港口機械電氣自動化技術與控制探討

程廣恩

（上海振華重工（集團）股份有限公司陸上重工設計研究院，上海 200125）

1 電氣自動化控制技術概述

1.1 設計理念

根據設計理念，電氣自動化控制技術在應用中可以實現總線監測、集中監測和遠程監測的功能，設計理念具體體現如下：（1）集中監測中，電氣自動化控制技術能夠通過一個處理器完成整個控制，控制過程靈活、簡便，具有較強的可維護性和運行便捷性。（2）在總線監測中，控制功能呈現出集中性，有助于高效完成現場監控。將該技術應用于各個領域，以上設計理念都呈現出了較強的應用價值。因此在實際構建該技術的整體框架時，應結合具體的應用環境和需求，不斷完善設計方案。

1.2 特點

（1）盡管信息量小，但是在準確性和速度方面呈現出較高的優勢。（2）反應速度較快，能夠在短時間內進行信號傳遞，更能夠實現兼容遠程操縱。（3）控制過程上，僅需要較短的時間且效率較高。（4）能夠實現遠程數據采集和控制。

2 PLC電氣自動化技術與控制

2.1 PLC在港口門式起重機中的應用

將PLC技術應用于港口門式起重機當中，即使在頻繁的操作中，也有助于使港口起重機長期處于穩定運行狀態下，避免了操作失靈和靈敏性降低的缺陷。在實際操作的環節，要求操作人員在操作主令控制器這一媒介基礎上，有效控制PLC輸入、輸出外接端口與聯鎖電路、過壓電路以及過流電路等。當直流24V信號出現在PLC輸出端時，說明正常運行狀態是對應門式起重機的PLC外圍輸出信號狀態，在此基礎上能夠促使合理驅動在小型化繼電器裝置線圈中實現，接觸器線圈在運行中的小型繼電器上會被觸動，設備內部的各個運作機構隨之啟動并進入到運行模式。圖1為港口門式起重機結構圖。

圖1 港口門式起重機結構圖

2.2 PLC在港口膠帶運輸機中的應用

電氣自動化系統是傳統港口膠帶運輸機的主要特點，分布式控制結構是其典型結構，在這一系統內部，現場控制裝置、現場檢測裝置以及控制站等為現場控制系統的3個主要內容，而現場監視屏、操作員裝置、監控中心以及服務器裝置等多個部分共同構成了運輸機電氣自動化的集中控制系統，通常需要在中央控制室中設置集中控制器，在TCP/IP協議的基礎上，可以促使交互、數據通訊工作在控制站與集中控制裝置之間實現，在這一過程中，離不開一個重要的網絡媒介，即以太網。要想實現高效的數據交互過程，設備處于具體的運行狀態中時，如果數據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進行應用，同時還必須增設中繼器，以構建更加良好的數據交互結果。

2.3 PLC在港口集裝箱橋式起重機中的應用

裝卸橋電氣系統具有數據交互多、設備分布范圍廣等特點，將PCL應用于該系統中，促使PLC的狀態數據、給定信號以及控制命令等內容更加完善，而由系統驅動器及PLC共同構成的信息共享系統則呈現出較強的完善性，有助于設備關聯控制的高效性。在港口集裝箱橋式起重機電氣自動化當中充分利用PLC技術，能夠更加有效的說明系統故障、驅動器顳部故障以及PLC數據，結合系統顯示數據，工程技術人員在日常工作中，可以及時對系統中的故障進行發現和排除，對于提升系統及設備的運行穩定性具有重要意義。重要參數需要被設置于驅動器內部，其為技術輸出奠定了良好基礎，PLC能有效儲存故障的歷史信息以及驅動器的相關信息，在對相關實際參數進行全面統計的基礎上，如吊具開閉鎖次數、制動器累積工作次數、接觸器動作次數和各個機構運行時間等，有助于系統設備的長期穩定運行。在充分應用CCMS的背景下，能夠構建一個人機友好的交流界面，系統的實際運行狀態可以被操作人員第一時間掌握，在直接連接、轉接光纜轉換器的背景下，PLC及系統遠程站之間可以實現數據的高度共享，在此基礎上可以形成透明化以及準確性較高的系統網絡數據，極大提升了控制系統的準確性、靈活性，為操作人員更加高效的展開工作奠定良好的基礎。

3 散貨裝卸自動化技術與控制

3.1 集裝箱裝卸自動化技術

世界首座自動化運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。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行建設。針對德國以及荷蘭自動化碼頭來講，其構建過程中將各種組合應用技術應用在了堆場，如自動化導向車、軌道式龍門吊等；堆區另一端的外集卡裝卸控制應用了遙控吊具、遠程人工操作等技術和設施。新加坡碼頭在構建中，將高架式自動化場橋應用在了自動化堆場，其優勢在于擁有較小的自重，可以實現精確定位等，因此針對水中樁來講具有更高的應用價值，但是其缺陷在于僅適用于內集卡作業。香港的HIT碼頭以及日本東京碼頭在構建的過程中所采用的自動化技術主要為軌道式龍門吊等半自動化技術，因此運行過程中僅能采用大車自動化作業方式，在內、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，其運行過程中不僅能夠實現精確定位和科學的激光測量，同時還能充分的應用圖像等先進技術，這一碼頭成為世界首座內、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

在散貨裝卸作業中，針對料堆的堆型分布、最大和最小高度進行實時監測至關重要，在此基礎上還應嚴格遵守有關規則展開計算，只有這樣才能夠更加科學合理的確定后續操作的作業參數。以往上述數據都是通過估測和肉眼觀察的方式來獲取，部分數據在獲取的過程中采用了攝像機等工具。在此基礎上形成的數據嚴重缺乏精確性，很容易受人為情緒、時間、氣候等客觀因素的影響，人為失誤會導致數據形成較大的誤差，故此在實際操作的過程中容易引發各種嚴重的事故，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中合理應用料堆輪廓自動檢測技術至關重要，而在這一過程中，有助于設備自動化的實現，包括斗輪堆料機、卸船機和裝船機等。根據激光測距原理，將目標定位系統安裝于抓斗卸船機和斗輪堆取料機中，可以將其檢測器件的功能充分發揮出來；將激光掃描儀安裝于裝船機中，能夠更加高效的實現目標檢測作業。

（1）抓斗卸船自動化掃描與控制。2個偏轉鏡存在于TPS內部，激光由激光器發射出來，在兩級偏轉鏡反射的基礎上，會在物體表面映射出來，在此基礎上對激光進行反射，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級偏轉鏡進行充分應用的過程中，可以在利用目標物體的基礎上促使激光產生2維連續性掃描，同時科學測量目標表面各點之間的距離，物體三維位置數據在各點反射激光的距離和角度基礎上可以更加精確。結合該點位置的數據，通過合理計算，能夠全面提取目標物體表面的位置以及形狀特點，此時可以將物體的表面形狀進行還原。在對激光測距進行充分應用的過程中，自動化檢測與識別可以針對船艙位置、船體等多個目標實施，其中可以高度識別艙底與艙口，充分檢測船艙內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。該技術同卸船機相同，在實際使用的過程中，掃描都需要借助TPS。實際展開掃描操作時，堆取料機運行中心可以接收到來自TPS的數據，將TPS安裝位置信息與堆取料機PLC相關位置信息進行結合，在對立體化表面還原算法進行應用的過程中，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，其運行中可以有效的處理各種數據，同時需要在中央控制室服務器中對其進行傳遞和保存，在這一過程中，還需要將數據庫信息與控制室內部的遠程終端進行結合，充分展示立體化料堆圖形。

4 結語

綜上所述，近年來，我國在積極進行現代化經濟建設的過程中，港口機械電氣自動化的技術水平明顯提升，在這種情況下，現代港口呈現出大型化、自動化和智能化的特點，為我國的進出口貿易提供了機電的便利。本文針對我國廣泛應用的PLC電氣自動化技術及散貨裝卸自動化技術與控制展開了探討，希望為我國港口的未來建設奠定一定的理論基礎。