PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的探討

劉超

摘 要：PLC設(shè)備在港口設(shè)備的運(yùn)行與控制中扮演著重要的角色，已經(jīng)受到普遍重視。在這種背景下，文章首先探討了PLC在港口設(shè)備中有效應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)而探討了PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安全保障設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC；港口設(shè)備；應(yīng)用；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；安全

引言

在港口設(shè)備運(yùn)行與控制中，自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種設(shè)備具有相互通信及資料交換功能是非常重要的。較早期的通信方式是采用串列傳輸?shù)募軜?gòu)，通過(guò)硬件架構(gòu)、傳輸速率定義及通訊資料格式的定義，即可以輕易完成基本通信規(guī)格設(shè)計(jì)。這樣即可以依據(jù)規(guī)定好的通信規(guī)范，進(jìn)行主控端與客服端設(shè)備的資料獲取及命令下達(dá)工作，并可以將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備控制結(jié)果呈現(xiàn)在互動(dòng)良好的人機(jī)界面上。港口電動(dòng)設(shè)備主要有浮式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、膠帶式輸送機(jī)等，可編程控制器及變頻調(diào)速系統(tǒng)在這些設(shè)備的運(yùn)行與控制中能夠發(fā)揮重要的作用。PLC（programmable logical controller）是一種以微處理機(jī)及儲(chǔ)存卡為控制中心的控制器，其譯名為可編程邏輯控制器，一般人簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器。可編程控制器是當(dāng)下港口設(shè)備運(yùn)行與控制系統(tǒng)的設(shè)備核心。

1 PLC在港口設(shè)備中有效應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)

一是采用嵌入式閘道器。各廠(chǎng)牌的可編程控制器為了開(kāi)發(fā)的便利性都采用自定的通信規(guī)范與上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息及命令交換。由于Modicon最早開(kāi)發(fā)出可編程控制器的設(shè)備，其開(kāi)放式的Modbus通信協(xié)定已經(jīng)成為控制界可編程控制器的常用通信協(xié)定，且為一般監(jiān)控軟件所內(nèi)定支援的協(xié)定。了解Modbus及FX2N的通訊協(xié)定，就可以應(yīng)用嵌入式控制器的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行可編程控制器與Modbus通訊協(xié)定的資料轉(zhuǎn)換功能。嵌入式閘道器同時(shí)扮演2個(gè)工作，對(duì)上位機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)而言，是屬于客服端的被監(jiān)控的設(shè)備。但是對(duì)于下位機(jī)的可編程控制器而言，閘道器顯然是扮演主控端的角色，可以將來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的命令直接下達(dá)給可編程控制器及獲取回應(yīng)字串，然后將有效信息回傳至監(jiān)控系統(tǒng)及在人機(jī)界面上展示。通訊閘道器的設(shè)計(jì)可以整合串列通訊功能達(dá)成一對(duì)一、一對(duì)多與多對(duì)一的控制方式，可以縮短通訊時(shí)間有效提升監(jiān)控系統(tǒng)的整體通訊效率。

二是利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語(yǔ)言。在港口設(shè)備運(yùn)行與控制中，PLC是很通用的硬件平臺(tái)，PLC與感測(cè)元件及受控體有標(biāo)準(zhǔn)界面，并支援標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)匯流排，在工業(yè)界是普遍受歡迎的。但是，若要單獨(dú)規(guī)劃PLC的控制程序時(shí)，必須先把控制順序轉(zhuǎn)化成階梯圖，然后再用PLC專(zhuān)用的程序語(yǔ)言來(lái)規(guī)劃，整個(gè)過(guò)程相當(dāng)?shù)姆睆?fù)，其規(guī)劃的耗時(shí)和高的培訓(xùn)成本，是使用PLC的缺點(diǎn)。利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語(yǔ)言，可以提供至少一組傳統(tǒng)類(lèi)比、順序和可編程化控制系統(tǒng)的功能，及具備與其它元件互相溝通的功能。所以，結(jié)合Fuzzy控制與PLC可以讓使用者能輕易的規(guī)劃各種控制和運(yùn)算的功能。

2 PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件規(guī)劃

系統(tǒng)規(guī)劃是所有程序開(kāi)發(fā)的必要前置動(dòng)作，主要內(nèi)容為確定系統(tǒng)整體動(dòng)作順序流程以及功能，再經(jīng)由程序的開(kāi)發(fā)予以實(shí)現(xiàn)。因此，在系統(tǒng)規(guī)劃階段，應(yīng)依照硬件的配線(xiàn)設(shè)計(jì)圖規(guī)劃PLC程序元件之間的相互連結(jié)，并依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)作的流程規(guī)劃PLC程序的動(dòng)作順序。在系統(tǒng)規(guī)劃階段，除了PLC階梯圖程序以外，使用者界面的構(gòu)思也是該階段的一大重點(diǎn)，使用者界面的好壞，直接影響到使用者對(duì)于系統(tǒng)的操作便利性。因此，開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)針對(duì)使用者所需求，配合PLC程序的構(gòu)造，進(jìn)行使用者界面的相關(guān)設(shè)計(jì)。

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

可使用WinProLadder 階梯圖語(yǔ)言撰寫(xiě)PLC程序，程序構(gòu)思主要分為兩個(gè)部分：系統(tǒng)動(dòng)作順序部分與系統(tǒng)功能部分。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，除了機(jī)器的動(dòng)作外，還需具備使用者在操作上可自行設(shè)定的功能，這些功能均須要通過(guò)參數(shù)的設(shè)定而完成。舉例而言，使用者欲將叉車(chē)的取貨頻率由預(yù)設(shè)的50秒縮減為30秒，則時(shí)間即為設(shè)定的參數(shù)，而階梯圖程序則必須配置儲(chǔ)存器位置儲(chǔ)存這些參數(shù)，再將這些參數(shù)輸出至周邊叉車(chē)，使其根據(jù)參數(shù)內(nèi)容動(dòng)作。因此，暫存器的配置以及暫存器編號(hào)，都須和使用者界面設(shè)計(jì)加以配合，才能正確的讀取輸出參數(shù)，達(dá)到使用者的需求。

2.3 使用者界面設(shè)計(jì)

使用者界面（Human Machine Interface HMI），應(yīng)是一種智能型的觸碰式圖形顯示屏幕，其主要功能是讓使用者在開(kāi)發(fā)后的界面上以圖形式對(duì)話(huà)視窗的操作取代直接面對(duì)程序原始碼修改各項(xiàng)參數(shù)以控制機(jī)器HMI的開(kāi)發(fā)除了畫(huà)片的編輯外，尚需配合PLC階梯圖程序中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)動(dòng)序規(guī)劃、運(yùn)算元、變量相關(guān)設(shè)定，將PLC程序中的各個(gè)元件以圖形式按鈕取代，才能順利與PLC進(jìn)行通訊，完成監(jiān)控的功能。因此，使用者界面的開(kāi)發(fā)大致上可分為三個(gè)步驟：系統(tǒng)規(guī)劃；操作界面開(kāi)發(fā)；系統(tǒng)通訊。

3 PLC在港口設(shè)備中應(yīng)用的安全考量

由于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備功能復(fù)雜、造價(jià)昂貴，一旦運(yùn)作發(fā)生異常，如果無(wú)法即時(shí)偵測(cè)、警示、處理，而引發(fā)問(wèn)題擴(kuò)散、導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)停擺，將造成難以彌補(bǔ)的損失。有鑒于此，應(yīng)當(dāng)嘗試建構(gòu)機(jī)械設(shè)備異常主動(dòng)示警系統(tǒng)。其目的有二，一是即時(shí)警示異常狀態(tài)，以通知工程人員進(jìn)行緊急維修與處理；二是記錄儲(chǔ)存與分析，以提供管理階層進(jìn)行應(yīng)變的參考。整個(gè)示警系統(tǒng)的底層為港口設(shè)備群；中層為示警系統(tǒng)服務(wù)器，可遠(yuǎn)距即時(shí)監(jiān)視各設(shè)備的狀態(tài)；頂層則為接受警示信息的各式裝置。港口設(shè)備的內(nèi)部控制器連接網(wǎng)控器，網(wǎng)控器再經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備控制器的重要運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)傳送至示警系統(tǒng)服務(wù)器，一旦發(fā)生異常情況，示警系統(tǒng)服務(wù)器即按照設(shè)定的處理流程發(fā)出警示信息予特定裝置，并將異常狀態(tài)儲(chǔ)存于資料庫(kù)。在示警系統(tǒng)服務(wù)器的部分，可分為：主程序控制模塊、前置處理模塊、參數(shù)索引模塊、信息執(zhí)行模塊等。前置處理模塊接收設(shè)備異常信息后，再通過(guò)主程序控制模塊依據(jù)設(shè)定的服務(wù)，調(diào)閱參數(shù)索引模塊的相關(guān)參數(shù)設(shè)定，最后通過(guò)信息執(zhí)行模塊進(jìn)行警示信息的發(fā)布?？傮w而言，嘗試構(gòu)建示警系統(tǒng)服務(wù)器，用以監(jiān)測(cè)港口設(shè)備群的異常信息，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，可通過(guò)手機(jī)短信、字幕機(jī)、電子郵件、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)廣播等不同方式，通知相關(guān)人員緊急處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

總體而言，采用PLC技術(shù)，控制門(mén)機(jī)各系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止，明顯提高港口設(shè)備的平穩(wěn)性、可靠性、安全性和裝卸作業(yè)效率，降低能耗及維護(hù)費(fèi)用。具體來(lái)看，一是能夠提高系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)采用一套起升裝置，根據(jù)不同負(fù)荷重量，自動(dòng)控制升降速度，可有效避免超載現(xiàn)象，杜絕事故發(fā)生。二是能夠提高裝卸作業(yè)的穩(wěn)定性和裝卸效率。系統(tǒng)可隨時(shí)修改升降速度加減速時(shí)間等工藝參數(shù)，使起重機(jī)始終處于變頻調(diào)速處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，使貨物定位準(zhǔn)確，確保貨物安全。

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