港口機(jī)械電氣自動化技術(shù)與控制路徑探析

于 威，周思遠(yuǎn)，劉衍賓

受到自動化機(jī)械電氣普及程度以及在各個領(lǐng)域應(yīng)用程度增加，行業(yè)內(nèi)各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)自動化水平有效增加，對于行業(yè)發(fā)展帶來推動意義。港口運輸作為國內(nèi)外貨物貿(mào)易運輸以及推廣關(guān)鍵，港口內(nèi)部對于貨物吞吐量直接決定貨物交易量以及交易經(jīng)濟(jì)成效是否可以提高。自改革開放之后自動化機(jī)械電氣這種技術(shù)得到高效改進(jìn)與應(yīng)用，港口內(nèi)部貨物裝卸以及識別成效顯著增強(qiáng)，這使得港口當(dāng)中貨物運轉(zhuǎn)成效提高，推動和促使港口機(jī)械建設(shè)，增強(qiáng)港口當(dāng)中貨物實際交易量，促進(jìn)國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易成效加大。

1 機(jī)械電氣自動化技術(shù)控制簡述

1.1 自動化機(jī)械電氣設(shè)計理念

電氣自動化機(jī)械管控技術(shù)在實際應(yīng)用中設(shè)計理念主要就是，在應(yīng)用過程中讓總線、集中以及遠(yuǎn)程等監(jiān)測功能實現(xiàn)，一是總線當(dāng)中，電氣自動化控制有著較強(qiáng)的集約性，利用總線來管控電氣可提高港口現(xiàn)場監(jiān)控成效，將這一技術(shù)與控制措施使用到港口領(lǐng)域，應(yīng)用價值相對較高。二是集中監(jiān)測中，自動化電氣管控技術(shù)可利用處理器來保證港口內(nèi)部整個控制順利完成，技術(shù)感控較為便利以及靈活，有著較為維護(hù)性以及便捷程度。三是遠(yuǎn)程監(jiān)測中，主要就是依據(jù)電氣來快速傳遞信號，以此來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控操作的目標(biāo)，且在控制當(dāng)中并不需要較長時間效率高，可保證數(shù)據(jù)得到遠(yuǎn)程控制與收集。以港口設(shè)計運行當(dāng)中運輸機(jī)為例，企業(yè)設(shè)計港口機(jī)械當(dāng)中把運輸機(jī)實際運行當(dāng)中基礎(chǔ)，把現(xiàn)場管控體系有效引入到運輸機(jī)設(shè)備內(nèi)部，這一系統(tǒng)主要有現(xiàn)場控制模塊、監(jiān)測模塊以及中心控制點這幾個部分構(gòu)成，可成功與現(xiàn)場監(jiān)測重點、操作裝置以及監(jiān)視屏幕相互鏈接實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測。為保障設(shè)備自動化運輸成效和功能提高，PLC 這種控制技術(shù)被逐步引入到港口機(jī)械運行當(dāng)中，TCP/IP 這一協(xié)議被逐步配置，運輸參數(shù)被實時管控，以此來港口實際設(shè)計水平提高。

1.2 港口機(jī)械電氣自動化控制使用現(xiàn)狀

我國港口受到對外交易性質(zhì)影響，正在全面使用自動化機(jī)械電氣來控制裝卸與運輸工作，對于港口貨物實際裝卸與運輸帶來極大影響。不過由于我國與機(jī)械自動化電氣有關(guān)技術(shù)研發(fā)和起步時間較短，對于電氣自動化開展的各項創(chuàng)新與開發(fā)力度仍舊有著極大進(jìn)步空間，一些與電氣自動化有關(guān)的核心技術(shù)并未完全掌握，使得港口自動化程度仍舊需要繼續(xù)擴(kuò)展。當(dāng)前港口內(nèi)部與自動化電氣有關(guān)的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性設(shè)施不夠健全，自動化體系和控制管理流程統(tǒng)一、完善程度有一定缺乏，針對計算機(jī)、先進(jìn)技術(shù)使用也存在一定提高空間。必須不斷加大對港口中各類自動化設(shè)備和技術(shù)研發(fā)力度，讓我國港口能夠全面自動化運轉(zhuǎn)和發(fā)展。

1.3 PLC 控制技術(shù)在自動化機(jī)械電氣中應(yīng)用特征

1.3.1 靈活性相對較強(qiáng)

PLC 控制技術(shù)研發(fā)最初目的就是為有效彌補(bǔ)繼電器靈活程度不足問題，因此在研發(fā)PLC 技術(shù)中需要準(zhǔn)確、規(guī)范把控PLC技術(shù)實際靈活性。與傳統(tǒng)機(jī)械電氣相對比，PLC 技術(shù)在針對工藝流程展開修改過程中操作相對較為便捷和簡單，只需要對內(nèi)部控制程序展開修改就可讓工藝流程實際改善措施完成，并不需要更改機(jī)械電氣對接線。

1.3.2 信息傳輸有著穩(wěn)定和準(zhǔn)確特征

在將PLC 技術(shù)有效運用到電氣機(jī)械自動化管控中時，許多開關(guān)在控制體系當(dāng)中都是依據(jù)無觸點半導(dǎo)體這一電路進(jìn)行實現(xiàn)，針對有關(guān)電氣設(shè)施展開加強(qiáng)規(guī)范處理，這也使得PLC 系統(tǒng)有著較強(qiáng)抗干擾性，穩(wěn)定以及信息傳輸精準(zhǔn)性較高。

1.3.3 操作相對較為簡單

PLC 這一系統(tǒng)主要就是利用可編程語言來展開操作，編程語言利用設(shè)定翻譯功能可有效翻譯成為能夠識別的語言，編程流程較為簡便，避免自動化操作出現(xiàn)失誤問題。

2 港口自動化機(jī)械電氣技術(shù)應(yīng)用

2.1 機(jī)械電氣自動化技術(shù)在港口門式起重機(jī)中的使用

在港口門式當(dāng)中有著較多的大型設(shè)備，如起重機(jī)等，將自動化技術(shù)在起重機(jī)當(dāng)中高效應(yīng)用，可保證起重機(jī)在頻繁操作基礎(chǔ)上保持正常運行，避免出現(xiàn)靈敏性或者操作失誤問題。在實踐中，以PLC 技術(shù)為例，操作人員在針對媒介主令控制器過程中，有效針控制PLC 輸入、輸出聯(lián)鎖和外接端口、電路，以及過流、過壓電路等。在PLC 端口出現(xiàn)直流24V 信號之后，可保證小型繼電設(shè)備裝置有效在線圈當(dāng)中落實，接觸線圈實際運行過程中會與繼電器進(jìn)行被動接觸，設(shè)備內(nèi)部不同運作流程會隨之啟動步入到正常運行模式。

2.2 自動化機(jī)械電氣在港口運輸機(jī)中的應(yīng)用

電氣自動化機(jī)械系統(tǒng)是港口內(nèi)部運輸機(jī)運行關(guān)鍵，而分布式系統(tǒng)管控結(jié)構(gòu)則是重要典型結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)當(dāng)中，現(xiàn)場管控裝置、現(xiàn)場控制中心點以及監(jiān)測裝置等是控制系統(tǒng)非常重要內(nèi)容，而現(xiàn)場操作人員設(shè)備配置、監(jiān)視屏幕、服務(wù)器裝置等多幾個部門則的共同組成運輸機(jī)自動化控制系統(tǒng)。通常需要將控制器集中設(shè)置到中央控制室當(dāng)中，在PLC 技術(shù)以及TCP/IP 操作協(xié)議基礎(chǔ)管控上，可保證數(shù)據(jù)通訊以及交互在控制裝置以及集中控制站當(dāng)中完成，在這一流程當(dāng)中，需要一個非常重要媒介，就是以太網(wǎng)。要想讓數(shù)據(jù)高效展開交互，在設(shè)備位于運行狀態(tài)當(dāng)中時，如果集中控制裝備之間交互距離大于1200m，這一兩者在鏈接中不僅需要加大對以太網(wǎng)使用，還需要適當(dāng)增加中繼器，以此來構(gòu)建一個較為良好規(guī)范運輸交互成效。

2.3 港口裝卸橋起重機(jī)當(dāng)中PLC 控制技術(shù)的實際應(yīng)用

在港口當(dāng)中裝卸橋具有的機(jī)械電氣系統(tǒng)有著設(shè)備以及數(shù)據(jù)交互多、實際分布范圍較廣的各種特征，將PLC 技術(shù)使用到裝卸橋系統(tǒng)當(dāng)中，可保證PLC 數(shù)據(jù)狀態(tài)、信號給定以及命令控制等各種層面內(nèi)容更加穩(wěn)定與完善，而由PLC 技術(shù)以及系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)備共同組成的共享系統(tǒng)則可展現(xiàn)出一種較強(qiáng)完善性能，有助于保證港口內(nèi)大型設(shè)備關(guān)聯(lián)控制規(guī)范性。在港口裝卸集中器自動化機(jī)械控制中有效規(guī)范對PLC 技術(shù)展開利用，可保證系統(tǒng)故障得到說明，了解驅(qū)動器內(nèi)部故障以及PLC 技術(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)來把數(shù)據(jù)顯示出來，工程人員在工作當(dāng)中，可及時發(fā)現(xiàn)裝卸系統(tǒng)當(dāng)中故障并對其排除，對于增強(qiáng)系統(tǒng)以及港口大型設(shè)備穩(wěn)定性有著較強(qiáng)意義。相對較為重要的參數(shù)要有效設(shè)置在驅(qū)動器當(dāng)中，能夠為輸出技術(shù)打牢基礎(chǔ)，PLC 控制系統(tǒng)可將設(shè)備歷史以及驅(qū)動器過往故障信息有效存儲，在全面、規(guī)范統(tǒng)計參數(shù)基礎(chǔ)上，例如：船機(jī)工作、接觸器操作次數(shù)以及機(jī)構(gòu)實際運作實踐等，有助于保證系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定以及持續(xù)化運行。在針對CCMS進(jìn)行充分使用過程中，可構(gòu)建一個人與機(jī)器交互平臺，保證系統(tǒng)實際運行狀態(tài)被技術(shù)操作人員掌握，在針對光纜實際轉(zhuǎn)換器展開直接鏈接和轉(zhuǎn)接時，PLC 以及控制系統(tǒng)之間能夠有效將數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，在這一基礎(chǔ)當(dāng)中形成一個較為透明化、準(zhǔn)確程度相對較高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，極大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)靈活、準(zhǔn)確程度。

3 港口自動化技術(shù)及其管控

3.1 自動化港口裝卸技術(shù)

港口當(dāng)中自動化設(shè)備裝卸最高使用在荷蘭，在20 世紀(jì)當(dāng)中荷蘭港口有效構(gòu)建ETC 碼頭，這讓港口當(dāng)中針對集裝箱裝貨、卸載以及運輸效率提高。后續(xù)我國香港以及新加坡等都開始逐步運用自動化設(shè)備裝卸技術(shù)，不同國家針對裝卸技術(shù)實際運用情況并不相同，其中荷蘭以及德國使用的裝卸技術(shù)相同，這兩個國家主要利用導(dǎo)向車以及分軌道式的龍門吊來展開自動化裝卸，不過需要運用人工操作以及遙控吊來及控制集卡裝卸。我國香港以及日本則構(gòu)建一種軌道式半自動技術(shù)，這樣設(shè)計在裝箱過程當(dāng)中智能使用裝船機(jī)或者車輛展開運轉(zhuǎn)，在卸載集卡過程中仍舊要利用人工進(jìn)行操作。而自動化先進(jìn)圖像技術(shù)在港口當(dāng)中應(yīng)用，可保證定位更加精準(zhǔn)，提高監(jiān)測科學(xué)化以及合理化，以高橋2 期為例，其在自動化技術(shù)影響下成為我國第一座自動化堆場，也是世界當(dāng)中全自動化、外部集卡堆箱和落箱港口，堆積以及取料自動化設(shè)備得到高效利用。

3.2 機(jī)電一體化管控

依據(jù)當(dāng)前港口自動化技術(shù)水平，港口當(dāng)中機(jī)電一體化已經(jīng)成為港口必然以及重點發(fā)展趨勢，可有效改善港口當(dāng)中機(jī)械設(shè)備實際運行成效和工況，增強(qiáng)港口內(nèi)部機(jī)械實際制造效果。簡單而言，機(jī)電一體化主要就是把機(jī)械傳感器、驅(qū)動系統(tǒng)以及各種動力源等相互組合與構(gòu)建，共同組成一個一體化、規(guī)范化的機(jī)械系統(tǒng)，實現(xiàn)對港口機(jī)械過程精準(zhǔn)、合理管控。與傳統(tǒng)港口機(jī)械實際制造流程相對比，機(jī)電一體化系統(tǒng)在控制中大部分不同器件實際制造流程較為緊密。同時，一體化機(jī)電則強(qiáng)調(diào)把計算機(jī)與機(jī)械制造進(jìn)行交互，例如：控制機(jī)械運動，讓港口內(nèi)大型機(jī)械運動合理程度提高，保證各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)性能得到優(yōu)化。

3.3 港口散貨裝備當(dāng)中自動化掃描技術(shù)管控

在裝卸散貨以及貨物料展開堆區(qū)過程中，針對貨物料堆大小、貨物料實際堆型分布情況展開實時規(guī)范監(jiān)測有著關(guān)鍵價格，在過往操作當(dāng)中大部分都是由操作人員展開估算，這樣方式有著較強(qiáng)局限性以及不準(zhǔn)確性，在人工估算同時極易受到氣候以及主觀因素危害，一旦判斷不夠準(zhǔn)備，極易造成誤差加大。因此，必須要把自動化監(jiān)測技術(shù)運用到料堆裝卸作業(yè)當(dāng)中，有助于將設(shè)備實際自動化程度實現(xiàn)，包括裝卸船機(jī)以及斗輪堆料機(jī)等。針對這類的設(shè)備展開自動化管控主要就是，把定位系統(tǒng)有效安裝在抓斗卸船機(jī)以及堆取取料機(jī)當(dāng)中，以此來開展掃描監(jiān)測作業(yè)。

3.3.1 堆取料自動化掃描管控

在將自動化掃描這一技術(shù)應(yīng)用到斗輪堆取當(dāng)中時，自動掃描區(qū)域如下圖所示：在實際管控當(dāng)中，要利用TPS 來提供一個高效安裝信息，把這一信息有效傳遞給對取料機(jī)管控中心，將其和對取料機(jī)以及PLC 技術(shù)所帶來各種位置信息相互聯(lián)合，通過規(guī)范、合理運算，來對物件位置以及形狀情況展開計算，為使數(shù)據(jù)能夠真正使用到實際對取料工作中，還需要把數(shù)據(jù)傳遞到中央控制服務(wù)器內(nèi)部，讓貨物裝箱數(shù)據(jù)可以更規(guī)范呈現(xiàn)出來。

3.3.2 裝卸船中自動化掃描技術(shù)管控

所謂自動化掃描，主要就是基于TPS 內(nèi)部激光發(fā)射器，由發(fā)射器發(fā)射出所需激光再由偏轉(zhuǎn)鏡將激光在物體表面當(dāng)中進(jìn)行映射，在這一基礎(chǔ)當(dāng)中有效反射激光，最后激光會被接收器所獲取。在利用激光展開精密、規(guī)范監(jiān)測當(dāng)中，需要計算反射光和出射光之間具有的時間差，精準(zhǔn)了解物體和激光器之間實際距離。在針對2 級偏轉(zhuǎn)鏡展開高效應(yīng)用時，可將目標(biāo)物體當(dāng)做重要基礎(chǔ)，保證激光可以連續(xù)、規(guī)范掃描，同時，針對物體目標(biāo)表面當(dāng)中各點距離展開科學(xué)、規(guī)范測量，不同物體位置數(shù)據(jù)在反射激光幫助下能夠更加精準(zhǔn)。依據(jù)不同物體不同點數(shù)據(jù)，利用合理運算，可保證物體表面實際形狀以及位置特征更加全面、精準(zhǔn)，讓物體表面形狀三維還原出來。在測試激光過程中，自動化監(jiān)測以及識別主要就是針對船體當(dāng)中目標(biāo)，可保證船艙當(dāng)中物料類型得到準(zhǔn)確了解。

3.4 港口自動、智能化定位技術(shù)管控

圖1 堆取料自動掃描區(qū)域圖

主要是指針對港口當(dāng)中無線、智能數(shù)據(jù)傳輸與共享技術(shù)的使用，來構(gòu)建一個與港口系統(tǒng)有關(guān)的自動化定位監(jiān)控體系，以此來增強(qiáng)港口各個系統(tǒng)工作成效，避免出現(xiàn)不必要設(shè)備或者資源浪費問題。以港口內(nèi)集裝箱貨物為例，依據(jù)自動化定位技術(shù)來明確掌握集裝箱存在的位置以及各類準(zhǔn)備裝卸的設(shè)備放置位置，構(gòu)建一個與港口貨物有關(guān)的定位和錯誤糾正系統(tǒng)，將全球性分差式定位系統(tǒng)應(yīng)用在港口定位系統(tǒng)中，再結(jié)合無線脈沖這一接發(fā)系統(tǒng)，能夠保證港口對于集裝箱定位更加精準(zhǔn)，避免設(shè)備出現(xiàn)空運轉(zhuǎn)的情況或者對集裝箱識別、掃描錯誤問題，讓港口發(fā)展得到有效優(yōu)化與改善。

3.5 港口自動化機(jī)械電氣中PLC 技術(shù)的控制

PLC 作為港口自動化機(jī)械電氣非常重要一部分，通過上述可以了解合理應(yīng)用PLC 技術(shù)對起重機(jī)、運輸機(jī)自動化程度都有極大價值，可保證港口各類設(shè)備穩(wěn)定程度持續(xù)上升。依據(jù)PLC 技術(shù)為港口設(shè)備帶來的優(yōu)勢，需要針對PLC 電氣接線以及調(diào)試進(jìn)行控制和維護(hù)，以此來保證PLC 技術(shù)在自動化系統(tǒng)中使用成效。

3.5.1 控制PLC 電氣接線

針對PLC 電氣系統(tǒng)展開接線時，需要規(guī)范檢查與港口有關(guān)的設(shè)計圖紙，通常PLC 電氣系統(tǒng)圖紙分為內(nèi)部、外部接線圖，及控制柜內(nèi)和控制柜外設(shè)計圖。在接線過程中，要注意檢查接線圖紙設(shè)計規(guī)范性，保證器件和設(shè)備都基于圖紙展開連接，避免接線出現(xiàn)短路問題，防止內(nèi)部弱電流與強(qiáng)電流出現(xiàn)混合問題。同時，要針對電氣自動化控制柜的接線進(jìn)行管控，依據(jù)要求連一次線，使用針對性的端子來保護(hù)線，并利用壓線鉗有效壓牢一次線，之后結(jié)合一次線連接手段來連接二次線。在一次二次線全部連接完成之后，為線路輸送電源，檢測PLC 系統(tǒng)各項輸入和輸出數(shù)據(jù)信號，利用合理接線手段來提高PLC 系統(tǒng)在港口中自動化成效。

3.5.2 控制PLC 技術(shù)電氣調(diào)試

需要針對港口中機(jī)械設(shè)備展開測試，調(diào)試前做好防護(hù)措施，檢查電氣系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)實際安裝和配置情況，避免在調(diào)試中出現(xiàn)意外或者失誤問題。全面檢查一遍之后，進(jìn)行手動調(diào)試，優(yōu)化各項電機(jī)設(shè)備，測試系統(tǒng)負(fù)載情況，這一流程要由專業(yè)人員操作，并在負(fù)載測試結(jié)束后，利用各種按鈕來有效驅(qū)動設(shè)備，并結(jié)合自身需求來對操作劃分步驟，觀察港口所構(gòu)建的系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)性、安全強(qiáng)度，掌握系統(tǒng)在驟停之后，安全裝置是否能夠完全發(fā)揮自身作用。同時，調(diào)試PLC 系統(tǒng)各個運行環(huán)節(jié)、運行情況，結(jié)合港口大型設(shè)備來判斷PLC 系統(tǒng)自動化運轉(zhuǎn)程度，確保系統(tǒng)在自動化情況下能夠連續(xù)、持續(xù)工作，并將PLC 各個功能進(jìn)行延伸，展開PID 管控，讓系統(tǒng)可以充分進(jìn)行自主調(diào)整，提高港口自動化工作模式的穩(wěn)定性與合理性，在調(diào)試中如果發(fā)生故障情況，控制器就會自主進(jìn)行警報，提醒工作人員停止調(diào)試，檢查各個環(huán)節(jié)。

在有效調(diào)試完成系統(tǒng)之后，可全面針對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行選取，依據(jù)參數(shù)內(nèi)容展開調(diào)整，推動系統(tǒng)進(jìn)入到預(yù)生產(chǎn)階段當(dāng)中，并依據(jù)港口生產(chǎn)要求和內(nèi)容來展開特殊調(diào)試，以此來全面增強(qiáng)自動化系統(tǒng)和港口運轉(zhuǎn)安全程度。

4 結(jié)語

綜上所述，自動化管控和維護(hù)技術(shù)在港口當(dāng)中物料裝卸和自動化掃描當(dāng)中應(yīng)用有著較強(qiáng)合理性與科學(xué)性，需要加強(qiáng)對港口當(dāng)中自動化技術(shù)管控程度，結(jié)合自動化技術(shù)來提高對港口建設(shè)成效，發(fā)揮出PLC 技術(shù)以及自動化激光掃描技術(shù)應(yīng)用成效，提高港口運行力度，保證港口在自動化影響下獲得最大經(jīng)濟(jì)成效。