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岸桥的PLC控制系统的分析与应用

绪论

随着我国经济的快速发展，对外贸易的不断扩大，港口行业的快速发展也称为必然的趋势。

在各个港口、码头快速建设的同时，一大批的港口设备也被建造出来，包括岸桥、场桥、门机、轨道吊、卸船机等，这些设备能否高效稳定的工作，关系到港口业务的发展。

现在的港口设备除了大型的钢铁机械结构外，最主要的就是其电控系统，如今港口设备都是普遍采用PLC-变频器控制，使设备的智能化水平得到提高，而且控制精度更加高。

为保证电控系统能在工作中可靠，就需要专业的人员在设备出厂时进行认真的调试，而安川的电控系统也不例外。

要了解PLC控制系统在岸桥上的应用，首先要了解岸桥的基本机构，并了解这些机构是如何工作和相互关联的，这就是所谓的了解工况。

只有了解活楚工况才可以在调试、应用、故障维修、技术改造等工作中得心应手，这才可以谈PLC对这所有机构

的控制。

但是工况是复杂的，尤其是岸桥的，所以很难在短时间内掌握一切，这还需要在实际操作中多学习，多观察。

因为岸桥结构随大同，但根据客户要求，工况也会有不同小，下面我就以天津港某集装箱码头的岸桥（单起升）为例，从硬件上对一些基本的结构和工况做一介绍。

第一章岸桥基本结构简单介绍

1.1岸桥的四大机构

1）起升机构（HOIST）:

在安川系统的岸桥电控系统中，一般起升一1和大车一1共用一套IGBT的变频器，起升一2和大车一2共用一套变频器。

有时会在接触器柜里看到有两个接触器，这两个接触器并不是用来控制电机的正反转的，而是一个接触器容容量太小，乂并上一个用来增大容量的，电机的正反转是由变频器控制的，而接触器的吸合及变频器做出指令，都是由MASTERPLC来控制的。

起升机构由两台IPM电机驱动，两台电机通过减速箱带动两个钢丝绳卷筒转动，通过盘绕钢丝绳达到起升目的。

每台电机配有冷却风机和制动器，制动器限位是机械式，限位总用是制动器动作后把信号送给PLC。

钢丝绳卷筒侧还有两个液压驱动的夹轮器，夹轮器限位是电磁式，其作用是在制动状态下夹紧卷筒，使吊具固定在某个位置，也可以在紧急情况下发挥制动器的作用。

起升机构装有四个重量传感器（每根钢丝绳一个），其作用除了测出集装箱重量，还是PLC进行运算的数据。

钢丝绳卷筒的一侧还装有三个重要的设备，这三个设备是和卷筒轴相连的，和卷筒一同转动，但通过齿轮传动会有一定的速比。

一个是速度编码器（PG）,作用是把速度信号反馈给变频器和PLC,一是达到精确控制，另外信号可以在PLC中运算，从而计算出起升的位置，参与到程序控制中，起升的PG有A、B、Z（PG原点脉冲相）

三相。

第二个是超速开关，其作用是防止起升机构超速，有弹簧机械式和电磁式，可以调节，一般调到额定速度的115%动作。

另一个是凸轮限位，它由凸轮片触碰达到开关常开常闭点的目的，是纯机械的。

对于起升机构一般有海侧下降停止、陆侧下降减速、上减速、上停止/归零四个限位，信号送到PLC处理，再发出相应指令给变频

器。

另外在小车架下方装有上超程，（重锤限位）防止上停止失灵发生冲顶。

2）大车机构（GANTRY）:

大车机构和起升共用两套变频器，每套变频器驱动8-10台电机，电机是无PG控制，制动器一般是电机内置的，另外大车也有夹轮器，由地液压站控制，另外大车还有地面锚定，防风拉锁，这些都带有限位，在PLC程序中有连锁，如果这些机构没有解除或限位没到，则大车结构不能动作。

另外还有防车巴铁

俱，海测还有防撞减速检测限位和防撞停止限位。

大车机构可以在地面和司机室操作。

3）小车机构（TROLLEY）:

小车机构和俯仰共用一套变频器，小车电机装有PG,能够在PLC中计算小车的位置，小车机构采取坦克链式供电，因为是在轨道上行走，因

此不需要装凸轮限位。

小车硬件限位有向后超程、向后停止、向后减速检测、锚定释放（一般两个）、停车位置、海陆侧检测、通道门限位、向前减速检测、先前停止、向前超程。

另外在PLC程序中还有相应的软件检测，除了和硬件对应的一些功能，如还有海陆侧鞍梁减速停止检测。

4）俯仰机构（BOOM）:

俯仰机构在船靠岸，大风天气或不作业时会收起。

俯仰机构同样有PG、超速开关、凸轮限位。

凸轮限位有上减速、停止、下减速、下停止四个

点。

另外还有如俯仰水平、上升停止归/零、向上超程限位。

另外还有通道门限位。

一股俯仰上升3。

一5。

内是减速区，因为此时所需力矩最大，因此慢速可获得大力矩，此时一般限速到30%。

俯仰同样可以在司机室和俯仰操作站两地操作。

在司机室操作，俯仰只能上升到60。

，其中上升60。

减速和上升60。

停止是在软件中检测的。

俯仰操作站操作有自动和手动选择，手动就是整个过程要一直按着俯仰上升按钮，每个步骤一步步完成。

自动就是按一下俯仰自动上升，但是在进入钩区后（俯仰安全钩动作的区域，一般在750——800之间）会自动停止，其余工作继续由人手动完成。

俯仰安全钩有的是手动抬钩、挂钩，有的则是自动。

两外两个安全钩都有抬钩和挂钩限位。

俯仰下降时，电机则提供一反向力矩，当前大梁放下后，钢丝绳会松掉，触碰到梯形架上的松绳限位。

1.2岸桥的辅助机构

1）吊具（SPREADER）:

吊具是整台岸桥的工作部分，其重要性不言而喻。

吊具重要

限位有和吊具上架连接的限位、着箱限位、开闭锁限位、20尺40尺（还有45尺）检

测限位，吊具插头连接限位。

岸桥一般都可以吊双箱还有中锁上升、下降检测限位。

另外吊具还有四个导板，用于快速对箱。

吊具上有液压站，吊具的伸缩是由液压控制，吊具由装在小车架上的吊具电缆卷筒供电。

2）大车电缆卷筒（GCR）:

整台岸桥的供电是由随着大车移动而进行收放缆的大车电缆卷筒供电，其装在大车上方联系梁的位置。

其限位有左位置、右位置、左过紧、右过紧、左空、右空、中位置（三个位置）。

大车电缆卷筒最常出现松缆故障，就是由中位置限位检测的，松缆后大车将不能动作。

3）后大梁多功能液压站（HYD）:

多功能液压站控制八个油缸，两个小车钢丝绳张紧油缸，两个小车钢丝绳托架张紧油缸，四个挂舱油缸，每个油缸都有伸缩超程限位。

4）倾转机构（T/L/S）:

倾转由装在前大梁最前端的四个倾转电机控制，也有不用倾转电机，直接由后大梁液压站控制倾转的。

倾转指通过电机控制的伸缩杆拉拽起升的四根钢丝绳，达到控制吊具平衡的目的。

倾转有前后倾转，左右倾转和水平倾转。

倾转

有伸缩超程限位和零位（吊具在正常位置）

第二章

安川PLC通讯与硬件配置

2.1认识硬件：

CP317指示灯：

指示

名称

指示灯颜色

灯亮时状态

RDY

准备就绪

绿色

正常运行时亮

RUN

CPU运行

绿色

程序运行时亮

ALM

报警

红色

一般程序中有问题会亮

ERR

影响CPU运行

红色

硬件有问题但不影响CPU运行会亮

BATALM

电池报警

红色

没电池或电池没电时亮（电池寿命1年）

BUSACCESS

总线接入

绿色

CPU接入系统总线时亮

（表2-1-1）

CP317拨码开关

指示

名称

状态

运行

L.RST

复位

手动重启（CPU独立）

OFF

在线

RUN

运行

运行用户程序

OFF

停止用户程序

INTT

启动

在开机时启动内存*

OFF

在开机时不启动内存*

TEST

测试

离线测试状态

OFF

在线

M.RST

全部复位

手动重启（CPU+可选模块）

OFF

在线

（表2-1-2）

当CPU运行时只有RUN拨到ON上，其他拨码开关都拨到OFF。

CP317的活空方法:

1RUN^OFF街有开关都拨到OFF）

2LRSA。

卬OFF

3INITtON

4TESAON

5LRSA。

卬OFF（此时RDY\RUNC时在闪）

6INITtOFF

7LRSA。

卬OFF（此时RDY\RUNc替闪烁）

8TESAOFF

9断电传程序

2.2岸桥PLC系统的通讯

2.2.1建立通讯

建立通讯是实现PLC控制的首要条件，只有建立了良好的通讯才可以实现整个岸桥系统、各机构的协调顺利工作，岸桥的安川PLC系统主要采用以下几种通讯模块：

CP215:

PLC古点间通讯

CP216:

PLC^变频器问通讯，ABS®码器间通讯

CP217:

申口，传程序用，有三个端口，232（9针）/232（25针）

CP218以太网通讯默认地址192.168.1.1

2000IO:

输入输出拓展模块

另外还有AI、AO模拟量输入输出模块

2.2.2岸桥各站点间通讯

岸桥安川的PLC系统主PLG司机室PLC用CP317CP31徂模块式的PLCPS电源、CPlffl各种通讯模块、IO模块是独立的。

CM源统PLC可选用CP31秫CP316H而CP316FW是PS电源、CPlffi通讯模块集成，只有IO模块独立。

IlHETI111ZDI113MULIZA

&L-12DCL-120

ts^GTEgt

r：

1BIF1

Z1BIF

Z]LF

（图2-2-2-1）

图2-2-2-1为某岸桥控制系统通讯图，其中MASTERPLC（主PLC）通过一个215模块和司机室的PLC,地面远程IO及地面操作站的RIO-05进行通讯。

通过另一个215模块和CMSPLC进行通讯。

通过一个216模块和各机构（吊具电缆卷筒除外）的变频器进行通讯，把各种指令送给变频器，并把变频器的反馈指令送给MASTERPLC。

MASTERPLC通过各种I/O模块，实现外界信号的传入及最终控制指令在硬件上的实现。

如空开、接触器、各种限位的反馈点送给PLC及PLC通过驱动继电器线圈达到

控制接触器吸合的目的。

另外MASTERPLC上的217通讯模块是通过申口线和PC

联机用，可以通过装在PC上的CP717软件（安J（IPLC系统用）实现PLC的程序和内部参数、配置等的在线阅读与修改，传输速度比起网线要慢，但是联机方便，不需要配置IP。

CMSPLC虽然不直接参与到岸桥的控制当中，但其作用也是非常重要的。

CMS

是起重机监控系统的意思，其作用是主PLC通过215线，通过LINK或MSG传送，把检测到的各种故障或机构做出哪些动作及业务统计等这些信息送给CMSPLC,在

CMSPLC里做出处理，再通过网线（CMSPLC有218通讯模块，上有RJ45网口，可以实现网线传输，速度较快，这就要求CMSPLC要设置IP,IP地址是由用户提供的以太网地址，一般所有设备的IP要设在一个网段内，便丁联机通讯）送给LCMS（本地CMS）PC,这些信息会在为每个项目专门开发的CMS软件中以画面形式显示出来。

另外还可以通过无线网络把信息送给中控室里的RCMS（远程CMS）,实现远程的监控。

因MASTERPLC没有218模块，因此可以通过中转功能，借助CMSPLC的网口，在本地或远程的PC上实现MASTERPLC程序的在线阅读。

另外CMSPLC上也有217模块，同样可以实现申口联机。

CABPLC（司机室PLC）用来收集处理吊具返回的信号及动作，以及联动台上手柄、按钮的动作及用来控制吊具电缆卷筒的变频器（本文举例用岸桥用的是ABB公

司的变频器，而不是安川的）。

当然CABPLC并没有最终决定权，它依然要把信息送给MASTERPLC，在MASTERPC中经过处理，再反送给CABPLC进行控制。

因为司机室是随着小车在动，因此在小车行驶中会造成和电气房的距离拉远，而一般的通讯线通过的是电信号，衰减严重，因此通过E/O_O/E（电光一光电）转换，即中间用光纤传输，衰减很少，抗干扰性乂强。

地面IO站应是采用这种通讯方式。

第三章安川PLC程序阅读方法

3.1CP717软件介绍

安』IPLC空制软件CP-717内部功能完善，通讯及运算功能强大，能对PLC及变频器实施精密控制.通过CP-717编程软件，可以方便的进行PLC离线编程、在线修改。

在文件管理器中可以创建目录，进行PLC程序的上传、下载、PLC的配置、用户管理及更改PLC的届性等功能。

下图就是CP-717软件的主窗口，称为文件管理器配置窗口。

左侧是树显示，在这里可以建立组文件夹、订单文件夹、PLC文件火。

打开一个PLC程序，可以看到呈树

状显示的一些文件夹。

其中最常用的有程序文件火，这里最常用的就是高速画面和低速画面。

定义文件火，这里最常用的是模块构成（是PLC各模块的配置情况）,扫描时间设定，系统定义（可以定义系统时间等）。

驱动文件夹是各变频器的参数，在调整中就可以查看参数。

如果在线，在这里就可以对变频器参数进行上传、下载和阅读。

右侧上方是歹0表显小，右下方是详细显小。

.如图3-1-1:

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文尊包；高建宜F文峰关刷:

昙是于。

Iawn

（图3-1-1）

N01S01中的高速扫描程序主要实现对起升机构，大车机构，小车机构，俯仰机构的运行控制,位置检测及对各机构变频器实施精密控制，并实时采集变频器的各项参数，进行运算判断保证各机构安全，可靠的运行

N01S01中的低速扫描程序主要进行各辅助机构的控制（如大车的转向机构，倾转机构,吊具机构等）及故障信号的处理。

做出高速画面和低速画面的区分是为了更有效利用CPU的资源，而平■时遇到的大多连锁故障都是在高速画面中找。

一般高速扫描时间设成20ms,低速为100ms,它们之间的扫描时间设定都要成整数倍。

3.2通过CP-717实现在线阅读程序

首先要选择使用什么通讯方式，一是用CP217模块上的申口（有专门申口线），将线直接插上即可。

二是通过CMSPL（±的CP218莫块实现网线传输，这需要把自己的PC的IP和CMSPLC勺IP设到一个网段内，如PLC的IP是172.20.10.112，那么PC

的IP要设成172.20.10.###（###表示一个未被使用的IP,为1-254任意一个，如果有很多设备都连到此网段内，乱设有可能引起IP地址冲突），连好网线。

然后在通讯控制中设定一个通讯端口。

可以双击逻辑端口的数字，弹出图中间的对话框，在端口类型中选（CP-217）或CP-218,选完点［详细］，在弹出的对话框中，如果是申行口，则选COW,就是用PC哪个口连接申口线，若是CP-218,则选择自己PC的IP,设定完后［确定］，重启CP-717。

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12^（图3-2-1）

在文件管理器窗口中，在N01S01中的CPU1（CP317PLM以有两个CPU一般用一个）处右击，选择［届性］,在弹出对话框中选择［网络］,如图，在联机指定中选［有］,端口类型选实际使用的端口，若为CP-217,则有一单元号，选［1］,还要看申口线是插在主PLC还是CMSPLC插在主PLC不需要中转，就设置完成了。

若为CP-218,则有输入IP一栏，此时输入CMSPLC勺IP,中转指定选［有］，网络号选［2］（虽然主PLC是1号网络1号站，但主PLC^际届丁两个网络，在CMfLC中转要选2）,站编号选［1］,点［OK］，然后右击（或双击直接登陆）CPU1注册（或登陆），若需要输入帐户密码输入即可在线阅读PLC程序运行情况。

3.3安川PLC程序常用寄存器、指令、符号的说明

3.3.1常用寄存器列表

类型

名称

标识方法

描述

特点

系统寄存

SB,SW,SL,

SFnnnnn（SAnnnnn）

系统使用的寄存器。

寄存器号码nnnnn是十进制表示法。

在系统启动时，SW00000-SW00049全部清除

并置0。

由DWG公

数据寄存

MB,MW,ML,

MFnnnnn

（MAnnnnn）

在DWG间公用的寄存器。

用于DWG间的I/F等。

寄存器号码nnnnn是十进制表示法。

输入寄存

IB,IW,IL,IFhhhh

（lAhhhh）

用于DI、AI和脉冲输入的寄存器。

寄存器号码hhhh是十六进制表示法。

输入寄存

IB,IW,IL,IFhhhh

（IAhhhh）

用于I/O模块和通讯模块接口的寄存器。

寄存器号码hhhh是十六进制表示法。

输出寄存

OB,OW,OL,

Fhhh

（OAhhhh）

用于I/O模块和通讯模块接口的寄存器。

）寄存器号码hhhh是十六进制表示法。

常量寄存

CB,CW,CL,

Fhhh

（CAhhhh）

仅能在程序中使用的寄存器。

寄存器号码hhhh是十进制表示法。

#寄存器

#B,#W,#L,#Fnnnnn

（#Annnnn）

仅能在程序中使用的寄存器。

仅能被相关的图使用。

实际使用范围由用户在CP-717指明。

寄存器号码nnnnn是十进制表示法。

对每个DWG都唯一的内部寄存器。

对每个DWG

D寄存器

DB,DW,DL,

DFnnnnn（DAnnnnn）

仅能在相关的图中使用。

1实际使用范围由用户在CP-717指明。

寄存器号码nnnnn是十进制表示法。

（表3-3-1-1）

3.3.2常用指令与符号

⑴带［］的指令

［描述］带有［］的指令可根据立即优先B寄存器的值有条件地执行。

在［］内的指令

只有点B寄存器的值为ON时执行。

带有［］的指令仅能用丁一条指令。

多条指令不能封闭在单个［］中。

如果［］用丁多条指令，给每条指令加上［］。

⑵子图调用指令（SEE）

［格式］SEEv子图号，或孙子图号＞

［描述］当父图调用子图或子图调用孙子图时使用SEE指令。

调用不能在不同类型

的图问执行。

（3）FOR结构语句

［格式］FORV=AtoBbyC

指令序列（处理程序）

FEND

［描述］被FOR指令和对应的FEND指令包围的指令序列重复指定次数

{N=（B-A+1）/C}。

变量V从初始值A开始，并且每次重复执行时增加C。

当V>B时，指令序列结束执行。

（4）WHILE结构语句

［格式］WHILE

指令序列1（重复条件判定）

ON/OFF

指令序列2（处理程序）

WEND

［描述］只要指令序列1定义的条件和ON（或OFF）指令被满足就重复执行WHILE

和WEND问的指令序列2。

当条件不再满足时，就不再执行指令序列2。

程序处理WEND后的下一条指令。

（5）IF结构语句-1

［格式］IFON/IFOFF

指令序列（处理程序）

IEND

［描述］当使用IFON指令时如果B寄存器的当前值是ON，那么执行IFON和IEND

间的指令序列；如果B寄存器的当前值是OFF,那么不执行IFON和IEND问的指令序列。

（6）IF结构语句-2

［格式］IFON/IFOFF

指令序列-1

ELSE

指令序列-2

IEND

［描述］当使用IFON指令时如果B寄存器的当前值是ON,那么仅执行指令序列1而不执行指令序列2;如果B寄存器的当前值是OFF,那么仅执行指令序列2而不执行指令序列1。

⑺顺序回路指令

表显示了用来连接顺序回路的回路元素

序号

顺序

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