劉超

摘 要：PLC設備在港口設備的運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在港口設備中有效應用的出發(fā)點，進而探討了PLC在港口設備中應用的系統(tǒng)設計與安全保障設計。

關鍵詞：PLC；港口設備；應用；系統(tǒng)設計；安全

引言

在港口設備運行與控制中，自動控制系統(tǒng)的各種設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)募軜嫞ㄟ^硬件架構、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)格設計。這樣即可以依據(jù)規(guī)定好的通信規(guī)范，進行主控端與客服端設備的資料獲取及命令下達工作，并可以將監(jiān)控系統(tǒng)的設備控制結果呈現(xiàn)在互動良好的人機界面上。港口電動設備主要有浮式起重機、門式起重機、橋式起重機、膠帶式輸送機等，可編程控制器及變頻調(diào)速系統(tǒng)在這些設備的運行與控制中能夠發(fā)揮重要的作用。PLC（programmable logical controller）是一種以微處理機及儲存卡為控制中心的控制器，其譯名為可編程邏輯控制器，一般人簡稱可編程控制器?？删幊炭刂破魇钱斚赂劭谠O備運行與控制系統(tǒng)的設備核心。

1 PLC在港口設備中有效應用的出發(fā)點

一是采用嵌入式閘道器。各廠牌的可編程控制器為了開發(fā)的便利性都采用自定的通信規(guī)范與上位機的監(jiān)控系統(tǒng)進行信息及命令交換。由于Modicon最早開發(fā)出可編程控制器的設備，其開放式的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，就可以應用嵌入式控制器的設計方式進行可編程控制器與Modbus通訊協(xié)定的資料轉換功能。嵌入式閘道器同時扮演2個工作，對上位機的監(jiān)控系統(tǒng)而言，是屬于客服端的被監(jiān)控的設備。但是對于下位機的可編程控制器而言，閘道器顯然是扮演主控端的角色，可以將來自監(jiān)控系統(tǒng)的命令直接下達給可編程控制器及獲取回應字串，然后將有效信息回傳至監(jiān)控系統(tǒng)及在人機界面上展示。通訊閘道器的設計可以整合串列通訊功能達成一對一、一對多與多對一的控制方式，可以縮短通訊時間有效提升監(jiān)控系統(tǒng)的整體通訊效率。

二是利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語言。在港口設備運行與控制中，PLC是很通用的硬件平臺，PLC與感測元件及受控體有標準界面，并支援標準的現(xiàn)場匯流排，在工業(yè)界是普遍受歡迎的。但是，若要單獨規(guī)劃PLC的控制程序時，必須先把控制順序轉化成階梯圖，然后再用PLC專用的程序語言來規(guī)劃，整個過程相當?shù)姆睆?，其?guī)劃的耗時和高的培訓成本，是使用PLC的缺點。利用Fuzzy控制器的規(guī)劃語言，可以提供至少一組傳統(tǒng)類比、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)劃各種控制和運算的功能。

2 PLC在港口設備中應用的系統(tǒng)設計

2.1 軟件規(guī)劃

系統(tǒng)規(guī)劃是所有程序開發(fā)的必要前置動作，主要內(nèi)容為確定系統(tǒng)整體動作順序流程以及功能，再經(jīng)由程序的開發(fā)予以實現(xiàn)。因此，在系統(tǒng)規(guī)劃階段，應依照硬件的配線設計圖規(guī)劃PLC程序元件之間的相互連結，并依據(jù)系統(tǒng)動作的流程規(guī)劃PLC程序的動作順序。在系統(tǒng)規(guī)劃階段，除了PLC階梯圖程序以外，使用者界面的構思也是該階段的一大重點，使用者界面的好壞，直接影響到使用者對于系統(tǒng)的操作便利性。因此，開發(fā)時應針對使用者所需求，配合PLC程序的構造，進行使用者界面的相關設計。

2.2 PLC程序設計

可使用WinProLadder 階梯圖語言撰寫PLC程序，程序構思主要分為兩個部分：系統(tǒng)動作順序部分與系統(tǒng)功能部分。系統(tǒng)開發(fā)時，除了機器的動作外，還需具備使用者在操作上可自行設定的功能，這些功能均須要通過參數(shù)的設定而完成。舉例而言，使用者欲將叉車的取貨頻率由預設的50秒縮減為30秒，則時間即為設定的參數(shù)，而階梯圖程序則必須配置儲存器位置儲存這些參數(shù)，再將這些參數(shù)輸出至周邊叉車，使其根據(jù)參數(shù)內(nèi)容動作。因此，暫存器的配置以及暫存器編號，都須和使用者界面設計加以配合，才能正確的讀取輸出參數(shù)，達到使用者的需求。

2.3 使用者界面設計

使用者界面（Human Machine Interface HMI），應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發(fā)后的界面上以圖形式對話視窗的操作取代直接面對程序原始碼修改各項參數(shù)以控制機器HMI的開發(fā)除了畫片的編輯外，尚需配合PLC階梯圖程序中所設計的系統(tǒng)動序規(guī)劃、運算元、變量相關設定，將PLC程序中的各個元件以圖形式按鈕取代，才能順利與PLC進行通訊，完成監(jiān)控的功能。因此，使用者界面的開發(fā)大致上可分為三個步驟：系統(tǒng)規(guī)劃；操作界面開發(fā)；系統(tǒng)通訊。

3 PLC在港口設備中應用的安全考量

由于自動化機械設備功能復雜、造價昂貴，一旦運作發(fā)生異常，如果無法即時偵測、警示、處理，而引發(fā)問題擴散、導致設備運轉停擺，將造成難以彌補的損失。有鑒于此，應當嘗試建構機械設備異常主動示警系統(tǒng)。其目的有二，一是即時警示異常狀態(tài)，以通知工程人員進行緊急維修與處理；二是記錄儲存與分析，以提供管理階層進行應變的參考。整個示警系統(tǒng)的底層為港口設備群；中層為示警系統(tǒng)服務器，可遠距即時監(jiān)視各設備的狀態(tài)；頂層則為接受警示信息的各式裝置。港口設備的內(nèi)部控制器連接網(wǎng)控器，網(wǎng)控器再經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)絡將設備控制器的重要運轉狀態(tài)傳送至示警系統(tǒng)服務器，一旦發(fā)生異常情況，示警系統(tǒng)服務器即按照設定的處理流程發(fā)出警示信息予特定裝置，并將異常狀態(tài)儲存于資料庫。在示警系統(tǒng)服務器的部分，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備異常信息后，再通過主程序控制模塊依據(jù)設定的服務，調(diào)閱參數(shù)索引模塊的相關參數(shù)設定，最后通過信息執(zhí)行模塊進行警示信息的發(fā)布。總體而言，嘗試構建示警系統(tǒng)服務器，用以監(jiān)測港口設備群的異常信息，當設備發(fā)生異常時，可通過手機短信、字幕機、電子郵件、區(qū)域網(wǎng)絡廣播等不同方式，通知相關人員緊急處理。

4 結束語

總體而言，采用PLC技術，控制門機各系統(tǒng)的啟動、運行、停止，明顯提高港口設備的平穩(wěn)性、可靠性、安全性和裝卸作業(yè)效率，降低能耗及維護費用。具體來看，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)不同負荷重量，自動控制升降速度，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)可隨時修改升降速度加減速時間等工藝參數(shù)，使起重機始終處于變頻調(diào)速處于最佳運行狀態(tài)，使貨物定位準確，確保貨物安全。

參考文獻

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