探究港口機械電氣系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

李海峰LI Hai-feng

（上海振華重工（集團）有限公司，上海 200125）

0 引言

在全球化經(jīng)濟趨勢的不斷發(fā)展，我國開始與其他國家保持密切的聯(lián)系。因此，港口機械電氣系統(tǒng)運行機制也得到了快速的發(fā)展。港口機械電氣系統(tǒng)以高科技為切入點，將電氣控制設(shè)備連接到工作臺上，確保設(shè)計的可靠性。港口機電系統(tǒng)涉及內(nèi)容和工作環(huán)境相當復雜，需要分析目前的機電系統(tǒng)。在實際工作中，港口機械電氣系統(tǒng)主要以繼電器為主，控制內(nèi)部模式復雜，導致實際效率極易產(chǎn)生過多的能源消耗。因此，為了為港區(qū)作業(yè)創(chuàng)造良好的環(huán)境，必須不斷提高港口機械電氣系統(tǒng)可靠性運行水平。

1 港口機械設(shè)備配置概述

港口輪胎式起重機，由兩個門框和下梁組成，并由橡膠輪胎作為重力支撐。它可以在通道平臺上進行水平和線性運行，同時可實現(xiàn)垂直旋轉(zhuǎn)90°的運行。其主要的起重裝置，安裝在設(shè)備的吊鉤上方。為了能更好的控制吊具的升降，起重機的主吊鉤設(shè)計成只能在升降平衡梁時完成一小段行程，而其它部件可以實現(xiàn)自由升降。在進行吊裝任務(wù)時，起升和安放懸掛部件時，可以快速調(diào)度到指定裝運的位置。它還能夠應(yīng)用于端口工作流，實現(xiàn)了生產(chǎn)效率、速度和靈活性的整體提升。對于電氣支撐的相關(guān)機械設(shè)備，需要也有同樣的要求。制動設(shè)備在高度方面，需要機械設(shè)備的開關(guān)、變壓器和電機等電氣元件必須滿足操作要求。對于港口機器設(shè)備來說，大部分都是戶外工作，運行環(huán)境較差。港口設(shè)備在運行過程中，由于其隨機性高，對于做好電氣安全管理尤為重要，并且應(yīng)注意安全、保護和故障診斷功能。

2 港口機械電氣系統(tǒng)可靠性設(shè)計

2.1 電氣傳動系統(tǒng)的設(shè)計

在港口機械電氣系統(tǒng)設(shè)計中，必須調(diào)整交流繞組感應(yīng)轉(zhuǎn)子電阻的速度。這類操作可以直觀地進行管理工作，降低維護成本?？筛鶕?jù)起重機的承載能力，合理調(diào)整轉(zhuǎn)子的電阻，并采用PLC 系統(tǒng)代替邏輯控制，保證電氣系統(tǒng)的運行安全，提高整個系統(tǒng)和設(shè)備的自動化水平，保證了設(shè)備的運行安全性和可靠性。交流異步電動機運行中，要改進交流電動機的通用方法，提高調(diào)速的范圍和標準，開發(fā)連續(xù)控制方法，保證控制的平穩(wěn)運行。這類方法在初期投資較大，生產(chǎn)工藝較為復雜。使用變頻速率控制方法來提高整體穩(wěn)定性，采用平滑速率控制細化具體的發(fā)展方向，以提高管理的效率和質(zhì)量。在調(diào)節(jié)管理中，可采用渦流調(diào)節(jié)制動率的方法，控制直流勵磁。通過配套感應(yīng)電機和控制渦流，對制動器進行改進，確保渦流制動器在低速下使用。

2.2 電氣照明系統(tǒng)設(shè)計

在港口設(shè)備電氣照明系統(tǒng)設(shè)計中，必須做好照明燈具的選擇，實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計的目標，選擇最佳的燈具，以提高整體照明設(shè)計效率和質(zhì)量。在選擇燈具中，由于港口設(shè)備的照明系統(tǒng)在運行中受到機械運行的影響，需要選擇功率較大的燈具，以此來擴大照明面積?？稍诮Y(jié)構(gòu)區(qū)使用金鹵燈，在輔助區(qū)選擇節(jié)能燈，以提高系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用效果，確保在滿足照明的情況下不影響其設(shè)計效果。港口機械電氣照明系統(tǒng)在長期運行中，會消耗大量的電力，不僅會增加成本，還會違反港口運營和生產(chǎn)要求。因此，在設(shè)計工作中，必須堅持節(jié)能原則，采用系統(tǒng)類型、管理類型和考核類型的方法，降低系統(tǒng)能耗，并確保優(yōu)化設(shè)計各個方面的合規(guī)性。正常情況下，設(shè)備照明系統(tǒng)需要確?？梢哉＿\行和熄滅，也可用于現(xiàn)場的維修和應(yīng)急作業(yè)。設(shè)計要綜合考慮照明的各個方面，劃分系統(tǒng)類型，在嚴格指導下，提高照明系統(tǒng)設(shè)計效果。對于港口設(shè)備的照明系統(tǒng)，在運行中屬于強電流系統(tǒng)，在觸電方面存在安全隱患。因此，在設(shè)計工作中，需要結(jié)合要求和內(nèi)容，創(chuàng)建合理的控制系統(tǒng)，以保證整個電氣照明的安全性和可靠性。同時，設(shè)計人員還需要做好絕緣設(shè)計，完善保護管理，結(jié)合電氣照明系統(tǒng)的性能，建立智能保護管理機制，確保整體管理的可靠性和效率。在照明優(yōu)化項目中，還需要根據(jù)照明系統(tǒng)的類型進行多種設(shè)計和改造，以此來形成良好的協(xié)調(diào)機制。

2.3 PLC 控制系統(tǒng)的起重機控制系統(tǒng)

PLC 控制系統(tǒng)的工作原理是利用可編程存儲器進行程序的精確計算和控制，通過輸入輸出控制機械操作來完成生產(chǎn)過程。在控制系統(tǒng)中，PLC 控制的工作原理與計算機幾乎相同，港口機械電氣系統(tǒng)組成部分與計算機沒有太大區(qū)別。在使用PLC 控制系統(tǒng)時，需要采集樣品，樣品的形狀有不同的壓力和限位開關(guān)等標志。在收集到樣本后，技術(shù)人員需要執(zhí)行下一步流程，逐步完成檢索源信息。港口機械采用PLC 控制系統(tǒng)，降低了傳統(tǒng)港口設(shè)備運行中的高能耗問題，同時還可以降低系統(tǒng)運行的電力消耗，提高港口機械設(shè)備的運行效率。將PLC 控制系統(tǒng)集成到港口機械設(shè)備中，這對于港口的日常和管理來說非常重要。

以港口機械上的起重機控制系統(tǒng)為例，在港口起重機電氣中引入PLC 控制系統(tǒng)，使用起重機入口和出口點作為執(zhí)行指令。使用該指令控制起重機和其他功能。由于PLC 控制系統(tǒng)的改進，港口起重機的工作效率和速度都得到了提高?，F(xiàn)代化的港口機械設(shè)備主要應(yīng)用功能是可以滿足港口的實際作業(yè)需要。隨著應(yīng)用市場需求的增加，控制系統(tǒng)的類型也有不同的特點。在港口設(shè)備的運行中，需要找到合適的系統(tǒng)類型，以便根據(jù)系統(tǒng)運行原理進行有限的分析，以滿足港口機械起重機的實際運行要求。此外，還必須按照門干擾保護對PLC 控制系統(tǒng)運行中的相關(guān)干擾因素進行監(jiān)測，確保港口機械電氣系統(tǒng)可以正常高效的運行。在進行起重機控制系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)重點關(guān)注起重機起升結(jié)構(gòu)、程序管理和輔助系統(tǒng)設(shè)計。分析傳統(tǒng)門式起重機吊裝存在的問題，如傳統(tǒng)起重機操作能耗和運行成本高等問題，在此基礎(chǔ)上引入可控制的變頻設(shè)備。在開發(fā)PLC 程序時，還必須根據(jù)實際情況進行起升制動，以確保在運行中不會出現(xiàn)故障。在管理PLC 程序時，還應(yīng)確?？刂破鞯倪x擇和配置合理，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整控制參數(shù)?？梢詮牟僮髋_和安全裝置入手，確保起重機復制系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮作用，確保設(shè)備和電氣系統(tǒng)的運行安全可靠。

2.4 動力配電設(shè)計

目前港口設(shè)備電氣系統(tǒng)以能源和電力為主，在設(shè)計機械電氣系統(tǒng)時，配電設(shè)計也是非常重要的工作。在具體設(shè)計中，設(shè)計人員要確認端口設(shè)備配電的基本原則，確保滿足標準規(guī)范和后續(xù)實際操作要求。港口機械和電氣設(shè)備在運行中，動力設(shè)備和配電裝置處于分散狀態(tài)。在具體的設(shè)計中，端口機和動力設(shè)備的供電方需要是確定的，并以此為基礎(chǔ)。合理的系統(tǒng)運行設(shè)計實現(xiàn)對供電方式的控制，真正保證港口機械和用電相關(guān)功能的穩(wěn)定性和安全，并在此基礎(chǔ)上提高設(shè)備電氣系統(tǒng)的運行效率。明確機電設(shè)備電纜的連接方式，在設(shè)計過程中要確保滿足港口設(shè)備配電規(guī)范的具體要求。在港口機械電氣系統(tǒng)設(shè)計中，受到關(guān)鍵因素的控制，會出現(xiàn)連接方式、保護措施和其他互動形式，在此基礎(chǔ)上保證了設(shè)備的穩(wěn)定運行。最后，必須清楚地了解設(shè)備的供電系統(tǒng)與其他系統(tǒng)關(guān)系，并確定具體的要求，以解決各類運行沖突。不僅需要有效地改善港口機械的電氣設(shè)備，穩(wěn)定性也可以在更大程度上控制設(shè)備的運行成本，這對提高設(shè)計質(zhì)量具有積極的作用。

2.5 電氣防雷設(shè)計

雷擊是影響港口機械電氣系統(tǒng)正常運行的常見問題。雷電將極大地影響安全運行。因此，對于制定電氣防雷措施尤為重要。在防雷工程實施中，需要在機械供電系統(tǒng)中根據(jù)區(qū)域的特點，進行防雷設(shè)計。大多數(shù)設(shè)備都處于容易引起火災(zāi)或爆炸中。因此，在進行防雷工程時，防雷設(shè)計必須滿足使用現(xiàn)狀。需要注意的是，在進行設(shè)計端口機和電氣防雷時，應(yīng)注意相關(guān)設(shè)備的功能防雷、系統(tǒng)防雷和結(jié)構(gòu)防雷，有效保證設(shè)備在雷擊下的安全性和穩(wěn)定性的運行[1]。

2.6 電力系統(tǒng)接地設(shè)計

電力系統(tǒng)接地設(shè)計主要工作內(nèi)容是設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和部件的設(shè)計，如主體結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)和金屬部件等，通過應(yīng)用優(yōu)化策略實現(xiàn)。確保每個等電位結(jié)構(gòu)的連接，確保端口的電氣設(shè)備部分都可以連接到總線。全面控制等電位各類連接點，關(guān)注PE 總線與中繼線的連接方式。對于港口機械和設(shè)備的特殊結(jié)構(gòu)或部件，在設(shè)計接地時，采用局部等電位接地與公共接地相結(jié)合的方式，以保證其安全運行[2]。

2.7 輪胎起生重機的液壓工作原理

首先動力轉(zhuǎn)向的工作原理。液壓泵通過回流閥驅(qū)動轉(zhuǎn)向油缸。轉(zhuǎn)向油缸再驅(qū)動車橋，并帶動輪胎實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。車橋的轉(zhuǎn)向支架上裝有傳感器，能檢測輪胎的轉(zhuǎn)向角。方向閥各自控制一個油缸。當車軸旋轉(zhuǎn)到初始角度時，轉(zhuǎn)向角傳感器發(fā)出信號，使比例電磁閥斷電，換向閥返回中立位置。油缸停止供油時，油缸鎖定在該定位的轉(zhuǎn)向角。車軸在轉(zhuǎn)向油缸的驅(qū)動續(xù)轉(zhuǎn)動，直到車軸回到設(shè)定的角度，轉(zhuǎn)向工作完成。改變換向閥的比例電磁閥的電流，可實現(xiàn)改變軸的轉(zhuǎn)向速度。得益于電控系統(tǒng)，實現(xiàn)了縱向、水平以及原地旋轉(zhuǎn)三種轉(zhuǎn)向模式。其次是起升工作原理。液壓泵通過換向閥控制起重機馬達，并驅(qū)動滾筒實現(xiàn)起升貨物的功能。起重機裝有速度傳感器，與換向閥構(gòu)成控制系統(tǒng)。當傳感器檢測到起重機速度高于平均速度時，控制系統(tǒng)會降低速度。能過減少電磁閥電流，調(diào)節(jié)了絞車液壓馬達的流量，使卷筒速度降低到中速。傳感器檢測到速度低于平均速度時，控制系統(tǒng)自動增加電磁鐵的電流，使從液壓馬達和卷筒的絞盤速度上升到中速。起重過程分為重載、低速和輕載，檔位可連續(xù)調(diào)節(jié)。液壓馬達為電控兩級可變馬達。在液壓泵輸出恒定時，液壓馬達處于小排量狀態(tài)。此時可實現(xiàn)高速或輕載工況。當電控電磁鐵關(guān)閉時，處于大排量狀態(tài)。此時是重載、低速工況。兩種工況下，可連續(xù)調(diào)節(jié)回油閥電的磁鐵電流，調(diào)節(jié)至液壓馬達正常的流量，實現(xiàn)連續(xù)控制起升速度。關(guān)于起重機位移工作的原理。液壓系統(tǒng)在運動時，主泵供油通過電磁閥向輪減速器制動供油，制動器松開。液壓泵驅(qū)動行走馬達輪邊減速器，帶動車輪使起重機保持直線運動，此時的驅(qū)動系統(tǒng)壓力為30MPa。通過油門控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速或改變液壓泵馬達排量，改變起重機的速度和驅(qū)動力。調(diào)節(jié)無級控制液壓泵行走速度，要選擇檔位開關(guān)，改變液壓馬達排量，操作人員可以推拉控制桿實現(xiàn)前后行走，無級泵排量和壓力油組合，可以在較寬范圍調(diào)節(jié)其移動速度，控制車輛的前進方向。當在順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)處，實現(xiàn)了起重機設(shè)備的良好加速、減速和制動功能。

2.8 人工智能技術(shù)在港口機械電氣系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

在港口機械電氣自動化控制系統(tǒng)的運行中，系統(tǒng)的控制是最重要的。人工智能技術(shù)可以準確處理港口機械電氣系統(tǒng)運行中龐大的信息數(shù)據(jù)，并且可以處理復雜的工作流程，提高港口機械電氣控制的準確性和及時性，確?？刂乒ぷ靼从媱澑哔|(zhì)量進行。因此，在港口機械電氣系統(tǒng)自動化控制中，科學合理的運用人工智能技術(shù)對于電氣智能控制具有重要的意義。人工智能技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。模糊控制是常見的控制方法，是一種基于模糊理論和模糊理論的封閉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。模糊控制設(shè)備采用人工智能技術(shù)來控制廣泛的對象和范圍，控制復雜或難以描述的使用系統(tǒng)，使港口機械電氣系統(tǒng)控制過程更加智能和自動化。不僅可以提高港口機械電氣系統(tǒng)控制的精度，保證了電氣控制的效率和質(zhì)量。專家系統(tǒng)是保留專業(yè)知識和經(jīng)驗的軟件系統(tǒng)，當港口機械電氣系統(tǒng)運行發(fā)現(xiàn)問題時，通過專業(yè)的數(shù)據(jù)進行評估和解決。該系統(tǒng)可實現(xiàn)長期連續(xù)性和實時控制，靈活控制電氣系統(tǒng)，優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，保證控制系統(tǒng)安全正常運行。對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)管理也是智能管理的要形式，該技術(shù)利用智能技術(shù)在港口機械電氣系統(tǒng)管理中控制復雜對象，并進行精確的計算，可以診斷港口機械電氣系統(tǒng)故障，從而對自動化設(shè)備進行精確控制。人工智能技術(shù)在港口機械電氣系統(tǒng)工程中的應(yīng)用，可以發(fā)揮人工智能技術(shù)的較高的適應(yīng)性和邏輯性，減少港口機械電氣系統(tǒng)管理中的其他不利因素，全面優(yōu)化港口機械電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化和自動化[4]。

2.9 加強人工智能技術(shù)的應(yīng)用可靠性

在港口機械電氣系統(tǒng)自動化方面，傳統(tǒng)電氣自動化機械種類繁多，操作程序和系統(tǒng)非常復雜。用于自動化的設(shè)備要求技術(shù)人員在相關(guān)的工作時確保管理的精確，這需要相關(guān)的技術(shù)人員具有專業(yè)的技術(shù)能力和工作水平。技術(shù)人員一旦失誤，很容易造成港口機械故障，導致設(shè)備無法正常運行，給港口企業(yè)造成不必要的經(jīng)濟損失。在傳統(tǒng)的港口機械中，設(shè)備容易受到人為因素的影響?；谶@種情況，人工智能在港口機械電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，改善了這一現(xiàn)象。在設(shè)備工作中采用智能化技術(shù)，可以減少傳統(tǒng)人工控制的環(huán)節(jié)，簡化相關(guān)的電氣控制程序和工作階段，降低電氣設(shè)備操作的復雜性，進而實現(xiàn)了智能控制系統(tǒng)，形成設(shè)備高效的電氣系統(tǒng)。相關(guān)的工作人員還可以準確計算相關(guān)參數(shù)，及時調(diào)整港口機械電氣系統(tǒng)的運行參數(shù)，以適應(yīng)實際情況，滿足當前技術(shù)應(yīng)用需要。對港口機械電氣系統(tǒng)備進行合理控制，減少了人工控制的不穩(wěn)定因素，而且減少了必要的管理時間和人力成本，提高了港口機械運行效率。此外，隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用，港口機械電氣系統(tǒng)管理需要重視對相關(guān)技術(shù)和管理人才的投入。自動化設(shè)備需要不斷優(yōu)化，技術(shù)需要不斷更新，技術(shù)人員的資質(zhì)和專業(yè)水平也需要得到不斷的提高，提供智能優(yōu)化港口機械電氣系統(tǒng)所需的技術(shù)和人力支持。在港口機械電氣系統(tǒng)的日常運行中，傳統(tǒng)系統(tǒng)運行時工作內(nèi)容繁重，并且設(shè)備在運行時負荷很大，運行階段復雜，對于自動化需要很長時間完成。對自動化控制要求非常嚴格，任何失誤都可能導致港口機械電氣系統(tǒng)運行發(fā)生嚴重的事故，因此高效準確地進行自動化控制系統(tǒng)的日常操作非常重要。在港口機械電氣系統(tǒng)的日常工作中，人工智能可以有效緩解這些問題。在電氣系統(tǒng)的運行中，智能技術(shù)簡化了機械電氣系統(tǒng)運行操作流程，減少了人工操作，降低了人為造成錯誤的可能性，節(jié)省了港口機械電氣系統(tǒng)管理時間和人力成本，提高了系統(tǒng)的運行效率。智能化技術(shù)也對港口機械電氣系統(tǒng)自動控制產(chǎn)生了積極的影響。智能技術(shù)可錄入各種設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)，匯總分析港口機械電氣系統(tǒng)參數(shù)，對相關(guān)信息進行判斷，并根據(jù)分析執(zhí)行工作計劃。智能控制參數(shù)的采集和分析，為港口機械電氣系統(tǒng)自動化控制提供了有力的技術(shù)支持。由上可知，在系統(tǒng)的日常工作中引入人工智能，方便了機械電氣系統(tǒng)的日常工作，也可以保證港口機械工作的準確性。對相關(guān)運行參數(shù)進行處理，保證電氣系統(tǒng)的運行效率和質(zhì)量，這有助于港口機械電氣系統(tǒng)的良好發(fā)展和高效運行[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，港口機械電氣系統(tǒng)是在港口運行作業(yè)保障的重要結(jié)構(gòu)。在設(shè)計優(yōu)化中，必須意識到港口機械電氣系統(tǒng)設(shè)計的重要性，根據(jù)工作內(nèi)容和具體的工作要求，進行港口機械電氣系統(tǒng)的可靠性設(shè)計工作，確保港口機械電氣系統(tǒng)運行可以更加高效，并且具有較高的可靠性和靈活性。