基于PLC的港口机械自动化控制主电路设计

顾 聪，马会浪

（上海振华重工（集团）股份有限公司南通分公司，江苏 南通 226000）

当前工业生产自动化公认的支柱包括PLC、机器人与CAD/CAM，在这三者之中，PLC由于同时融合了计算机信息处理技术与继电器控制传统技术两种不同类型的技术，因而具有两种技术各自的优势，这就使得PLC的价值被进一步强调，成为三大支柱中最具实用价值的技术。PLC技术在工业自动化领域中的应用多以控制设备的形式呈现，其应用的广泛程度与重要性也获得了相关行业的认可。

1.PLC港口机械自动化的意义

在PLC技术的支持下，港口机械自动化能够有效贯彻以人为本的理念。这一理念的优势首先体现在港口机械的布置上，传统港口机械的布置在一定程度上缺乏应有的合理性，因而在实际作业过程中不时会出现影响港口作业流程的情况，进而对港口整体的工作效率产生一定程度的消极影响。而在PLC支持下，实现自动化的港口机械得以对布置情况进行调节，不仅能够为港口作业腾出更多的空间，也能进一步提升机械本体的运行效率，这就使港口整体的工作效率获得大幅提升。而从人力角度来看，港口机械整体布置的合理性及人性化特征能够有效减少人力监督方面的支出，从而进一步推动港口的自动化运营水平。

另一方面，PLC技术支持下实现自动化的港口机械在很大程度上避免了因人力操作造成的误区，传统港口作业多采用人力控制机械进行，而随着港口吞吐量的日渐提升，港口内部空间复杂情况比之前更甚，进而导致以人的目力进行的信息获取受到很大阻碍，造成一些作业失误情况的出现，给港口作业带来了一定程度的安全隐患[2]。而在PLC技术的支持下，港口空间、货物信息的获取更加精准，自动化控制的机械也能够精确调整作业需求及精度，进而使得港口作业的错误率大幅下降，有效保障了港口作业的安全性与可靠性。

2.PLC港口机械自动化存在的优势与不足

2.1 PLC港口机械自动化控制的优势

PLC港口机械自动化控制的优势首先体现在对传统继电器控制缺陷的有效弥补。传统继电器控制中应用了大量中间继电器与时间继电器，由于继电器整体数量庞大，在应用过程中很容易因为接触点接触不良产生各种类型的故障，且传统继电器控制所应用的技术也较为老旧，需要大量控制电器实现对系统电路的控制，连接过程也具有很高的复杂性与工艺要求，一旦出现更改就需要大量人力与时间进行调整。而在获得PLC技术的支持之后，实现自动化的港口机械从原先的继电器控制转为软件控制，仅仅保留少数硬件用作输入或输出，这样一来接触点的数量大幅减少（相关调查数据显示PLC接线数量仅有传统继电器控制接线数量的1%-10%），进而有效避免了因接触不良造成故障的概率；此外以软件控制为主的PLC技术不再需要大量连接电路的操作，因此也就没有过高的工艺要求，功能上的变动仅仅通过软件即可实现，不再需要为了单次改动大费周章更改连接线路，也就提升了整个港口作业的效率与稳定性[3]。

另一方面，PLC控制加入了一个表达输出状态的发光二极管，这使得工作人员仅仅需要通过观察二极管的状态就可以得知PLC的输出状态，而且PLC整个安装过程加入了事先的模拟测试，通过模拟测试之后再进行实际安装，安装完成之后通过简单了联机测试即可投入使用，因而大幅节省了PLC控制系统的安装时间。PLC自身又具备完备的诊断功能及显示功能，一旦外联部件（外部输入装置或执行装置）在作业过程中发生故障，PLC的二极管与在线编译器就能够有效反馈故障信息，其模块化的设计也使得故障的排除更加便捷，仅需更换故障模块即可[4]。最后，相对港口机械设备而言，PLC载体设备的体积非常小，足以装入港口机械设备中，同时PLC载体设备又具有很强的抗干扰能力，这就使得其能在恶劣环境下保持正常运转，为真正实现机电一体化提供了条件。

2.2 PLC港口机械自动化控制的不足

PLC港口机械自动化控制的不足主要体现在人力层面。在意识到PLC港口机械自动化的优势与价值之后，多个港口已经将其作为未来港口工作的重点发展方向，但一些地区存在急于求成的情况，在执行过程中过于冒进，未能针对PLC相关设备及系统进行充足的测试与分析，而是生硬套用成功应用PLC港口的运营及应用模式。这种做法不仅制约了PLC港口机械自动化控制价值的发挥，还容易造成严重的作业漏洞及规范层面的缺失，为港口的安全作业埋下潜在隐患。而这些港口也未能深入研究PLC机械自动化内部零件的详细搭配及精细化操作内涵，进一步制约了PLC港口机械自动化的应用效果。

3.基于PLC的港口机械自动化控制主电路设计

以PLC为基础实现港口机械自动化控制的前提，是建立起完善的电控系统。当前多数港口中均在大部分机械设备中应用了PLC自动化控制技术，通常情况下PLC港口机械自动化控制的电控系统包括数据输入、系统1、系统2、主轴驱动系统、强点控制电路、速度检测、伺服系统及电气部分几个单元，不同单元之间的构成如下图所示。

图1 电控系统构成图示

在以上结构中，强电控制电路的组成包括了控制电路、继电器、接触器电源及所有的执行电器，而除了这些部件之外，以电磁阀、制动器、各种不同类型的开关以及所有驱动或具备其他功能的电动机共同构成机械设备电器。相比强电控制电路，机械设备电器还为工作人员提供了解机械设备实时运行状态的方法，主要是通过对机械设备电器各组成部分运行状态的观察获得相应信息。

对于整套港口机械设备而言，主电路的主要作用是为了对电动机进行有效控制，这种控制除了体现在对电动机运行及停止的操作之外，还体现在对电动机实际运行状态的检测上。这样一来，电动机在运行过程中因各种原因可能发生的故障就能够被及时发现并处理，进而有效保障了电动机的正常运行，进一步提升了港口机械作业过程的稳定性与安全性。对于整个港口机械系统而言，伺服电动机、辅助机构电动机及电磁阀均属于执行电器，而执行电器在控制要求上具有很高的重要性，因此主电路的设计需要将满足伺服电动机、辅助机构电动机及电磁阀这类执行电器实际运作需求的满足作为重要参考依据与首要实现内容，除此之外，还需要深入研究所有执行电器的启动流程、方向控制、速度调整及运行制动等全部控制内容，且要保证研究的精准性与深入性，以使主电路能够精确控制这些执行电器进行各种类型的详细操作[5]。而在电机上则还需视情况决定是否配置热继电器，配置热继电器的目的是为了在发生电流过载的情况下，使电机得到有效的保护。

电路的设计是PLC港口机械自动化控制的核心，而主电路的设计则是核心中的核心，因此在设计过程中要严苛防守各种疏漏现象的出现，在最大限度上避免主电路设计存在缺陷或失误。如下表1为一般性机械设备PLC主电路的输入及输出情况。

结合表中主电路输出及输入情况可得知，主电路在整个PLC港口机械自动化控制的电路设计中产生了比较大的影响，这也就意味着主电路的设计需大力丰富其内容，并灵活运用电路设计相关知识加入相应的保险措施，进而确保主电路乃至整个电路运行的安全性、可靠性以及可行性均能够得到保障。而从港口工作实际情况的角度来看，主电路设计工作也需充分考虑PLC港口机械自动化控制的要求，以满足其自动化控制需求为根本出发点，确保主电路的设计能够有效推动港口作业效率的提升[6]。此外主电路中加入的安全措施需要考虑到各机械设备的负载能力上限，进而保证即使港口在面对较大工作量时，不会因为过度运行而对系统造成严重破坏。

表1 一般性机械设备PLC主电路

4.结语

我国机械制造业在经历过一段时间的发展之后，现下正面临着明显的发展瓶颈，这种情况的出现在一定程度上是因为大多数老旧机械设备仍处于服役状态。要解决这一问题除了要对老旧机械设备进行更新之外，还需要着眼于现代技术的引入与有效应用，进而提升机械制造业的生产力与生产水平，有效推动社会的发展。