港口设备电气自动化技术的应用与探索

陈琛

（上海电力环保设备总厂有限公司，上海 200444）

在端口终端实现电气自动化，是提升设备运行效率的有效措施，也为港口设备的性能优化带来了保障。港口贸易是我国经济发展的重要推动力，尤其是吞吐量的增加，给港口设备带来的压力也明显增加。加强港口设备中电气自动化技术的运用，是顺应当前贸易发展趋势的有效手段，也是推动其自动化与智能化发展的重要途径。在港口电气自动化系统中应用PLC 逻辑控制器，不仅能够减轻工作人员的工作压力，而且提升了机械设备的运行效率与稳定性，为港口经济的快速发展奠定了坚实基础。港口门式起重机、胶带运输机和集装箱桥式起重机，是港口生产中常见的几种机械设备，它们的运行质量决定着港口的生产效率。电气自动化技术在上述设备中的融合，成为当前设备优化的主要手段。

1 PLC 工作原理

PLC 的工作流程主要包括输入采样、用户程序的执行和输出刷新。在输入采样的过程中，应该首先完成数据的输入，数据的扫描和读取输入由可编程控制器完成，并在I/O 映像区中进行存储。如果输入状态为初始状态，那么应该保障脉冲信号宽度比一个扫描周期大，否则会导致输入数据信息不能读取的问题。在用户的程序执行过程中，PLC 扫描顺序是由上至下，也就是常见的梯形图顺序[1]。逻辑运算以扫描顺序为基础，PLC 对于结果的判断依靠相关运算结果。输出刷新以一定的顺序在输入采样和用户程序执行中进行，能够在电脑中实现刷新数据的存储。

2 PLC 的发展

交流变频化、无线数据通信、数字化调速驱动系统、自动调度管理和自动流程控制等，是港口电气自动化技术的主要类型。连续运输装卸机械和全变频技术，是变频调速技术的发展基础，逐渐在现代化港口贸易中得到广泛应用。近年来，电气自动化技术中的可编程逻辑控制器性能得到了有效提升。在PLC 中，数据的输入和输出以模拟化和数字化方式进行，能够提升机械设备控制的精度，降低工作人员的工作压力，是提升港口生产与贸易效率的基础。PLC 技术不仅功能丰富，而且在操作中也较为便捷，成本投入较低，能获得较大的性价比。由于其自带负荷的特性，因此实现了对设备的驱动，对于实现港口机械设备的自动化与智能化发挥着关键作用。

3 港口设备电气自动化技术的应用

3.1 港口集装箱桥式起重机中的应用

装卸桥电气系统中，可编程逻辑控制器的网络化趋势较为明显，数据交互频率的提升，也对设备性能提出了更高的要求。信息共享系统的组成，离不开电气自动化技术与系统驱动器的完美融合。其中的状态数据、控制指令和给定信号等，能够提升设备关联控制的高效性。在港口集装箱桥式起重机中应用电气自动化技术，能够及时发现驱动器内部故障，并由专业人员制定针对性解决方案，提升设备运行的稳定性，防止出现重大安全事故[2]。将机械设备运行相关参数设置于驱动器内部，能够确保技术输出的稳定性，储存故障历史信息，为故障预防与解决提供保障。与此同时，对于设备相关实际参数的统计，比如制动器累积工作次数、机构运行时间、吊具开闭锁次数和接触器动作次数等，能够帮助工作人员及时获取设备运行状况，保障设备的高效运转。尤其是人机友好交流界面可以由CCMS 提供，对于系统运行状况可以进行实时监控，实现了PLC 数据与系统远程站的信息共享，确保工作人员能够获得全面而可靠的系统网络数据。在此过程中，光缆转换器的运用十分关键，是系统进行精确控制的关键设备之一。

3.2 港口胶带运输机中的应用

港口胶带运输机能够监控港口控制系统的运行状况，是保障港口工作顺利进行的重要设备。尤其是随着PLC 向PCC的发展，以PLC 集中控制系统为基础，实现了工业电视系统与调度电话系统的有效融合，使得监督控制网络性能更加完善。灵活运用PLC 控制系统，是确保胶带输送机稳定运行的关键，可大幅提升运输生产的效率。另一方面，港口胶带运输机的运行故障也会大大降低，确保港口工作的连续性。分布式控制结构应用于全口皮带输送机的电气自动化系统中，实现了现场控制系统与集中控制系统的建立。其中，现场控制系统又包括了控制站、检测装置和现场控制装置；集中控制系统又包括了监控中心、服务器设备、站点密钥和操作员设备[3]。在TCP/IP 协议下，设备由中央控制室进行集中控制，以太网的运用，增强了与现场控制站之间的数据交互效率。如果控制站的通信距离在1 200 m 以外，为了满足数据整合交互的需求，需要在连接以太网的基础上，实现中继器的合理设置。

3.3 港口龙门起重机中的应用

装卸运输货物，是港口工作的重点内容，其装卸效率决定着港口贸易的发展水平。为此，需要利用电气自动化技术，对港口龙门起重机进行优化与升级，促进其运行效率的提升，降低故障发生的概率。旋转机构、起重机构、行走机构和变幅机构，是龙门起重机的主要组成部分。在抓斗操作的过程中，对称的开合机构共同组成提升机构，能够有效保障打开与闭合的效果。与此同时，在龙门起重机的运行过程中，其配套设备的运行状况也是影响其工作效率的关键因素。尤其是随着港口贸易的增加，龙门起重机的操作变得越来越频繁，只有保障接触器、变频器和开关装置等设备的良好性能，才能够满足设备的频繁启停需求[4]。为了利用电气自动化技术对龙门起重机性能进行不断优化，需要以三相异步电动机为基础，对操作机构进行驱动，驱动模式的选择可以根据需求不同，选择单独式和接头类型。在驱动龙门起重机的过程中，电流的合理分配依靠隔离开关装置实现。回路由直流电源控制，PLC 输入可以通过操作主机指令控制器来实现，包括超驰电路、过压电路和互锁电路等。由于直流电源电压值为24.0 V，因此PLC 输出信号也为24.0 V，能够有效驱动小型继电器线圈，促进触点启动相关操作机制的启动。电气自动化技术的运用，是提升龙门起重机劳动强度与运行效率的关键。

3.4 PLC 技术与变频技术的融合

为了促进港口起重机的电气化发展，可以将PLC 技术与变频技术进行结合。以数字化技术为基础，实现变频操作模块的建立，变频控制机械的过程中，还需要实现全数字矢量技术的运用。起重机负载可以由变频技术进行调节，提升软件设计科学性的同时，良好控制变频操作。有效控制矢量，并调节机械设备运行的相关参数。尤其是起重机中PLC 软件的应用，能够有效发挥变频技术的功能，在其负载中加强变频器的使用，可以提升PLC 技术与变频技术的融合效果。比如在某港口门式起重机的应用中，应用G7 变频交流调速系统实现了全数字矢量控制，加上增量式脉冲编码器的运用与PLC 的有效控制，使其运行效率与稳定性得到大大提升[5]。PLC 中有信号输入后，速度的控制由变频器完成，并向运算模块反馈信号。在起升机构上升时，应该严格执行相关命令，使PLC 控制和变频控制状态保持一致。当主控制器频率与输出频率一致时，能够保障接触器良好吸合。减负限位保护、增中副限位保护、风速限位保护和超载联锁保护，是PLC 与变频技术在门式起重机中保护控制的主要形式。以当前起重机的运行状况为依据，采用不同的保护形式，确保机械设备的良好运行。

4 结语

科学技术的不断发展，是提升港口贸易水平的关键，尤其是电气自动化技术的运用，使港口设备的性能得到了有效提升。加强电气自动化技术在港口门式起重机、胶带运输机和集装箱桥式起重机中的应用，并实现与变频技术的有效融合，能够实现对机械设备的有效控制，增强生产效率，降低故障发生的概率。