第四章桥式抓斗卸船机的电器驱动和电器设备.docx

桥式抓斗卸船机的电器驱动和电器设备一、电源1、高压电缆简介本卸船机的供电电源采用三相交流6000V，50HZ。由码头16#变电所经码头电缆槽送至卸船机接线箱，然后通过挠性电缆由电缆卷筒引上机，最终到达高压开关柜。机上高压电缆选用意大利PANZERFLEX公司生产的3x150+2x35+6FO型号电缆，内含6根通讯光缆，总长260米。2、 缆卷筒驱动原理与保护卸船机电缆卷筒有两种，1#、2#卸船机选用的是意大利SPECIMAS公司生产的双卷筒牵引方式，3#卸船机选用的是德国STAMAS公司生产的力矩电机单卷筒牵引形式。其中前者双卷筒中的小卷筒用来牵引，即把码头上的电缆曳引到机上来，大卷筒用来把牵引上来的电缆存储起来。由于高压电缆长度比较长，电缆卷筒在卷取的过程中，力矩会随之变化，为保证电缆卷取过程中既力矩合适，就要有力矩调整装置，由于两种卷筒形式不同，所以其调整方式也不同，1#、2#卸船机电缆卷筒的力矩调整是由通过调整减速箱内顶压摩擦片的弹簧长度来改变的，3#卸船机的力矩调整是通过改变串在力矩电机电枢回路中的电阻来实现的。也就是说，一个是靠机械，一个是靠电气。电缆卷筒保护主要有过紧、过松、终点保护几种，其中过松和过紧限位安装在导缆装置上，终点限位安装在光缆箱内。由于电缆在过中点的时候，状态和松缆时的状态时一样的，所以为让控制系统识别，在光缆箱内还设有一个中点限位，电缆过中点的时候和松缆限位一起动作。过松过紧限位采用机械摇臂式，终点和中点限位采用凸轮式。3#卸船机电缆卷筒的限位采用感应式。3、变压器、高压开关柜规格以及参数介绍高压开关柜由进线柜，负荷开关柜组成，附电压表和电流表。用于整流变压器的开关柜，选用SF6开关，电动/手动两种操作。用于辅助变压器的高压开关柜，选用SF6开关，电动/手动两种操作。高压开关柜有独立的灭弧室，并可单独更换。高压开关柜的防护等级为IP3X，柜内装有空间加热器。整流变压器为环氧干式自冷型，参数为：3300KVA，3相，6000V/725V（空载状态），50HZ6%，IP23；辅助变压器为环氧干式自冷型，参数为：500KVA，3相，6000V/400V（空载状态）。两变压器绝缘等级均为F级。二、照明与通讯1、卸船机照明灯具卸船机的照明回路是一个独立的电气回路，由6000V/400V的辅助变压器通过400V的隔离变压器进行供电，每个照明回路都设有过流、短路等保护装置，最大限度的保证卸船机其它电气设备的安全。由于卸船机工作在码头的最前沿，工况恶劣，机上所有的室外灯具都选用具有防水、防暴、防震、防腐蚀性和透雾性很强的高压钠灯，因为高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零部件被过流烧毁，所以，在电路主回路中加装隔离变压器，隔离变压器的作用是当照明回路发生短路、接地等情况时，瞬时短路电流不直接冲击辅助变压器，以保证起他控制电路的安全运行，卸船机灯具采用PLC与接触器进行控制，具有远程控制的特点，整机的工作照明分为前大梁、后大梁、司机室、中间横梁、门腿等几部分，前后大梁以及司机室底部均装有1000W的反射型高压钠灯，其余部位装有400W的反射型高压钠灯。压钠灯灯泡工作原理 当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞剂受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电子在向阳极运动过程中，撞击放电物质钠原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。   2、 船机机载电话有线群呼系统A、系统简介系统基本功能由上海邮通公司生产的PPSl600系列有线群呼通信机是由可靠性强、操作方便的通信机组成，它具有广播呼叫和共线通话两种重要功能。每个通信机的呼叫功能是通过合理分布的扬声器来呼叫在系统覆盖范围内的被叫人。共线通话功能允许两人或多人用手柄进行通话。本系统不同于一般的小交换机的通信功能，在某些场合将比小交换机更方便。如：当某人要寻找某人，可进行广播呼叫，只要被叫人在系统扬声器覆盖范围内，则可做出反应，就近找到系统中的一个通信机马上可以和呼叫人通话。而普通小交换机只能一个一个位置的拨号寻找，比较麻烦。系统结构和性能系统内所有的通信机相互都是并联的，系统可以从邻近的通信机或连接盒扩大范围。每条呼叫或通信线路需要一个电阻负载去匹配线路阻抗，使干扰引起的“嗡嗡”声和杂音信号减少到最小。为便于调节，装有电阻负载的平衡器应安置在系统中心。本系统是一个分布式放大器系统，任何一个室内、室外的通信机都包含一套驱动扬声器的功率放大器和通话电路。它的优点是当一个通信机被移去或有故障时，只影响与此相关的扬声器不能工作，系统其它通信机和扬声器仍然能继续广播呼叫和通信。另外，室内室外放大器(无手柄)适合在只需要广播呼叫而不需要通话的场合。桌上型适用于一些不便手持手柄通话的场合，配备的麦克风可固定安装在方便的位置。系统按供电方式分为交流220V型、交流120V型和直流24V型。它们之间的区别仅仅是供电电源不同，使用方法和通信原理是完全相同的， 系统的测试与调整首先检测通信机间所有的连接，包括呼叫、静音、交流电源和扬声器的连接，检测前线路平衡器应安装完毕，而且通信机的手柄在挂机状态。接通交流电源，检查通信机与线路平衡器间的连线，按下“呼叫按键”开关，直接对着手柄送话器说话，这时除了连接到通信机被测试的扬声器静音外，其他呼叫扬声器都能听到广播；操作者应从手柄受话器中听不到或听到很轻的侧音。若平衡器连接错误，操作者将听到很大的声音，此侧音甚至会引起反馈啸叫，调整线路平衡器的阻抗匹配电位器能使侧音抑制在最佳状态。必须注意在线路平衡器调整好之前不能先调节通信机的放大音量电位器。 放开“呼叫按键”开关并检测通信线侧音，操作者对着手柄受话器说话，从手柄送话器中应不见或听到很轻的侧音，通话侧音抑制仅仅决定与平衡器与通信线的连线是否正确。因为平衡器中是用一个固定电阻作为阻抗器匹配的，不需要进行调节。通信机间的通话连线检测可以在二个或多个通信机间摘机通话进行。1、线路平衡器调整打开平衡器上盖暴露出线路平衡器的控制部分，设置适当的呼叫线路负载(一般为2635Q)，从邻近通信机摘机并且按“呼叫”键，检验有无不良啸叫。这个调节只需在开始安装系统时调节，然而如果增加或减少10个以上通信机，呼叫线路负载需要重新调节。调试结束后，盖上上盖拧上螺钉，这样可避免未经批准的人随意调节，还能防止污物进入。2、通信机的调整 每个通信机有一个呼叫扬声器调节器，用一把螺丝刀在上盖上调节，调节器在铭牌后面。可以拧松二个铭牌螺丝(不要取下)，铭牌可绕左边螺丝旋转。此调节器出厂前已调至中间位置(输出功率约4w)。每一个带手柄的扬声器通信机内有二个电位器供调节：接受音量控制和接受侧音控制，这二个电位器用螺丝刀通过底板的孔可调节。第三个孔是扬声器音量调节，调节方法参照上述。接受音量和接受侧音控制出厂前已调到最佳位置，一般不要重新调节，这些电位器去解决系统的故障(除非其它故障已排除，如连线错误或平衡器未接上)。系统电缆线的损耗仅使接受音量有很少衰减。一般要调节接受音量是当四周有很高杂音电平时(杂音电平110dB)，或者在特殊需要时。当通信机与平衡器的电缆长度超过lKm，接受侧音明显受到电缆阻抗影响时，才可调节接受控制电位器作为补偿；顺时针旋转电位器60度可补偿lKm长度的电缆线的影响。B、系统故障分析1、交流声和白噪声在呼叫或通话线路上有交流声和白噪声，通常是由于连线对地短路或漏电使阻抗不平衡引起。如果呼叫和通话两根双绞线没有对地短路或漏电，线上的感应电压应该是相同的。检查短路或漏电方法：确定一个接地点，用万用表(量程置欧姆档)检查系统中各个接点是否接触良好。当然这种故障也可以在插入式放大器单元中，其原因大部分在接线排或焊片上。还有一个原因是用于连线的机箱内进水，一般情况下机箱内总有一些沉淀物，一旦遇水就会引起漏电。连线的绝缘一般是检查的重点，可以先从通信机接线排上断开平衡器连线，把用于平衡的33欧姆和电位器直接装到接线排的L1和L2端上，检查完后再拆下电阻和电位器。2、呼叫喇叭噪声引起呼叫喇叭噪声的原因有如下两种：1）室内型或室外型通信机的手柄上的呼叫开关短路，致使该机始终进行呼叫功能，将通信机周围的噪音传到司机室的呼叫喇叭中。排除方法是：依次拔下系统中的各通信机的机芯，直到该噪声消除，即可判断发生故障的通信机；取下该通信机的面板，可发现手柄和机芯有6根线通过接插件相连，其中黄线和蓝线是开关线，检验这两根线的通断是否和手柄呼叫开关的通断有逻辑联系。如有损坏，更换手柄即可。2）阻抗不匹配 该噪声是一种单调的固定不变的声音，可通过改变线路平衡器(电气房内的金属盒)内的电位器(一般应为27到35欧姆)来消除。一般此故障发生的可能性较小。3、通话喇叭噪声该噪声绝大多数是和通信机的挂机系统有关。PPSl600通信机的室外型和室内型采用独有的电子感应挂机系统，即手柄靠近通信机面板上的黑色U形支架数厘米内则通信机内部挂机电路激活(可听见轻微的继电器的咔嗒声)， 自动关闭通话电路，其他通信机应听不到该机通话信号。因此，引起通话喇叭的噪音的原因常见的有2种：1）通信机没有挂机或挂机位置不对；此故障非常容易排除2）通信机挂机系统短路。正常情况下通信机面板和黑色U形支架是绝缘的，如果短路则是由于固定支架的螺丝下的绝缘圈损坏造成的，更换垫圈，故障排除。4、系统放大器反馈啸叫和失真线路平衡器在呼叫和通信线上并联了匹配电阻，如果没有接上，系统的放大器极易引起啸叫和失真，并且在手柄的送话器中引起很大的侧音。平衡器在通话线路上并联了阻抗匹配33欧姆，呼叫线路上并4 联了阻抗匹配电位器以便视通信机的数量而调到最佳状态。如果调节不合适就会引起很大的侧音。5、呼叫喇叭不响测量与该喇叭相连的通信机箱内部的接线排的两端之间的阻抗，应为8欧姆左右，若开路或短路则为扬声器故障。三、电源引出插座及配电箱、接地避雷保护1、卸船机插座及配电线路简介为方便维修，卸船机分别在多个部位安装有维修插座，其中前大梁前部一组、后大梁后部一组、海侧门腿和陆侧门腿距地面1.4米处各一组、机房两组、T型架顶部一组，每组有规格为220V，交流单相；300V，交流三相插座各一个，容量为10A。另外在机房、振动给料器旁边、海侧和陆侧门腿还安装有电焊机插座，规格为380V交流三相，60A。卸船机上的主要驱动电动机内、电缆卷筒接线箱内、配电瓶屏、控制屏内均安装防潮，防冷凝加热器，以便于卸船机不工作时进行加热防止冷凝。所有室外配电箱、接线箱等全采用不锈钢外壳且防护等级均达到IP55。卸船机采用的电缆均是铜芯多股船用橡胶电缆（CF）或（CRF），信号传输线采用屏蔽电缆，通信采用光缆传输。完全适合港口起重机的安装方式、环境温度和电压等级。电缆导线的截面根据所使用的电路、元件设备的不同，充分满足其发热和允许电压损失的要求、机械强度要求及单相短路对阻抗的要求。所有电缆（动力、检测、照明）的额定电压，都不低于交流500V、或直流1000V（通讯电缆除外）。对于用于信号检测，通讯方面的信号电缆（如测速电机、负荷传感器、PC通讯信号线、重量传感器传输线、电话线等），使用的是橡胶绝缘屏蔽电缆，确保信号的传递精度不受外界的影响。各控制电缆都留有10%备用芯，所有限位开关的接线均留有一定长度的余量，多芯电缆都具有明显持久的色标或数码标识，便于施工人员和维修人员维修和检查。卸船机所有的布线都从安全、可靠、方便和美观的角度出发，严格按照国际标准，室内走线（如机房、电气房、俯仰室和司机室等）都采用电缆走线槽、钢管或金属框架走线。室外走线采用防风雨电缆走线槽和穿管敷线，电缆排列和固定良好，走线合理。司机室、俯仰室和电气房内的照明、电话和仪表等装置的敷线采用壁式暗敷线。电缆弯曲半径均大于电缆直径的6倍，线管弯曲半径不小于线管外径的8倍。对于不同电压类型（如直流或交流），不同电压等级的电缆都采用分割敷设的方法，各自独立安装，所使用的电缆槽和穿线管都采用表面镀锌，出线口都加有保护套。电缆为整根电缆，中间没有接头。配电屏、控制屏的引出线的接线端子均安装在屏内便于检修的地方，电动机、开关设备、控制装置和控制屏的所有接线端子均有线号标记。控制屏和接线盒内的端子同样留有10%备用。线径较小的导线接在有连接片的端子板上，线径较大的导线采用螺栓固定型端子。在卸船机的主梁下，设有电缆滑车轨道，上装有电缆滑车和悬挂电缆，悬挂电缆包括驱动电缆、通讯电缆和光缆。所有悬挂电缆都分节捆扎，以防止电缆碰撞起重机横挡及钢结构，其中控制电缆留有10%备用芯，光缆留有4芯作为备用。电缆滑车采用滚动轴承，为减小噪音，滑车的行走轮外包有耐磨聚胺脂塑料尼龙。在滑车上还设有水平轮和缓冲器。缓冲器采用弹性聚胺脂材料制造，可以有效的吸收碰撞时的能量。接地避雷保护线卸船机的接地保护系统，符合国际要求。所有卸船机上的电气设备，机械机构、配电屏和控制屏的金属构架均可靠接地，接地线与设备的连线使用螺栓，并采用防松和防锈处理。所有电气设备均可靠接地，以保护电气设备不背雷电损坏，起重机结构与钢轨进行良好的电气连接，金属结构铰接处设有金属跨接软线。接地线接地电阻符合国际标准即小于4欧姆。卸船机两台变压器的高压侧，每相都装有一个（共计6个）氧化锌避雷器，以防止雷击损坏电气设备。四、PLC的应用及控制1、PLC发展及其应用简介在工业生产过程中，有大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制以及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2、PLC的构成图表 1 PLC构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置 ，如图表34所示。A、CPU模块 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU与其它部件之间的连接是通过总线进行的目前各厂家生产的PLC已普遍采用了高性能的16位和32位微处理器作为其CPU，如Intel公司的80X86、MCS51及Motorola公司的68000系列CPU等有的已使用了准32位或32位的微处理器，时钟频率已达2533MHz，很多系统还配有浮点运算协处理器，因此数据处理能力大大提高，工作周期可缩短到0.10.2S，并且可执行更为复杂的先进控制算法；如自整定、预测控制和模糊控制等CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。图表 2 卸船机使用的AC410系统的CPUB、I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。图表 3 瑞典ABB公司生产的I/O模块图C、电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。D、底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。E、PLC系统的其它设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。图表 4 卸船机监控室人机界面（CMS系统）2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。它可以监视设备运行的状况、记录设备运行的数据、及时显示设备的故障，还可以参与维修保养计划的制定等，人机界面已经逐渐发展成为设备操作人员和设备的维护管理人员最重要的帮手。3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。3、PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法 ，如在20万吨矿石系统中，就可以通过局域网实现中央控制室对卸船机、装车机、堆取料机、皮带机等设备的控制以及运行状态监控等功能。4、PLC控制原理A、PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如下图所示。图表 5 PLC工作原理图中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。 B、PLC的控制原理首先，按钮、开关、限位、风速仪、角度仪等外部设备将各种各样命令、信号通过输入电路（DI模块、AI模块）存入到可编程序控制器的输入映像寄存器中，（输入映像寄存器是可编程序控制器的一个寄存区，CPU所处理的信息全都取自于该寄存器，而不直接从外部设备去取），CPU利用循扫描的方式对各种信息进行各种各样的逻辑处理，处理后的结果存储在输出映像寄存器中，同样，输出的被控对象的控制信息也不采用形成一个就输出一个的办法，而是将它们存储到输出映像寄存器中，当用户程序扫描结束后，将所有存在输出映像区的被控对象的控制信息全部通过输出电路（DO模块、AO模块）集中输出，输出电路通过控制接触器、电磁阀等控制设备实现对整个系统的逻辑控制。图表 6 PLC控制原理 图表 7 系统整体框架示意图C、卸船机PLC内部通讯系统简介卸船机PLC通讯系统可以分为两部分，一部分为PLC与外部设备的通讯，另一部分为PLC内部系统之间的通讯PLC与外部设备的通讯：卸船机PLC系统（AC410系统）与操作员站（司机室监视屏）、现场监控站以及中央控制站通过光缆，用网络传输协议TCP/IP协议进行通讯，AC410系统向这3个站点实时传送卸船机各部位的运行情况和故障信息。此外，AC410系统还用MODEBUS协议与中央控制室进行通讯，中央控制室通过此协议来控制卸船机的启动、停止、放料等各个动作以及传输流量、生产率、皮带机信号等信息。PLC内部系统通讯：在PLC内部系统中，CPU与各模块站、编程器以及驱动器控制模块AC80（1#、2#卸船机采用APC700控制）之间采用AF100通讯协议，由于AC410系统的CPU与各S800模块站之间距离较远，为保证传输信号的可靠性，通讯的介质全部采用光纤。PLC通过此协议接收各模块站传送过来的信息并将这些信息经过逻辑处理在传送到各模块站，CPU和AC80模块的通讯距离较近，介质采用的是屏蔽双绞线。模块AC80与各机构的驱动器采用DRIVEBUS协议进行通讯，通过此协议，AC80向各驱动器发出启动、停止、加减速、以及速度等命令，并接收各驱动器发回的各种状态信息，如电流、电压、力矩等信号5、卸船机PLC控制程序解读在工业领域中，可编程序控制中的控制程序可以分为两大类：一类是梯形图模式，一类为逻辑图模式。梯形图模式因为与传统的电路图非常接近，容易掌握，也是最先被开发出来的一种图形模式，所以，世界上绝大多数可编程序控制器都采用此模式，比较有代表性的有美国的GE公司、AB公司、德国的西门子公司、日本三菱、安川等；而采用逻辑图模式的可编程序控制器比较少见，具有代表性的有瑞典ABB公司。青岛港20万吨级矿石码头2500吨/H卸船机就是使用瑞典ABB公司的可编程序控制器，为便于读者能够读懂ABB公司的PLC程序，本章将对逻辑图模式程序作重点介绍：首先，要想看懂逻辑图模式的PLC程序，除需要具有一定的数字电路基础，还要掌握一些基本的PC element单元。基本的PC element单元包括与门、或门、比较单元、加、减、乘、除单元、延时单元以及SR触发电路等几十个单元。与门与门单元(AND)模块介绍：1，2.C1（C1的范围从2.19）为模块的输入点，输入点的数据类型为布尔逻辑数，20为模块输出点，此模块将实现以下功能或门（OR）或门单元(OR)模块介绍：1，2.C1（C1的范围从2.19）为模块的输入点，输入点的数据类型为布尔逻辑数，20为模块输出点，此模块将实现以下功能比较单元（COMP）比较单元介绍：左侧1，2为模块输入点，输入点数据类型为实数、整数、实整数、布尔逻辑数和时间等。右侧5，6，7为输出点，输出数据类型为布尔逻辑数。此模块将实现以下功能：当I1I2时，输出点5置1；当I1=I2时，输出点6置1；当I1I2时，输出点7置1。延时闭合单元：延时闭合单元介绍功能描述：当输入点1由0变成1时，启动延时闭合，在输入点2设定的时间内，输出点5为0，当时间超出输入点2所设定的范围后，输出点5为1。延时断开单元：延时断开单元介绍：（同延时闭合一样）功能描述：当输入点1由1变成0时，启动延时断开，在输入点2设定的时间内，输出点5为1，当时间超出输入点2所设定的范围后，输出点5为0。SR触发单元SR触发单元介绍： SR触发器功能描述：当S=1,R=0时，输出点5置1，且当S由1变成0，R=0的状态时，输出点5仍然置1，所以，此触发单元具有记忆功能或自保持功能；当R=0时，无论S是否置1，输出点5都为0。复制单元复制单元介绍：1、2.C2为输出端点，C2的最大值为1为19，输入的数据类型为布尔逻辑数，整数，实数、实整数、时间常数等；21，22.22+C2为输出端点，数出的数据类型与输入的数据类型相同。复制单元功能描述：此单元模块具有复制功能，可以将数据库中的数据复制到自己所需要的任何位置，在PLC程序中应用很广。 6、典型程序介绍图表 8 AC410程序图例 此图为起升驱动器跳闸联锁程序图，图表41中，模块1，2，3都为与门，4为与或门（输入点11，12相当于或门的一个输入点，输入点21，22和输入点31，32与此相同），模块1，2中任何一个输出点为1，都能引起模块4的输出点（端点60 ）置1，使驱动器跳闸，在司机室送电的情况下，开闭驱动器发生故障也能引起起升驱动器跳闸，同时，引起起升驱动器跳闸的原因还有很多，如：起升制动器故障，起升通讯故障、起升电机超速故障、急停故障等。五、主要驱动设备及保护卸船机主要驱动机构全部采用瑞典ABB公司驱动器，按功能分为起升机构、开闭机构、小车机构、俯仰机构和大车机构。其中大车机构采用ACS交流变频器，其余四机构采用DCV700驱动器直流驱动。起升、开闭机构各用一套直流变流驱动器控制，小车和俯仰机构共用一套DCV700直流变流器进行控制，但它们不能同时动作，两机构带有互锁机构，根据实际需要而实行单独动作。下面分别介绍各机构装置。1、起升/开闭系统起升和开闭驱动机构是两个相互关联的机构，由于抓斗的动作必须两个机构配合，所以这两个机构应和在一起介绍。主起升传动部分（起升和开闭部分各一组）由两组两个并激励直流电机构成，每组各连一个齿轮箱，每组机构有四个盘式制动器，安装在主轴上并由电-液推杆释放，同时2个低速轴制动器由一个液压元件控制，主起升小车和俯仰的低速轴制动器都装在缆绳卷筒上。直流电机需强制冷却，每台电机各有一台恒速径向风机把冷风经滤网从非驱动轴端吹入电机，热风从另一端的出风口经过机房底板排出室外，驱动风机的电机参数为：交流380V，50HZ，15KW，1450RPM，主驱动电机参数为直流700V，480KW，1000RPM。主驱动电机的控制方式上，1#、2#卸船机和3#卸船机稍有不同，前两台卸船机每个机构共用一套变流系统，两台电机串在一起使用，其控制由ABB公司生产的APC应用控制器给出。3#卸船机每个机构各用两套变流系统，每套系统各自驱动一台电动机，其控制由ABB公司当时更为先进的AC80应用控制器给出。变流器的基本结构是相同的，每组直流电机由一个晶闸管变流器控制。变流器是六脉冲四象限全反馈和全数字控制型。应用控制器协调两个变流器的控制。两个变流器之间的通信由光缆完成，是串行的。电机的外辅助元件是基本相同的，每机构都是在其中一台主电机的非驱动轴端装有一套法兰装的脉冲编码器和超速开关组合件。起升和开闭机构各有一套凸轮开关，凸轮开关装在减速箱上，进行减速控制和位置限制。普通驱动模式为主从控制，当两个变流器同时工作时，从驱动器将从主驱动器得到指令。主从控制有三种模式：选择的顺序由APC或AC80控制。主从力矩控制：主驱动器(起升)为力矩控制，从驱动器(开闭)为速度控制。应用于抓斗在取料时，控制物料的重量。顺序：在抓斗以力矩控制方式下，开闭电机以速度控制抓斗闭合。负载平衡：从驱动器将从主驱动器得到指令。应用在起升/开闭抓斗时，保持抓斗的闭合并控制驱动器间的电流。顺序：当抓斗在物料中闭合时，闭合电机为速度控制，起升电机为力矩控制。物料中的抓斗在未完全闭合时上升，并转为平衡负载。然后闭合抓斗。主从转差控制：从驱动器将从主驱动器得到基准值，修正两个驱动器之间的位置偏差。应用于打开的抓斗在空中升降时，保持驱动器间的恒差。是多点式的通讯，由上位控制器AC410经AF100高速串行链路通讯。卸船机抓斗在闭斗上升时，开闭驱动器为主驱动器，起升驱动器为从驱动器，控制方式为力矩控制，起升驱动器所受力矩稍小于开闭驱动器，比例约为49：51。 卸船机抓斗在开斗下降时，起升驱动器为主驱动器，开闭驱动器为从驱动器，控制方式为速度控制，速度由起升驱动器给出，开闭驱动器保持跟随状态，基本不受力。抓斗的位置由安装在电机非驱动器轴端的脉冲相对编码器完成，编码器外侧还有一同轴离心式超速检测开关，其动作值整定在电机额定转速的115%左右。抓斗动作的各保护开关主要由安装在减速箱上的两组凸轮限位完成，装在电机上的增量型编码器（脉冲发生器），连接到DCV700（3#卸船机是DCS600）TC（力矩控制）和AC410上的DSDP170脉冲测速板，脉冲反馈有两个目的：电机速度反馈和位置分配。AC410通过编码器计算出的位置数据有几个作用，诸如：抓斗和小车的智能降速、软限位等。动态位置数据储备在AC410的DSDP170板的寄存模块中，寄存数据通过编码器发出的脉冲不断更新，寄存的数据由凸轮限位上的同步限位进行校正，当同步限位（一个双稳态限位开关）的状态从“0”变为“1”时，预设的数据，即相对应于同步限位开关的实际位置，便会被存入寄存器。这就叫同步，起升机构在上升时经过同步开关，驱动器即被同步。同步实际上是一种安全检测，为保证从AC410中获得的动作位置数据是精确的，每次经过同步开关时数据都要在同步位置与预设好的位置数据进行比较，当两者差距较大时，PLC就会给出停止命令，并通过监视屏报出故障信息。这时，只能在特殊模式下重新进行同步。抓斗机构的保护如下：设在起升减速箱上的凸轮限位共有五组触点：1）、上升停止限位 抓斗的起升最高点，位置一般为码头轨道面以上26米。2）、上升安全限位 是抓斗起升的二级保护限位，当上升停止限位失灵时采取的保护措施，有两个触点，一个接入PLC的DI点，另一个串入制动器的控制回路。位置一般为码头轨道面以上26.5米。3）、下降停止限位 是抓斗下降的最低点，位置一般为码头轨道面以下27.5米。4）、同步限位 用于起升的同步，位置大约是：1#、2#卸船机为码头轨道面以上16.2米，3#卸船机轨道面以上18.5米。开闭机构的凸轮限位比起升的少一组触点，即同步限位，其余的与起升一样。除凸轮限位外，抓斗机构还有其他保护：1）、普通模式软限位 抓斗在普通模式下，上升的最高点是21米，此设置为PLC系统中软限位，没有硬件。2）、超速保护 起升和开闭相对值编码器外侧各装有一个同轴超速开关，整定值为起升电机额定转速的115%左右，动作时，PLC将切断控制回路，给出超速故障报警。3）、过温保护 主驱动电机内各装有一组温控开关，当电机温度或温升达到预设温度时，PLC便会断开控制回路，并给出故障报警。4）、钢丝绳叠绕 每个钢丝绳卷筒底部都装有一个机械传动装置，当钢丝绳发生叠绕时，传动装置就会是该限位开关动作，PLC断开控制回路，并通过CMS显示屏给出故障报警。5）、俯仰水平限位 前大梁必须停在水平位置上，否则起升、开闭机构的运行都将被禁止。6）、过载保护 抓斗的称重由装在后大梁尾部的测力滑轮组上的两个传感器给出。传感器放大的模拟信号经过AI输入点接入PLC，PLC获取信号。抓斗负载以吨为单位，满负荷为62吨，超出此数值持续1秒钟，就会产生0级过载报警信号，此时抓斗可继续运行；超出71吨持续2秒钟，PLC将给出1级过载报警信号，此时抓斗只能下降，不能起升；负载超过77.5吨持续1秒钟，PLC将给出2级过载报警信号，此时起升和开闭机构的紧急制动器就会动作，正常情况下抓斗驱动器不能送电，必须将司机室的“过载旁路”按钮按下，并同时按送电按钮，驱动器方可得电，但起升不能超过5秒钟，必须进行开斗操作以后，此保护才能恢复正常。7）、风速测量与报警 在卸船机的最高处，T型架的顶端装有一风速仪，可测量055m/s的风速。当风速超过18m/s持续5秒钟时，就会产生大风警报信号，当风速低于此数值，警报自动复位；当风速超过20m/s持续10秒钟时，PLC将允许抓斗完成最后一个抓取循环的操作，使抓斗进入漏斗上方撒料以后停止，并给出大风停止故障警报；当风速超过25m/s持续5秒钟时，抓斗在任何位置都将被给出立即停止信号。为确保安全，风速低于20m/s持续2分钟，大风故障信号才允许被复位。给出大风停止信号以后，可以在特殊模式下进行锚定等操作。主起升驱动的操作可在司机室或机房操作箱，司机室有一个四通主控开关，由起升和开闭构成，位于联动台的右操作手柄，主控开关能无级速度反馈和四档切换，速度反馈来自主控开关的8比特数字编码器。机房操作箱包括4个按钮，起升上下，开闭上下。2、小车系统小车同样采用DCV700变流器（3#机用DCS600），原理与起升基本相同，小车运行驱动组成有一个并励的直流电机，连接到齿轮箱的轴上，卷筒上安装两个由电液推杆释放的盘式制动器。直流电机的强制冷却由安装在电机非驱动端的恒速风机将冷风通过过滤器抽进内部，热风从驱动端的排气筒经过机房底部排出室外。直流电机由晶闸管变流器控制，该变流器为六脉冲，四象限，全反馈，全数字式。装有脉冲发生器（编码器）的轴连接到变流器和AC410的输入端，它用于变流器的速度反馈和AC410的位置控制。变流器对小车运行的基本动作进行控制，如供应励磁，速度控制和制动控制。变流器和AC410进行上位通讯，通讯为高速串行多点式。注意：小车与俯仰共用一套驱动机构（因为这两个机构不会同时运行），两电机间用接触器来转换，并带有互锁装置，此接触器受控于小车和俯仰变流器上的APC（3#机AC80）。二者进行切换的条件是：1）、大梁水平位置，水平检测限位开关动作；2）、小车处于锚定状态，锚定限位动作；3）、司机室处于陆侧停靠位置，停靠限位开关动作；4）、小车位于漏斗上方，俯仰允许接近开关检测到信号。当以上条件满足后，动作俯仰或小车机构的相关按钮或手柄，系统便会自动切换至该机构。小车电机的非驱动轴端装有相对值编码器，用来检测小车位置和电机速度反馈。小车机构保护：1）、海侧安全限位 机械式限位开关，用于小车机构海侧停止的二