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1、基于PLC控制的自动卸船机系统摘要在我国，早期的大型港口多为综合性质，装卸货物的种类繁多，码头仓储堆场能力比较落后，用于装卸的机械设备设施也老化严重。各类大型专业深水码头的缺乏使得在专业货物尤其是散货的卸载上一直面临瓶颈。本论文详细介绍了各类装卸机械及设备设施，通过对可编程控制器(PLC)及工业控制网络的介绍，将码头的各个控制子系统相连，使整个码头的各类系统做到分散控制和集中管理。PLC控制的自动卸船机系统通过计算机辅助生产管理来提高管理人员的运营能力，以此达到提高生产效率，增加经济效益的目标。关键词：PLC；自动卸船机系统；设计目录绪论11 自动卸船机的相关概述12 PLC和工业以太网控制网
2、络22.1 可编程控制器（PLC）22.2 工业以太网23 自动卸船系统的设计与应用33.1 控制系统的设计33.2 控制系统的工艺流程33.3 控制系统功能的实现44 自动卸船机系统的调试54.1 现场装置的调试54.2 PLC系统调试54.3 系统联合调试6结语7致谢8参考文献9附录10绪论随着工业自动控制和工业信息化技术的迅猛发展，人们的生产、生活发生了翻天覆地的变化。工业自动控制技术是一种运用相关专业控制知识、检测元件、主体运行设备、计算机、工业传输网络和其它相关信息技术，在实际生产过程中实现全自动检测、控制、运行、监测并为生产决策提供基础数据，从而满足生产高效率和生产零事故等目的，其
3、主要组成包括软件、硬件和系统三大部分。在不断地引进、消化和吸收国外先进技术过程中，也进行了具有自主知识产权的二次开发和应用，目前相关技术和整体自动化控制领域都有了很大的发展。但是，随着计算机网络的迅猛发展，控制系统的智能化和网络化己成为自动卸船机领域的主要研究方向。工业自动化控制根据控制方式区分，可以分为如下几个层次，依次是基础控制自动化、过程控制自动化和管理控制自动化，实际工业控制领域基础自动化和过程自动化为主。传统自动化系统的基础基本由PLC和集散控制系统DCS实现，而过程自动化和管理自动化则由是由PC-based的工业计算机(简称工业PC)来实现。1969年，美国数字设备公司研制出第一台
4、工业PLC控制设备，并于同年在美国通用公司的自动装配线上成功试用。这种新型的工业控制装置由于其具有原理简单易懂、实际操作方便、系统可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等优点，很快在整个工业领域得到了推广应用。最初的PLC控制系统只是简单的“0或者1”的开关量逻辑控制，随着工业控制理论的高速发展和PLC控制技术的不断进步，其应用领域也不断地扩大。目前广泛应用的模拟量到数字量转换(A/D或D/A)的控制是从最初的简单的“0或者1”的开关量逻辑控制发展而来的，他可以实现对数据的采集与和存储，也可对整个控制系统进行监控，工业控制实现跨区域的远程控制与管理是通过工业总线或无线网络进行联网和通讯。PLC
5、控制系统运用在石油化工、机器制造、工业装配、电力、轻工纺织以及电子信息产业等各行各业，而且根据工业生产的实际需求，并伴随着大规模甚至超大规模集成电路技术的迅猛发展，已经PLC控制系统逐步发展到了工业PC，并且实现了多处理器多通道PLC控制系统。如今的PLC系统己经发展的相当成熟，不仅各项控制功能得到了增强，而且PLC本身的体积、功耗、成本、可靠性及灵活性也得到了大幅度提高。如今的PLC己经成为工业连续生产过程控制领域的一个重要支柱。PLC的互联通讯功能适应了当前控制系统模块化等先进技术发展的需要和生产规模不断扩大的必然趋势，使现场设备控制、生产控制和生产管理以及决策连成一体，甚至实现大范围和跨
6、区域的控制。由于PLC控制系统具有通信性强、灵活性强、可靠性高，抗干扰的能力强，设计、安装时间短等优点，其应用范围也相当宽广，己经广泛的应用子钢铁制造、石油化工、机械制造等各行业。根据统计，目前实际工业生产过程有80%以上是通过PLC控制系统实现的。因为实际的生产过程控制是按照预先设定步骤进行的，因此PLC的顺序控制功能在此得到了广泛的应用。1 自动卸船机的相关概述自动卸船机是一种动作多样的专用机械，主要有周期式和连续式两种。传统的卸船机械是周期性动作的各种带抓斗的“门座式”起重机和桥式卸船机。这种机械稳定性比较高，但因为是露天作业扬尘较大不利于环保。近年来，随着技术的发展，全封闭的连续卸船机
7、逐渐成为装卸码头的主要选择。连续卸船机主要分为两类:移动式和浮式。其中移动式卸船机整机安装在码头岸边的固定轨道上，可以沿轨道行走，其臂架装有输送装置，可以旋转及变幅，臂架前部的取料机构根据船舶的不同还具有伸缩、摆动、旋转等机构。按照卸载货物所使用的装置不同可以分为:斗轮式、双带式、“链斗式”、螺旋式、悬链斗、埋刮板式、“绳斗式”卸船机等。本项目中所选的卸船机是埋刮板卸船机(见附录)。该机具有生产效率高(最高卸船效率达到1200t/h)、自重轻、能耗低，环境污染小(整个机构全封闭)、对货物的适应性强等优点。2 PLC和工业以太网控制网络2.1 可编程控制器（PLC）可编程控制器采用一种可以编程的
8、存储器来执行内部程序的存储，并执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和其它算术操作等面向用户的指令。可编程控制器通过数字量或模拟量的输入/输出来控制各种类型机械的生产过程。它具有方便使用、易于编程、可靠性高、控制功能强以及扩展方便等优点。可编程逻辑控制器硬件一般包括:中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出模块、可编程器及电源。PLC是一个利用数字采样的控制系统，它与处理流量、压力、温度等模拟参数的DCS系统有很大差别。它依靠中央处理单元与存储器的配合，来完成控制以及运算功能。PLC的扫描周期采用的是快速往复巡回的方式，其采样时间一般在10毫秒到20毫秒之间，同时也可以使用更短的扫描周期来适应现场
9、不同被控对象的需求。现在某些新型的PLC，其扫描周期的精度可以达到十分之一个毫秒的级别。PLC的CPU是以分时操作的方式处理各项任务，运算速度高，从PLC的外部输入、输出过程来看，处理几乎是瞬时完成的。经过20多年工业生产上的应用，PLC己经渗透到工业控制的各个领域，越来越为广大业界人士认识和接受，包括从单机到工厂自动化，从机器人、制造系统到工业控制网络等等。目前，PLC在国内外广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。按照应用领域仔细来分，PLC大致有如下几个方面:1.开关量的逻辑控制:PLC可以取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制。例
10、如:机床电器控制，冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制等等。2.运动控制:PLC可以控制直线运动或圆周运动，在金属成型机械、金属切削机床、机械装配等机械行业有广泛的应用。3.闭环过程控制:过程控制是指对压力、温度、流量和速度等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC在模拟量控制功能上的强大作用，使其广泛应用于热处理炉、加热炉、塑料挤压成型机、锅炉等设备上。4.机器人控制。机器人作为工业过程自动生产线中的重要设备己成为未来工业生产自动化的支柱之一。现在许多机器人制造公司选用PLC作为控制器来控制各种机械动作。相信随着体积的进一步缩小，功能的进一步增强，PLC
11、在机器人控制领域中将会发挥出更大的作用。2.2 工业以太网以太网是一种标准开放的网络标准，主要基于TCP/IP协议。经过20多年的发展以太网己经成为一种国际通用的主流技术，在企业网络信息系统、建造信息高速公路和现代智能建筑中均有高速以太网的身影。因为通信协议是一致的，以太网可以将工业控制网络和办公自动化网络进行无缝的连接。相信随着嵌入式平台和实时嵌入式操作系统的共同发展，智能现场测控仪表和各类嵌入式的控制器将可以很简单容易的接入以太网的控制网络，然后与Internet相通讯联系，并同时和信息网络进行集成，以此来构建统一整体的的企业级网络。这样的企业网络可以使用户超越时空和地域的界限，无论何时何
12、地，也无论资源的实际位置在哪里，用户都可以访问网络中的共享数据，使用共享的设备及享受到同样的服务。以太网支持的传输介质有多种，包括同轴电缆、双绞线，光缆、无线等。这使得用户可以根据距离、带宽、价格等不同的因素作自由的选择。此外，以太网还同时支持星型拓扑结构和总线型两种不同的结构，具有良好的扩展性，同时还可利用多种冗余的连接方式，提高网络系统的稳定和安全性能。然而，以太网在通讯的同步性、确定性，以及物理层的各方面仍然存在着不少问题，使得其无法直接应用在工业控制的现场。针对这些问题，在同步和确定这些实时性的问题方面可以通过更新网络拓扑结构、调整网络通讯速度、改进协议调度策略来解决;至于物理层方面的
13、问题，可以增加以太网物理连接设备的物理强度以及增加以太网系统应用的防护等级来实现。经过上述的改进后，可以大大增强以太网的各项性能，使其在工业控制的现场能更加稳定和高效的应用。3 自动卸船系统的设计与应用3.1 控制系统的设计本项目的控制系统利用PLC实现设备之间连锁和顺序控制，并与卸船机、装船机、计量秤等成套设备或智能设备通讯和连锁。项目工艺设备分布范围较大，PLC系统按配电间相应分为4个分站，就近对设备进行控制和采集信号。在2号配电间中控室配置一个处理器主站，分别在1号配电间、2号配电间、3号配电间、4号配电间各配置相应的远程站。处理器主站与各分站之间通讯链路采用冗余光纤链路。主站中配置处理
14、器模块、控制网模块和以太网通讯模块等，各分站配置控制网模块及I/O模块。主站和分站分别配置光纤中继器，主站和2号配电间分站采用RG-6同轴电缆(冗余)通讯，主站和其它配电间分站通过光纤中继器、光纤组成星型网络结构。各分站内各机架之间采用冗余的RG-6同轴电缆网络。主站和监控系统服务器采用1OOM以太网通讯。筒仓上层、筒仓下层、计量秤、空压机等通过总线通讯方式和硬接点信号的方式与总控制系统连锁。生产过程监控的结构采用双服务器冗余的Server/Client结构。服务器(Server)检测事件、处理报警、采集数据并处理其它运行过程。Serve与PLC进行通讯，数据和画面都存储在服务器上，Clien
15、t通过以太网从服务器调用现场数据和画面。生产过程数据自动记录到硬盘，并通过实时数据库接口，自动传到信息管理系统数据库。3.2 控制系统的工艺流程流程包括两种基本的控制方式，分别是流程启动的时候要逆向物料流动的顺序启动，而流程停止的时候则需要按照顺向物料流动的方向停止。这样做的目的是如果物料在运输的过程中出现堵料、堆料、紧急停车等突然事故时，不会对设备造成第二次的损害。在流程运行的过程中，当流程中的某一个设备突然出现故障时，其上游的设备应该及时紧急停止，而下游的设备则继续运行，直到把现有的物料清理完，以免发生堵塞，从而造成设备损坏或者粮食撒漏;直到故障解除后，再按照逆向物料流动的顺序来起动流程里
16、的各个设备。在物料输送的过程中会产生出大量的粉尘，为防止这些粉尘爆炸而导致安全事故，在所有大型输送机械设备的两两连接处均安装有除尘设备。这些除尘设备在流程启动前的10分钟就要提前启动，而在流程设备全部停止运行后还需要接着运行10分钟，以达到除尘的目的。如果流程启动、流程停止或者流程运行的时候，除尘设备发生了故障，要求所有与除尘设备相关联的设备马上停止运行，并且其上游设备也要立刻停止运行。除尘设备在控制上的主要特点是其中的每个除尘器的启动和停止都是由某一个确定的大型设备的运行状态(选中状态)来选择。这个过程主要靠控制闸阀来实现，这其中包括开关阀、“三通闸”以及与整个除尘系统相关联的各类电动、起动阀门。利用闸阀控制的特点是任意除尘器或者上游和下游两个不同的大型设备确定某个闸阀的开启或者开闭方向。根据整个系
