港口货物装卸自动线的PLC控制

　　【摘要】：PLC控制是一种新型工业控制装置，其性能优越,特点突出，已经广泛的应用到工业自动化领域。本文简要分析了PLC控制技术的在港口货物装卸自动线上的应用，以供大家参考学习之用。
　　【关键词】：PLC控制；工业控制术；工业自动化
　　
　　1、前言
　　随着科学技术的发展、特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器（PLC），它不仅可以取代传统的继电接触器系统还可以进行复杂的过程控制。PLC是一种集计算机技术、自动控制技术与通信技术为一体的数字运算操作的电子系统。PLC的开发初衷就是专门针对工业环境，逐步实现从单台设备的控制到整个工厂流程自动化的发展要求。随着软、硬件的设计与开发，使编程过程简单化从而使PLC的控制更为灵活，并具有高度的可靠性与抗干扰能力等优点。PLC的功能也有了本质的变化，从最初简单的逻辑控制、顺序控制，逐步进化到复杂的连续控制和过程控制领域，这一系列的演变过程代表了工业自动化程度的不断提高，象征着现代工业的腾飞和进步。
　　2、PLC控制技术特点
　　根据作者多年的实践经验，认为PLC控制技术主要具有如下几个方面的特点：第一，接口模块丰富，PLC针对不同的工业现场信号会有相应的I/O模块、器件或设备，第二，易于安装，操作简单，改造容易，由于PLC模块体积小、重量轻，都是即插即用型，连接十分容易，建设一个PLC控制系统周期并不长。而且PLC的用户界面简单明了，给使用者带来了极大地方便。第三，可靠性高、抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC所采用现代大规模集成电路技术，经过了严格的生产工艺制造，各模块也都采用了屏蔽措施以防止辐射干扰，具有很高的可靠性。第四，配套齐全，功能完善，适应性强。现今PLC已形成各种规模的系列化产品，可用于各种规模的工业控制场合。
　　2、PLC的控制策
　　PLC的控制方式主要包括顺序控制、信息控制、过程控制、远程控制、运动控制和模拟量控制等。下面分别介绍各种控制方式：第一，顺序控制，随着技术的进步，顺序控制也不再是传统的继电器触点式控制模式了，而是通过PLC触点的状态信息来实现。第二，信息控制，信息控制实现的是数据处理的功能，通过对信息的采集、处理、存储与传输，实现信息控制的目的，并兼具数据分析能力。第三，过程控制，过程控制是对针对模拟量的工作过程，是通过对连续变化的电流、电压、温度、压力等模拟量的当前与历史输入状况的分析，产生用户要求的开关量，使系统工作参数能够按一定要求工作。第四，远程控制，远程控制利用PLC的通信接口与联网模块的通信功能，可以实现PLC的远程控制。控制方式主要有PLC与PLC控制网的远程互连控制，PLC与智能终端的互连来实现的远程控制，还有PLC与计算机终端、以太网的连接控制方式等等。第五，运动控制，机械的运动特性，为PLC的控制提出了新的要求，控制对象的直线运动或者圆周运动等情况下，PLC可以利用对脉冲量的控制来实现机械的运动控制。脉冲控制的位移量很小，因此，PLC运动控制的精确度也很高。第六，模拟量控制，在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器能处理模拟量信号，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，用于模拟量控制。
　　3、PLC在港口货物装卸自动线上的应用
　　港口货物自动装卸系统由皮带输送系统、给料机构等基本设备组成，利用控制设备、通讯模块，打滑、速度、跑偏、料位等保护装置，达到港口货物装卸自动系统的集中控制与监测。
　　本文以S7-200系列PLC为例来说明其在港口货物装卸自动线上的应用。控制要求如下:系统运行后货物由容器口流出，然后通过皮带传输到货车上，到货车上的货物达到设定值的95%后，经过一定的延时关闭容器口，通过阀门控制器来控制出货的速度，并控制自动线上的货物的数量，当货车装满货物之前，出货口关闭，当自动线上的货物全部被装上车后，货车发出离开的信号，当此时发出货车离开的信号，经过一定的延时，当下一辆空车到达装卸位置，此时货物开始流出，整个过程要求自动循环进行。一套完整的控制系统要多台PLC组成，来达到实时的数据控制。完成系统内港口货物自动线的监测、与控制，构成完整的一套港口货物装卸自动线的PLC控制。
　　本系统中通过PID运算来计算出自动线上货物的数量和重量
　　PID闭环系统的控制系统：
　　
　　图3-1闭环控制系统框图
　　闭环控制系统的结构比较简单，容易实现自动化，所以应用很广泛。
　　PID闭环控制系统不需要被控对象的数学模型，本论文中的港口装卸自动线具有非线性和时变性，因此很难建立准确的数学模型，对于这一问题，利用PID算法可以很好的解决。
　　3.1对控制要求的分析
　　明确系统的控制要求及对控制要求的分析理解是PIE系统硬件和软件设计的基础．本控制要求按顺序控制可归纳为：首先当空货车到达指定位置时，司机将信息射频卡在读卡器上掠过，读卡器读卡上的信息(车号，荷载重量，货车主要装的货物类型等)，和判断卡的有效性。此时就知道不同规格的货车的荷载重量，利用压力传感器可以实时的知道货车重量和此时装货物的重量之和。通过PID控制器进行控制，下达系统起动指令后，传送带电动机运转；传送带运转且装货车达规定装料位置后，PLC控制出货物口打开，货物经传送带装入货车；通过PID运算来计算出自动线上货物的数量和重量，货车在所装物料重量达设定值的95%就关闭容器口的阀门）。由PLC控制关闭出货口；关闭出货口1Os后(待传送皮带上的剩余货物全部被装入货车)发出货车放行信号；当下一辆空货车到达规定位置后再重复上一辆货车的操作，当下辆空货车因故在20s内不能到达规定装料位置，传送带自动停止运行。
　　3.2PLC的配置：
　　根据控制要求确定PLC输入I/O接点的类型和数量。系统中应该包含：起动按钮系统；停车按钮；货车到达规定装货位置状态信号；货物出口关闭状态信号，货物出口打开状态信号；重量开关信号，还需要使用两个定时器。
　　3.3 I/O分配表
　　DI 功能 DO 功能
　　I0.0 启动按钮 Q0.0 系统工作指示
　　I0.1 停车按钮 Q0.1 传送带电动机运转控制信号
　　I0.2 料车到达规定装料位置 Q0.2 料口阀门打开控制信号
　　I0.3 重量开关信号 Q0.3 料口阀门关闭控制信号
　　I0.4 料口阀门关闭状态信号 Q0.4 装料车放行控制信号
　　I0.5 料口阀门打开状态信号  
　　3.4PLC的梯形图程序如下：
　　
　　(1)当输入启动指令时，输出继电器得电，给出系统运行的指令，并且皮带开始运行，并且要闭锁。
　　(2)当皮带已经运行，货车在装货的位置且为空车，出货口处于关闭状态。然后出货口开启，当货车重量到额定载重的95%时，出货口关闭
　　（3）当货车已经装满，并且出货口已经关闭时，经过一段的延时，下一辆空车到位。若下一辆空车未到达，则切断系统运行指示和皮带的运行。
　　把以上程序输入PLC并调试，当调试满足要求是，就可以确定成最终的程序，到此完成PLC的设计。
　　4、结尾
　　PLC具有广泛的通用性、使用方便、可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、易于编程等特点．现在广泛应用于各行各业，用来实现工业生产过程的自动控制．
　　随着PLC产品的发展，其应用范围越来越广．随着我国微电子技术的迅速发展，PLC将会在冶金、矿山、造纸等旧电气设备的改造和新型设备的自动控制中得到日益广泛的应用，现代PLC控制技术将向体积更小、功能更强、价格更低、速度更快的微小型方向发展，同时也会朝着大型网络化、兼容性好、功能全及可靠性高的方向发展。在网络信息技术高速发展的时代，PLC控制技术也将逐步得到优化，也必并且发挥越来越大的作用。
　　【参考文献】
　　[1]《S7系列PLC与变频器》刘瑞华等，中国电力出版社
　　[2]《电气控制技术与PLC》邓志良等，东南大学出版社
　　[3]《PLC基础及应用》廖常初等，机械工业出版社
　　[4]《现代电气控制及PLC应用技术》王永华等，北京航空航天大学出版社

《港口货物装卸自动线的PLC控制》

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