港口機(jī)械電氣自動化技術(shù)與控制探討

程廣恩

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司陸上重工設(shè)計研究院，上海 200125）

1 電氣自動化控制技術(shù)概述

1.1 設(shè)計理念

根據(jù)設(shè)計理念，電氣自動化控制技術(shù)在應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)總線監(jiān)測、集中監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)測的功能，設(shè)計理念具體體現(xiàn)如下：（1）集中監(jiān)測中，電氣自動化控制技術(shù)能夠通過一個處理器完成整個控制，控制過程靈活、簡便，具有較強(qiáng)的可維護(hù)性和運(yùn)行便捷性。（2）在總線監(jiān)測中，控制功能呈現(xiàn)出集中性，有助于高效完成現(xiàn)場監(jiān)控。將該技術(shù)應(yīng)用于各個領(lǐng)域，以上設(shè)計理念都呈現(xiàn)出了較強(qiáng)的應(yīng)用價值。因此在實(shí)際構(gòu)建該技術(shù)的整體框架時，應(yīng)結(jié)合具體的應(yīng)用環(huán)境和需求，不斷完善設(shè)計方案。

1.2 特點(diǎn)

（1）盡管信息量小，但是在準(zhǔn)確性和速度方面呈現(xiàn)出較高的優(yōu)勢。（2）反應(yīng)速度較快，能夠在短時間內(nèi)進(jìn)行信號傳遞，更能夠?qū)崿F(xiàn)兼容遠(yuǎn)程操縱。（3）控制過程上，僅需要較短的時間且效率較高。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制。

2 PLC電氣自動化技術(shù)與控制

2.1 PLC在港口門式起重機(jī)中的應(yīng)用

將PLC技術(shù)應(yīng)用于港口門式起重機(jī)當(dāng)中，即使在頻繁的操作中，也有助于使港口起重機(jī)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，避免了操作失靈和靈敏性降低的缺陷。在實(shí)際操作的環(huán)節(jié)，要求操作人員在操作主令控制器這一媒介基礎(chǔ)上，有效控制PLC輸入、輸出外接端口與聯(lián)鎖電路、過壓電路以及過流電路等。當(dāng)直流24V信號出現(xiàn)在PLC輸出端時，說明正常運(yùn)行狀態(tài)是對應(yīng)門式起重機(jī)的PLC外圍輸出信號狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上能夠促使合理驅(qū)動在小型化繼電器裝置線圈中實(shí)現(xiàn)，接觸器線圈在運(yùn)行中的小型繼電器上會被觸動，設(shè)備內(nèi)部的各個運(yùn)作機(jī)構(gòu)隨之啟動并進(jìn)入到運(yùn)行模式。圖1為港口門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 港口門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2 PLC在港口膠帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

電氣自動化系統(tǒng)是傳統(tǒng)港口膠帶運(yùn)輸機(jī)的主要特點(diǎn)，分布式控制結(jié)構(gòu)是其典型結(jié)構(gòu)，在這一系統(tǒng)內(nèi)部，現(xiàn)場控制裝置、現(xiàn)場檢測裝置以及控制站等為現(xiàn)場控制系統(tǒng)的3個主要內(nèi)容，而現(xiàn)場監(jiān)視屏、操作員裝置、監(jiān)控中心以及服務(wù)器裝置等多個部分共同構(gòu)成了運(yùn)輸機(jī)電氣自動化的集中控制系統(tǒng)，通常需要在中央控制室中設(shè)置集中控制器，在TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，可以促使交互、數(shù)據(jù)通訊工作在控制站與集中控制裝置之間實(shí)現(xiàn)，在這一過程中，離不開一個重要的網(wǎng)絡(luò)媒介，即以太網(wǎng)。要想實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交互過程，設(shè)備處于具體的運(yùn)行狀態(tài)中時，如果數(shù)據(jù)通訊同集中控制裝置之間擁有＞1200m的交互距離，此時二者之間的連接不僅需要對以太網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用，同時還必須增設(shè)中繼器，以構(gòu)建更加良好的數(shù)據(jù)交互結(jié)果。

2.3 PLC在港口集裝箱橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

裝卸橋電氣系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)交互多、設(shè)備分布范圍廣等特點(diǎn)，將PCL應(yīng)用于該系統(tǒng)中，促使PLC的狀態(tài)數(shù)據(jù)、給定信號以及控制命令等內(nèi)容更加完善，而由系統(tǒng)驅(qū)動器及PLC共同構(gòu)成的信息共享系統(tǒng)則呈現(xiàn)出較強(qiáng)的完善性，有助于設(shè)備關(guān)聯(lián)控制的高效性。在港口集裝箱橋式起重機(jī)電氣自動化當(dāng)中充分利用PLC技術(shù)，能夠更加有效的說明系統(tǒng)故障、驅(qū)動器顳部故障以及PLC數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)，工程技術(shù)人員在日常工作中，可以及時對系統(tǒng)中的故障進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和排除，對于提升系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。重要參數(shù)需要被設(shè)置于驅(qū)動器內(nèi)部，其為技術(shù)輸出奠定了良好基礎(chǔ)，PLC能有效儲存故障的歷史信息以及驅(qū)動器的相關(guān)信息，在對相關(guān)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行全面統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，如吊具開閉鎖次數(shù)、制動器累積工作次數(shù)、接觸器動作次數(shù)和各個機(jī)構(gòu)運(yùn)行時間等，有助于系統(tǒng)設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。在充分應(yīng)用CCMS的背景下，能夠構(gòu)建一個人機(jī)友好的交流界面，系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)可以被操作人員第一時間掌握，在直接連接、轉(zhuǎn)接光纜轉(zhuǎn)換器的背景下，PLC及系統(tǒng)遠(yuǎn)程站之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享，在此基礎(chǔ)上可以形成透明化以及準(zhǔn)確性較高的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，極大提升了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、靈活性，為操作人員更加高效的展開工作奠定良好的基礎(chǔ)。

3 散貨裝卸自動化技術(shù)與控制

3.1 集裝箱裝卸自動化技術(shù)

世界首座自動化運(yùn)行集裝箱碼頭為荷蘭鹿特丹港ECT碼頭，于1993年正式建成并投產(chǎn)。此后的幾年中，香港、新加坡、德國以及日本等都展開了集裝箱自動化運(yùn)行建設(shè)。針對德國以及荷蘭自動化碼頭來講，其構(gòu)建過程中將各種組合應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用在了堆場，如自動化導(dǎo)向車、軌道式龍門吊等；堆區(qū)另一端的外集卡裝卸控制應(yīng)用了遙控吊具、遠(yuǎn)程人工操作等技術(shù)和設(shè)施。新加坡碼頭在構(gòu)建中，將高架式自動化場橋應(yīng)用在了自動化堆場，其優(yōu)勢在于擁有較小的自重，可以實(shí)現(xiàn)精確定位等，因此針對水中樁來講具有更高的應(yīng)用價值，但是其缺陷在于僅適用于內(nèi)集卡作業(yè)。香港的HIT碼頭以及日本東京碼頭在構(gòu)建的過程中所采用的自動化技術(shù)主要為軌道式龍門吊等半自動化技術(shù)，因此運(yùn)行過程中僅能采用大車自動化作業(yè)方式，在內(nèi)、外集卡自動化裝卸中需要利用人工操作。我國高橋2期碼頭于2006年建成，作為我國的首個集裝箱自動化堆場，其運(yùn)行過程中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位和科學(xué)的激光測量，同時還能充分的應(yīng)用圖像等先進(jìn)技術(shù)，這一碼頭成為世界首座內(nèi)、外集卡全自動化對箱、落箱的港口。

3.2 散貨裝備自動掃描與控制技術(shù)

在散貨裝卸作業(yè)中，針對料堆的堆型分布、最大和最小高度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測至關(guān)重要，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)則展開計算，只有這樣才能夠更加科學(xué)合理的確定后續(xù)操作的作業(yè)參數(shù)。以往上述數(shù)據(jù)都是通過估測和肉眼觀察的方式來獲取，部分?jǐn)?shù)據(jù)在獲取的過程中采用了攝像機(jī)等工具。在此基礎(chǔ)上形成的數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏精確性，很容易受人為情緒、時間、氣候等客觀因素的影響，人為失誤會導(dǎo)致數(shù)據(jù)形成較大的誤差，故此在實(shí)際操作的過程中容易引發(fā)各種嚴(yán)重的事故，如船體受損、堆場地面損壞、沉船以及翻船等。所以，在港口散貨裝卸作業(yè)中合理應(yīng)用料堆輪廓自動檢測技術(shù)至關(guān)重要，而在這一過程中，有助于設(shè)備自動化的實(shí)現(xiàn)，包括斗輪堆料機(jī)、卸船機(jī)和裝船機(jī)等。根據(jù)激光測距原理，將目標(biāo)定位系統(tǒng)安裝于抓斗卸船機(jī)和斗輪堆取料機(jī)中，可以將其檢測器件的功能充分發(fā)揮出來；將激光掃描儀安裝于裝船機(jī)中，能夠更加高效的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測作業(yè)。

（1）抓斗卸船自動化掃描與控制。2個偏轉(zhuǎn)鏡存在于TPS內(nèi)部，激光由激光器發(fā)射出來，在兩級偏轉(zhuǎn)鏡反射的基礎(chǔ)上，會在物體表面映射出來，在此基礎(chǔ)上對激光進(jìn)行反射，最后會被激光接收器所接收。在精密檢測的過程中，需要對于反射光與出射光之間形成的時間差進(jìn)行充分的計算，并精確掌握激光器與物體之間的距離。在對第2級偏轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行充分應(yīng)用的過程中，可以在利用目標(biāo)物體的基礎(chǔ)上促使激光產(chǎn)生2維連續(xù)性掃描，同時科學(xué)測量目標(biāo)表面各點(diǎn)之間的距離，物體三維位置數(shù)據(jù)在各點(diǎn)反射激光的距離和角度基礎(chǔ)上可以更加精確。結(jié)合該點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，通過合理計算，能夠全面提取目標(biāo)物體表面的位置以及形狀特點(diǎn)，此時可以將物體的表面形狀進(jìn)行還原。在對激光測距進(jìn)行充分應(yīng)用的過程中，自動化檢測與識別可以針對船艙位置、船體等多個目標(biāo)實(shí)施，其中可以高度識別艙底與艙口，充分檢測船艙內(nèi)物料的分布情況和物料類型等。

（2）斗輪堆取自動化掃描控制。該技術(shù)同卸船機(jī)相同，在實(shí)際使用的過程中，掃描都需要借助TPS。實(shí)際展開掃描操作時，堆取料機(jī)運(yùn)行中心可以接收到來自TPS的數(shù)據(jù)，將TPS安裝位置信息與堆取料機(jī)PLC相關(guān)位置信息進(jìn)行結(jié)合，在對立體化表面還原算法進(jìn)行應(yīng)用的過程中，可以有效獲取料堆位置和立體形狀等信息。針對本地工作中心來講，其運(yùn)行中可以有效的處理各種數(shù)據(jù)，同時需要在中央控制室服務(wù)器中對其進(jìn)行傳遞和保存，在這一過程中，還需要將數(shù)據(jù)庫信息與控制室內(nèi)部的遠(yuǎn)程終端進(jìn)行結(jié)合，充分展示立體化料堆圖形。

4 結(jié)語

綜上所述，近年來，我國在積極進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的過程中，港口機(jī)械電氣自動化的技術(shù)水平明顯提升，在這種情況下，現(xiàn)代港口呈現(xiàn)出大型化、自動化和智能化的特點(diǎn)，為我國的進(jìn)出口貿(mào)易提供了機(jī)電的便利。本文針對我國廣泛應(yīng)用的PLC電氣自動化技術(shù)及散貨裝卸自動化技術(shù)與控制展開了探討，希望為我國港口的未來建設(shè)奠定一定的理論基礎(chǔ)。