安装了重量传感器，变频器会通过重量传感器自动检测的每一次的卸载量，如果载荷超过了规定的数值时，变频器会通过CMS显示过载故障，起升不能再继续工作了，必须把卸载量减少才可以继续工作，因此利用 PLC变频技术能够对卸船机卸料载荷进行有效控制，各个机构得到有效保护，延长卸船机的使用寿命；

3、俯仰机构的保护。俯仰机构里安装了停止限位和极限限位，当俯仰机构运行到停止位置时，停止限位起作用，变频器会通过CMS显示已经到停止位置，俯仰不能再继续运行，如果停止限位不起作用，俯仰机构会碰到极限限位，同样俯仰不能继续运行，极限限位是第二重保护。因此，利用变频技术可以对各个机构进行有效的保护，避免出现重大事故。

4、电机检测和保护。PLC控制技术在电机与机构之间的接口处安装了编码器和凸轮限位保护装置。编码器会自动检测电机速度，当速度的数据超过规定的数值，变频器会通过CMS显示电机超速故障，电机就不会再工作，这就是超速保护功能。电机的减速箱上安装凸轮限位，当卸船机的起升高度达到凸轮限位里设置的参数时，变频器里会通过CMS显示凸轮限位的起升停止限位已经动作，电机不能使起升再上升了。因此编码器和凸轮限位有效保护了电机的安全性和稳定性。

四，卸船机的应用故障排除

1、工作概述。在卸船机的 PLC控制系统中，故障检测功能是其实现智能化的重要标志，这意味着卸船机不仅可以满足生产的自动化，还能实现自我的监控、诊断、反馈等功能。PLC故障检测系统主要包括以下两个功能。首先，自诊断意味着当PLC上电时，控制系统会自动检测系统的软件和硬件。如果硬件损坏或软件程序丢失，PLC将丢失，PLC计算机的主机将在显示屏或CMS上发出警报。这允许工作人员及早发现故障并处理故障以避免造成更大的损失。第二种是控制诊断，这意味着卸船机的PLC可以在正常工作过程中诊断系统的外部组件。同时，还可以对系统的输入和输入参数采取一定的监控措施，以便在卸船机运行期间外部部件损坏时，或者程序的参数不符合要求，PLC计算机会发出故障报警，甚至卸船机停止工作，然后允许专业人员进行维护，避免出现更大的质量问题。

2、硬件组成。卸船机PLC控制系统包含很多内容，故障检测系统是其控制系统的重要组成部分之一。其功能主要体现在PLC卸载的卸船机电脑主机和CMS上。主要硬件组件包括电源，信息传输系统和CPU系统。为了确保故障检测系统的可靠性，还需要配置相应的计算机主机。在系统的每个PLC分支中，硬件不仅包括电源模块和通信模块，还包括基本控制模块，例如数字输入和输出模块以及模拟输入模块。

3、故障点的信号检测和预处理。卸船机PLC控制系统本身具有故障检测功能。对于模拟信号，例如电机电压的故障检测，首先使用模拟模块系统接收来自电压变送器的模拟信号。然后将其转变为数字信号，最后与参数值或系统设置的最大值进行比较，如果它在正常范围内，则意味着相应的卸船机的相应机构处于正常操作中。假如实际值超过了最大值，则说明卸船机的设备处于不好的状态。判断故障发生与否依靠PLC控制系统设置的要求的参数值与设备出现的实际值是否一致。

采用PLC进行变频控制，可以大大提高卸船机的工作效率，降低能耗。变频技术的使用可以有效地减少货物卸载过程中各种冲击对机械的影响，并根据货物的大小和重量进行相应调整，从而有效地保护了卸船机的各种机构的设备。

参考文献

[1]王兆义，小型可编程控制器实用技术[M]. 北京：机械工业业出版社，2015.

[2]李玮，孟伟.基于港口散料物流自动化[J]. 可编程控制器与工厂自动化，2015.

（作者单位：上海振华重工港机通用装备有限公司）