PLC的发展与港口电气自动化

PLC是可编程逻辑控制器的英文缩写，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或者生产过程。PLC在港口中有极大的运用空间，比如在港口固定、流动机械的控制方面的运用、在港口胶带运输机集控系统中的应用、在港口洒水除尘系统中的应用等等，PLC的发展极大的促进了港口电气自动化，减轻了劳动强度，提高了劳动生产率，本文以下内容，根据笔者多年的实践经验，简要分析了PLC的发展与港口电气自动化，仅供参考。

2、PLC概述

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成主要有电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路等，另外还包括一些功能模块和通信模块。可编程逻辑控制器从一产生就表现出了极大的优越性和生命力，其优点主要表现在如下几个方面：第一，使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案却不用拆动硬件。第二，能适应各种恶劣的运行环境，可靠性强、抗干扰能力强，远高于其他各种机型。第三，系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制，并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

3、PLC在港口机械电气化的应用历史

对于我国工业来说，PLC已被广泛的应用到了各个行业，在港口机械电气化领域的应用也很广泛，根据笔者多年的实践经验，并借鉴其它资料，下面简要介绍下PLC在我国港口机械电气化的应用历史：1984年上海港煤炭装卸运输公司的煤堆场自动喷水防尘PLC自动控制系统，采用了MODICON公司的M84机，改善了作业环境，节约了用水量并提高了工作效率。另外还有上海港民生装卸公司4万吨级散粮仓自动控制系统，采用了MODICON公司的584A-450PLC，提高了筒仓自动化程度、可靠性和安全性;1989年上海新华装卸公司散化肥装卸自动控制生产线，采用了MODICON公司的M84PLC，大大改善了散化肥装卸作业环境，提高了劳动生产率;实践证明，由于PLC技术在港口自动控制系统中的应用，大大提高了劳动生产率，获得显著的社会效益和经济效益，随着信息自动化技术和网络技术的发展，PLC技术为港口设备实现远程自动控制提供了有力支撑。2001年11月，秦港七公司在基本掌握无线网产品的技术特点后，与北京新达网联公司合作，对堆料机、取料机和装船机等10台移动单机，两个变电站及中央控制室进行全面改造，建成了一个无线通信网络系统，与原光缆通信以太网系统并存，大大降低了通信故障对生产、设备的制约，同时节约了昂贵的光滑环备件采购成本。2008年，青岛港对现有的门机PLC电控系统进行了优化设计，并合理利用原起重力矩限制器硬件，实现了PLC主控程序与起重力矩限制器程序的同步开发，优化了门机散货装卸作业自动控制功能，实现了PLC控制功能与自动计量功能、数据统计分析功能的集成。近年来，天津港焦炭泊位采用先进的、全过程的喷淋设施和干式除尘系统可有效控制粉尘污染，保护环境。

PLC的发展必将促进港口电气自动化的进一步发展，下面将根据几个实例简要介绍下PLC在港口电气自动化中的具体应用，以体现PLC的发展与港口电气自动化密切的关系。

4、PLC在港口门机中的应用

门座起重机是我港口码头前沿的主要装卸机械,一般由行走、变幅、旋转和起升四大机构组成。如有抓斗作业,则起升机构由支持和开闭这两套对称的机构组成,以完成抓斗的开合。门座起重机的工艺特点决定对其配套的电气设备的要求：操作频繁 ,要求电动机、变压器、开关、接触器等设备适应其要求;露天作业,受灰尘、气候影响,工作环境恶劣;三维作业随机性大,要求控制系统有多重完善的保护功能,故障诊断与显示报警功能。

门座起重机的各大机构分别由三相交流绕线式异步电动机驱动,可以联合驱动,也可单独驱动,其主要原理为:电源从码头电网,首先经过电缆卷筒滑环,再经中心滑环,到机房配电柜的自动空气断路器上,再由隔离开关分别送到各运行机构。控制回路由直流24V电源接入，司机操作主令控制器控制PLC的输入端口，输入端口还外接过流、过压、超限、联锁、保护等电路，当这些外围输入信号处于正常的工作状态时，PLC输出24V直流信号，驱动小型继电器的线圈，再由小型继电器驱动接触器线圈，完成各种启动。PLC与门机的组合，极大的降低了劳动强度，提高了劳动效率。
门式起重机控制系统结构图

图1 门式起重机控制系统结构图

5、PLC在港口胶带运输机集控系统中的应用

港口胶带运输机集中监视控制系统的安全可靠性将直接影响到港口的经济效益。为此，实现系统的综合保护和集中监控，是十分必要的。随着科技的不断发展，目前的PLC已经发展到了PCC阶段，其是以PLC为核心的集控系统与调度电话系统、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控。该系统的实施，提高了港口货物输送的生产效率，降低了设备事故率并缩短了故障处理时间，还精简了现场操作人员，提高了港口的整体经济效益。

5.1、该集控系统的控制结构

该集控系统采用分布式控制结构，由现场控制(主要含多个控制站及现场控制/检测设备)和集中控制(主要含服务器、操作员站、工程师站、监控中心和监视屏)两大部分构成。集中控制部分设于中央控制室,它与现场控制站之间的数据通讯采用以太网(TCP/IP协议)，集中控制与综合操作台的监控上位机之间同样也通过以太网(TCP/IP)实现数据通讯;现场主控制站与各控制分站之间采用工业以太网实现数据通讯;现场控制站与传感器之间通过现场总线进行连接(采用Modbus以及自由口通讯协议);现场控制部分承担对现场设备的控制和数据采集任务。该系统的通讯网络主要采用工业以太网，在通讯距离长于1200米的两个控制站之间必须加装中继器，在胶带机端头设置现场控制站。通过监控网络，可对整个系统的设备进行监视和集中控制。其系统结构如图2所示。
港口胶带运输机控制和监视系统结构图

图2 港口胶带运输机控制和监视系统结构图

5.2、该集控系统的特点

该系统采用实时监控网络结构，具备有完善的生产监控管理功能，对胶带运输主要环节及相关辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示、记录打印，对胶带运输系统进行远程集中监控，同时配合工业电视系统实现安全图像监视，以确保人员及设备的安全。监控系统实施后，操作员可以在中控室操作员站上监视和控制胶带运输机的生产过程，完成对皮带运输机生产及相关环节的“遥测、遥信和遥控”，实现散货皮带运输生产系统的综合自动化。该系统的主要功能及特点主要表现在如下几个方面：第一，实时运行参数监测。各监控系统实时采集生产工况与工艺参数，采用图形、报表的形式来显示系统的实时工况及目前产量、仓储等。第二，实时过程控制。分析采集的参数，各系统自动完成过程控制，或由操作员手动操作控制。第三，历史数据查询。以上实时生产监测数据均可存贮于服务器中的生产数据历史数据库中，可实现历史数据重显、历史趋势曲线分析，以及通过直方图、饼图等进行综合分析。第四，设备故障及模拟量超限报警。当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警、实时打印故障等功能。将该故障信息存入服务器中的故障信息数据库，供以后离线统计分析用。第五，减少布线成本。由于大量采用远距离通讯网络，大大减少了电缆用量，降低了布线成本，节约了费用。控制器和网络的可靠性高，维护工作量小，运行费用低，系统扩展也十分方便，可随时增加节点，并通过网络在中控室在线修改程序。

6、PLC在港口除尘方面的应用

对于储存和输出煤炭的港口，其堆积在港口煤堆场上的煤炭随风扬尘造成了环境污染，一般的治理方法是采用高压喷枪定时对煤堆场进行洒水，这样既可以防止煤尘的飞扬又可在夏季的时候降低煤堆中间的温防止煤炭自燃，随着科技的发展，目前在很多港口已经普及运用了PLC系统对港口洒水除尘进行控制，不但降低了劳动强度，也有利于对洒水进行及时的控制。

该PLC系统可以采用分布式I/O结构，通过现场总线连接，现场电控箱采用施耐德I/O模块。监控上位机主要设置的画面有：操作画面，实现各个监控功能，完成到各个画面间的切换;堆场设备工作状态画面，可以有效地监控PLC系统的运行状态;泵房设备工作状态画面，可以监控泵房内水泵的工作状态，系统压力，流量状态，水池水位状态，及时对各种状况进行处理。该系统安全方便、稳定可靠、自动化程度高，可以确保港口生产的顺利进行，有效的改善了煤场除尘，对环境保护起到了应有的作用。

7、结尾

随着经济的飞速发展和科技的不断进步，PLC必将会朝前发展并在港口中得到更广泛的应用。作为一名技术人员，应该在实践中不断学习，并注重借鉴国内外先进的经验，不断提高自身的专业素养和综合素质，为港口电气自动化的发展做出应有的贡献。

【参考文献】

[1]《现代港口电气自动化工程技术手册》黎明森等，人民交通出版社

[2] 《港口供电及自动化系统》王伟等，大连海事大学出版社

[3] 《可编程序控制器原理及应用技巧》薛迎成等，机械工业出版社

[4] 《信息自动化应用》李磊等，机械工业出版社