港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化研究

姚立權(quán) ,趙春雨 ,王偉

（1.遼寧卓異裝備制造股份有限公司，遼寧 營口 115004；2.遼寧綠港科技有限公司，遼寧 沈陽 110041）

港口電氣自動化主要是指港口電氣設(shè)備管理和港口運(yùn)行自動化控制和操作的實現(xiàn)。港口電氣自動化系統(tǒng)的建立是在綜合應(yīng)用繼電器、定時器、接觸器、觸點開關(guān)的基礎(chǔ)上打造集中控制、人工智能、自動化操作管理系統(tǒng)。從實際應(yīng)用情況來看，港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用擁有廣闊的發(fā)展前景，符合港口現(xiàn)代化管理需要。

1 港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制模型的建立

在信息網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展下，港口區(qū)域大型機(jī)械發(fā)展面臨更多發(fā)展機(jī)遇，可在優(yōu)化調(diào)度控制和監(jiān)測港口區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)港區(qū)區(qū)域內(nèi)大型機(jī)械電動自動化控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，在一定程度上減少了成本費(fèi)用的消耗?；诟劭趨^(qū)域發(fā)展的工業(yè)控制提出一種人工完成港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制參數(shù)的設(shè)定，提升了港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制的抗干擾能力。在對港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制參數(shù)計算的基礎(chǔ)上打造了電氣自動化控制模型非線性方程如（1）所示在自動化控制模型干擾抑制系統(tǒng)中打造了三層學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。通過對港口區(qū)域大型機(jī)械電氣電流數(shù)據(jù)信息的計算設(shè)計出港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制模型。

（在公式中，X、f（xX，t）、fθ（X ，t）、g（θX， t）等代表的是港口區(qū)域內(nèi)大型機(jī)械電氣控制干擾項。）

2 港口電氣自動化發(fā)展現(xiàn)狀

（1）散貨碼頭自動化。從發(fā)展實際情況來看，我國港口電氣系統(tǒng)設(shè)備和設(shè)計仍需國外大型公司提供，在綜合應(yīng)用PLC半自動、計算機(jī)監(jiān)管等先進(jìn)技術(shù)的情況下實現(xiàn)港口碼頭的自動化發(fā)展。而我國港口碼頭的自動化發(fā)展在軟硬件、監(jiān)督管理、綜合調(diào)度等方面仍與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。

（2）集裝箱碼頭自動化。在經(jīng)濟(jì)全球化的深化發(fā)展下，國際貿(mào)易和集裝箱運(yùn)輸存在密切的關(guān)聯(lián)，通過自動化的實現(xiàn)能提高港口裝卸效率和裝卸操作能力。我國在上個世紀(jì)七十年代中期開始大力發(fā)展集裝箱運(yùn)輸，在發(fā)展的過程中研制出RTG、CC等設(shè)備，并在經(jīng)濟(jì)全球化的深入影響下得到普遍推廣應(yīng)用。但與發(fā)達(dá)國家相比，港口集裝箱碼頭自動化發(fā)展仍然存在很多亟待提升的問題，比如自動化碼頭系統(tǒng)的打造缺乏有效研究、自動化碼頭缺乏對高效設(shè)備和先進(jìn)系統(tǒng)的可持續(xù)開發(fā)。

（3）現(xiàn)場部分。港口電氣自動化現(xiàn)場操作主要由壓力傳感器、限位開關(guān)、可編程操作系統(tǒng)等共同組成，在多個系統(tǒng)的綜合下能夠?qū)崿F(xiàn)對各類設(shè)備使用操作的有效控制，在第一時間獲取港口集裝箱實時性的數(shù)據(jù)信息。

（4）通訊部分。從現(xiàn)有發(fā)展來看，港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息、信號控制操作較為繁雜。為此，在實際操作中可以應(yīng)用現(xiàn)場總線來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸，對不適合港口現(xiàn)場操作布線空間可以應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行處理，提升數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、有效性。

3 港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制設(shè)計

3.1 可編程邏輯控制器在港口電氣自動化中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器在港口電氣自動化控制中的應(yīng)用能更好促進(jìn)港口自動化、現(xiàn)代化發(fā)展?？删幊踢壿嬁刂破鞑捎靡幌盗锌删幊檀鎯ζ?，能實現(xiàn)對港口運(yùn)作各類數(shù)據(jù)信息的有效存儲、邏輯運(yùn)算、順序控制，并通過數(shù)字或者模擬輸入、輸出操作來控制各類機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。結(jié)合現(xiàn)代港口運(yùn)行發(fā)展實際情況， 可編程邏輯控制器在港口固定機(jī)械、流動機(jī)械系統(tǒng)控制管理中得到了廣泛的應(yīng)用，降低了相關(guān)人員的工作強(qiáng)度。

（1）可編程邏輯控制器在港口門座起重機(jī)中的應(yīng)用。門座起重機(jī)是當(dāng)前港口碼頭工作常用的裝卸機(jī)械，主要由行走、旋轉(zhuǎn)、起升等部分組成，具體操作中比較繁雜，對電動機(jī)、變壓器、接觸開關(guān)的使用提出更高要求。門式起重機(jī)的各個結(jié)構(gòu)能夠聯(lián)合驅(qū)動，司機(jī)操作主令控制器的可編程邏輯控制輸入端口，在外部信號干擾系統(tǒng)正常工作的時候，可編程邏輯控制器會輸出24V的直流信號，實現(xiàn)自動啟動。可編程邏輯控制器在港口門座起重機(jī)中的使用有效降低了工作者的勞動強(qiáng)度，提升了港口工作效率?？删幊踢壿嬁刂破髟诟劭陂T座起重機(jī)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 可編程邏輯控制器在港口門座起重機(jī)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（PS是電源模塊，IM是接口模塊，CPU是中央處理單元，TP是觸摸屏）

（2）可編程邏輯控制器在港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)中的應(yīng)用。港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)安全性、可靠性直接影響港口運(yùn)行發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益。借助可編程邏輯控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的綜合保護(hù)和集中控制，特別是可編程邏輯控制系統(tǒng)和調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)的結(jié)合，能夠打造一個完整操作、調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)對整個港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的遙控，提高港口貨物運(yùn)輸效率。

（3）可編程邏輯控制在港口除塵方面的應(yīng)用。對于輸送煤炭資源的港口，在其間堆放的煤炭隨風(fēng)揚(yáng)塵變化會帶來一系列環(huán)境污染問題。這類環(huán)境問題的一般治理方式是應(yīng)用高壓噴槍定時灑水清理，一方面能夠防止粉塵的飛揚(yáng)，另一個方面在夏季的時候降低煤堆溫度、減少煤炭自燃現(xiàn)象?？删幊踢壿嬁刂圃诟劭诔龎m中的應(yīng)用能夠在確保除塵質(zhì)量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對灑水操作的及時控制，降低港口除塵工作強(qiáng)度?？删幊踢壿嬁刂葡到y(tǒng)可以通過分布式I/O結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實現(xiàn)對整個上位機(jī)操作畫面的控制和監(jiān)督，幫助相關(guān)人員更好的了解泵房內(nèi)部水泵的工作狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、水池狀態(tài)等，為港口順利生產(chǎn)和運(yùn)行提供重要支持。

3.2 港口電動RTG技術(shù)的應(yīng)用

圖2 港口集裝箱設(shè)備自動化集成系統(tǒng)

電動RTG在港口中的應(yīng)用能夠有效減少污染物的排放，優(yōu)化港口工作環(huán)境，節(jié)省港口運(yùn)行成本。在港口運(yùn)行中RTG油改電技術(shù)的應(yīng)用主要涉及到三種供電方式，包含電纜卷筒、低架剛性滑觸線、高架滑觸線三種供電方式。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展支持下，港口電動RTG技術(shù)將會朝著直流供電、超級電容等蓄能設(shè)備方向發(fā)展。

3.3 港口散貨裝卸自動化技術(shù)的應(yīng)用

在國外，大型散貨碼頭應(yīng)用的裝備具備半自動化發(fā)展功能，可在人工輔助操作下能夠自主設(shè)定參數(shù)，實現(xiàn)港口作業(yè)自動化發(fā)展。

（1）集裝箱裝卸自動化技術(shù)。全球第一個港口集裝箱裝卸自動化運(yùn)行技術(shù)是在荷蘭應(yīng)用的，經(jīng)試運(yùn)行后在德國、新加坡、日本等碼頭也實現(xiàn)了該技術(shù)的運(yùn)行。2006年，我國上海、香港密切合作，在高橋二期碼頭打造出第一個集裝箱自動化堆場，在綜合應(yīng)用圖像、激光測量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了全自動化對箱、落箱港口的操作。

（2）散貨裝備自動化掃描和控制技術(shù)。在散貨裝卸操作中，實時性的監(jiān)視作業(yè)料堆高度、堆型是十分必要的，同時，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精確計算之后可為港口后續(xù)操作提供重要數(shù)據(jù)支持。在港口裝卸操作中人們獲取的數(shù)據(jù)信息有的是用肉眼觀測的，有的則需應(yīng)用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行測量。為了確保數(shù)據(jù)信息的測量和獲取不過多的受外界環(huán)境的干擾，可以將料堆輪廓自動檢測技術(shù)應(yīng)用到港口散貨裝卸作業(yè)操作中，利用激光測距原理，在港口斗輪堆取料機(jī)中安排定位系統(tǒng)，完成對目標(biāo)作業(yè)的檢測。第一，抓斗卸船自動化掃描控制。在TPS的內(nèi)部往往具備兩個偏轉(zhuǎn)鏡，在偏轉(zhuǎn)鏡的作用下能夠?qū)l(fā)射的激光有效反射回來，反射回來的激光會被激光接收器接收。之后通過精密性儀器的測量能夠計算出發(fā)射光、反射光之間的時間差，進(jìn)而精準(zhǔn)計算出物體和激光器之間的距離。在偏轉(zhuǎn)鏡的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)物體的連續(xù)掃描，了解目標(biāo)物的三維位置數(shù)據(jù)信息。第二，斗輪堆取自動化掃描控制。斗輪堆取自動化掃描控制技術(shù)在實際應(yīng)用中和卸船機(jī)操作一樣，一般都需要借助TPS進(jìn)行掃描操作。在掃描操作中，TPS會將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到相應(yīng)的取料機(jī)上，經(jīng)過取料機(jī)的處理來獲取更多數(shù)據(jù)信息。之后應(yīng)用立體化表面還原算法獲取整個料堆的形狀、位置信息等，在綜合利用各類數(shù)據(jù)的情況下向人們展示立體化堆料圖形。

（3）集裝箱設(shè)備自動化技術(shù)。對于外高橋集裝箱碼頭發(fā)展來講，基本打造了自動化裝卸作業(yè)和操作控制系統(tǒng)，可對內(nèi)外集卡、作業(yè)箱分別自動定位操作和自動化裝卸。港口集裝箱設(shè)備自動化集成系統(tǒng)具體如圖2所示。

3.4 港口自動定位技術(shù)的應(yīng)用

通過港口無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用打造實時性綜合自動定位監(jiān)控管理系統(tǒng)，可提升港口系統(tǒng)工作效率，節(jié)省不必要的勞動力資源。港口集裝箱碼頭自動化發(fā)展的前提是確定集裝箱位置和各類裝卸運(yùn)輸設(shè)備的位置，在港口管理發(fā)展中減少設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)的成本費(fèi)用，減少錯誤集裝箱的出現(xiàn)。在科技發(fā)展支持下，港口可以打造定位和糾偏系統(tǒng)，在綜合應(yīng)用全球定位新、差分式全球定位系統(tǒng)、無線脈沖接發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化港口發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，對港口區(qū)域大型機(jī)械自動化控制進(jìn)行完善能夠在一定程度上減少港口區(qū)域工業(yè)發(fā)展成本費(fèi)用，在港口發(fā)展的過程中減少其對周圍環(huán)境的污染和破壞。本文借助最新技術(shù)形式提出了一種港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動化控制工作的抗干擾分析模型，為港口區(qū)域大型機(jī)械化發(fā)展提供了重要支持。結(jié)合當(dāng)前港口區(qū)域大型機(jī)械自動化控制發(fā)展現(xiàn)狀，提出RTG技術(shù)、可編程控制器、裝卸自動化等技術(shù)在港口大型機(jī)械電氣自動化發(fā)展中的應(yīng)用，旨在能夠更好地促進(jìn)港口自動化發(fā)展。