港口設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用與探索

陳均忠，叢海利，鄧海龍，閆相文，張志群

（青島港董家口礦石碼頭有限公司，山東青島 266400）

0 引言

在國家相關(guān)政策的大力支持下，自動化技術(shù)得到了快速發(fā)展，將其合理應(yīng)用到端口終端設(shè)計(jì)中，能夠保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，對于港口設(shè)備優(yōu)化產(chǎn)生積極作用。長期以來港口貿(mào)易就是推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，尤其是在全球化經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，近年來港口吞吐量呈現(xiàn)出了急劇增長態(tài)勢。將自動化技術(shù)運(yùn)用于港口設(shè)備，不僅是推動貿(mào)易發(fā)展的重要舉措，也能積極促進(jìn)科技的發(fā)展。其中，PLC 就是一項(xiàng)重要內(nèi)容，對于減少工作人員的工作壓力、提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率起到積極作用。因其自身所獨(dú)有的特性，已經(jīng)成為港口設(shè)備優(yōu)化的主要手段。

1 PLC 發(fā)展歷程

結(jié)合對現(xiàn)階段的調(diào)查和研究可以發(fā)現(xiàn)，港口電氣自動化技術(shù)主要有交流變頻化、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)字化調(diào)速動系統(tǒng)等類型，不同類型產(chǎn)品的特點(diǎn)不同。在應(yīng)用過程中需要結(jié)合具體工作需求，來選擇合適的類型，使其有效發(fā)揮積極作用。在上述自動化技術(shù)中，變頻調(diào)速技術(shù)需以連續(xù)裝卸機(jī)械和全變頻技術(shù)作為基礎(chǔ)，否則便無法有效運(yùn)用。當(dāng)前階段該技術(shù)因其自身的獨(dú)特性，已經(jīng)在現(xiàn)代化港口交易過程中得到了充分應(yīng)用和發(fā)展。近年來，在國家相關(guān)研究的支持之下，PLC 技術(shù)效果得到了大幅提升，其數(shù)據(jù)輸入和輸出與傳統(tǒng)方式有著明顯區(qū)別，表現(xiàn)為模擬化和數(shù)字化的特點(diǎn)，這在一定程度上提升了機(jī)械設(shè)備控制的精準(zhǔn)度和設(shè)備運(yùn)行效率。另外，數(shù)字化方式在一定程度上減少了相關(guān)工作人員的工作壓力，提升了港口貿(mào)易經(jīng)濟(jì)效益。PLC 技術(shù)不僅擁有較為豐富和系統(tǒng)性的功能，還有著較為突出的操作便捷性，其成本投入較低而最終獲得的經(jīng)濟(jì)效益較大，在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有重要作用。

2 港口設(shè)備電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在港口堆取料機(jī)的應(yīng)用

現(xiàn)階段在港口裝卸工作中，堆取料機(jī)是應(yīng)用較為廣泛的一種高效化機(jī)械設(shè)備。不過由于其仍處在初期研究階段，并未在社會層面得到深度應(yīng)用，在一部分港口中還仍然采取人工控制或半自動化控制的方式。這種裝卸方式工作效率低、穩(wěn)定性不強(qiáng)、準(zhǔn)確率不高，對相關(guān)工作的開展有諸多影響。將堆取料機(jī)運(yùn)用于港口裝卸工作中，不僅可以進(jìn)一步提升工作效率，還能有效避免傳統(tǒng)工作方式誤差較大的問題。

在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景之下，料場吞吐量也呈現(xiàn)出明顯增長的態(tài)勢，當(dāng)前堆取料機(jī)一般用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠等散料儲料場的堆取作業(yè)。其中，斗輪堆取料機(jī)作為其的核心式設(shè)備，在此過程中發(fā)揮了重要作用。港口裝卸工作效率在很大程度上受到堆取料機(jī)生產(chǎn)力的影響，為此未來相關(guān)工作人員要對此給予足夠重視度，根據(jù)現(xiàn)階段所存在的各種問題進(jìn)行針對性解決，進(jìn)一步提升其工作效率。自動化控制技術(shù)在堆取料機(jī)的應(yīng)用，既能達(dá)到應(yīng)有的使用目的，也有利于降低勞動成本。

2.2 港口膠帶運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用

在港口設(shè)備運(yùn)行過程中，港口膠帶運(yùn)輸機(jī)主要是承擔(dān)著監(jiān)控港口系統(tǒng)運(yùn)行狀況的任務(wù)，對于港口工作順利開展有重要作用，當(dāng)前其正明顯地向PLC 方向發(fā)展。在此過程中，如果能夠充分發(fā)揮PLC 集中控制系統(tǒng)的積極作用，將其作為運(yùn)輸機(jī)的基礎(chǔ)，就能實(shí)現(xiàn)工業(yè)電視系統(tǒng)和調(diào)度電話系統(tǒng)的有效融合，從而使監(jiān)督更為全面化和系統(tǒng)化，在網(wǎng)絡(luò)化方面也表現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。為有效發(fā)揮出膠帶運(yùn)輸機(jī)的作用，還需要充分發(fā)揮PLC 的關(guān)鍵作用，其對于運(yùn)輸生產(chǎn)效率的提升有較大影響。這也能在一定程度上降低膠帶運(yùn)輸機(jī)的故障率，確保港口運(yùn)輸工作穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。其中還涉及到分布式控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要用于全口皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣自動化系統(tǒng)。當(dāng)前該結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)揮了積極作用，基本上實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場全面化和集中化的控制。

整個現(xiàn)場控制系統(tǒng)中還包括一些控制站、檢測裝置和現(xiàn)場控制裝置等內(nèi)容，而集中系統(tǒng)主要包括服務(wù)器設(shè)備、站點(diǎn)密匙和操作員設(shè)備等內(nèi)容。在運(yùn)行過程中，主要是TCP/IP 協(xié)議的支持之下，整個設(shè)備由中央控制器進(jìn)行集中化控制，借助以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)站之間的交流、信息交互。

2.3 港口門座式起重機(jī)的應(yīng)用

港口開展貿(mào)易交流活動時，貨物運(yùn)輸、裝卸是一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容。同時，這也是港口取得經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)，對其發(fā)展水平也會產(chǎn)生一定影響。在現(xiàn)代化貿(mào)易快速發(fā)展背景下，港口每日吞吐量呈現(xiàn)出了急劇增長態(tài)勢。在傳統(tǒng)貨物運(yùn)輸和裝卸工作中，主要是依靠人工力量。這雖然能在規(guī)定時間之內(nèi)完成既定工作任務(wù)，但因?yàn)橹饔^因素的影響，會涉及到諸多不確定因素，進(jìn)而影響到工作的開展。另外，在吞吐量增大背景下，工作人員工作壓力加大，經(jīng)常會出現(xiàn)工作超負(fù)荷問題。如果能將自動化技術(shù)應(yīng)用到貨物裝卸和運(yùn)輸過程中，便可以在一定程度上緩解工作人員工作壓力，提升港口貿(mào)易經(jīng)濟(jì)效益。

例如，可以借助電氣自動化技術(shù)優(yōu)勢對港口門座式起重機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化和升級，不斷提升起重機(jī)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性和安全性，減少不必要的安全事故發(fā)生。在對其改造工作中，主要是以CAD（Computer-Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）圖紙作為依據(jù)，利用Solidworks 軟件對其運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D 建模處理。借助ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析）軟件，將前期的模型導(dǎo)入到其中。在完成上述工作內(nèi)容之后，還要對其的動力學(xué)及作用進(jìn)行分析。利用ADAMS 軟件和Simulink 軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，根據(jù)門座式起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)建立防搖控制的多種數(shù)學(xué)模型，并逐一進(jìn)行分析，最終篩選出適合其的防搖模型。接著，同樣是以提高門座式起重機(jī)自動化的運(yùn)行平穩(wěn)、操作精確為目標(biāo)，將改造后的門座式起重機(jī)用于港口運(yùn)輸工作，可以在一定程度上解決傳統(tǒng)工作中的效率較低、時間成本消耗過大等問題，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 PLC 技術(shù)與變頻技術(shù)的融合

在港口貿(mào)易過程中還要用到起重機(jī)，起重機(jī)也已經(jīng)向電氣化方向發(fā)展。將PLC 技術(shù)和變頻技術(shù)有效融合，可以提升起重機(jī)的自動化效率，目前主要是以數(shù)字化技術(shù)作為基礎(chǔ)條件對變頻操作模塊進(jìn)行操作和實(shí)踐。在具體運(yùn)行過程中，還需要運(yùn)用數(shù)字矢量技術(shù)來提升起重機(jī)的運(yùn)行效率。調(diào)節(jié)起重機(jī)負(fù)載時還可以借助變頻技術(shù)，在提升軟件設(shè)計(jì)科學(xué)性能的同時更好地控制變頻操作，有效控制矢量。在此過程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)中出現(xiàn)了不合理的問題，就能對其進(jìn)行有效調(diào)整。其中，應(yīng)用效果最為明顯的就是PLC 技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用。在負(fù)載過程中借助變頻器可以有效融合PLC 技術(shù)和變頻技術(shù)彰顯優(yōu)勢。目前，該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。例如，某港口的門式起重機(jī)，將F7 變頻交流調(diào)速系統(tǒng)和其進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化的矢量控制，而增量式脈沖編碼器能夠?yàn)樵O(shè)備穩(wěn)定性、安全性運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造良好條件。在具體運(yùn)行過程中，如果PLC 中被輸入變頻信號，其可以借助到變頻器作用有效控制速度。在完成上述工作內(nèi)容之后，還需要將相關(guān)信息和數(shù)據(jù)在運(yùn)算模塊進(jìn)行展示，這些檢測到的數(shù)據(jù)能被有效保存在數(shù)據(jù)庫，如果后續(xù)工作中有任何工作需求就可以對其進(jìn)行及時、有效讀取，為相關(guān)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，電氣自動化技術(shù)和港口貿(mào)易發(fā)展的充分融合會進(jìn)一步提升港口貿(mào)易水平，這不僅能在一定程度上提升港口設(shè)備的運(yùn)行效率，對于其安全性、穩(wěn)定性工作開展也能產(chǎn)生積極作用。針對目前港口貿(mào)易發(fā)展的變化，相關(guān)工作人員需要不斷加大研究力度，及時、針對性地解決出現(xiàn)的各種問題，從而更好地推動港口貿(mào)易迅速發(fā)展，為提高港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平奠定良好的基礎(chǔ)。