鄧振憲

（寧波港建設(shè)開發(fā)有限公司，浙江寧波 315000）

在以科技引領(lǐng)發(fā)展的時(shí)代背景下，各種新技術(shù)都在不斷創(chuàng)新與升級(jí)發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)更是有了長(zhǎng)足進(jìn)步，并在各項(xiàng)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中得到普遍應(yīng)用。在國(guó)際經(jīng)貿(mào)合作越來越密切的情況下，港口機(jī)械設(shè)備日常裝卸工作量越來越大，有效分析電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口機(jī)械設(shè)備中的具體應(yīng)用和港口機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，促進(jìn)電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口貨物裝卸生產(chǎn)中的合理應(yīng)用，可以在提升港口貨物裝卸生產(chǎn)工作效率的同時(shí)，進(jìn)一步提高港口機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化水平，從而保證各種機(jī)械設(shè)備的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 PLC的工作原理和功能特點(diǎn)

1.1 工作原理

PLC 即可編程邏輯控制器，它的操作原理的核心流程包括3個(gè)：即用戶的采樣輸入，執(zhí)行以及輸出。每個(gè)流程都是獨(dú)立的掃描周期。①輸入采樣。把數(shù)據(jù)向軟件系統(tǒng)輸入，可編程邏輯控制器在掃描數(shù)據(jù)后完成讀取，再由I/O 映像區(qū)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)。如果把脈沖改變初始輸入狀態(tài)輸入進(jìn)去，或者是其他數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，則脈沖信號(hào)必須保證其寬度比一個(gè)掃描周期大，否則輸入的數(shù)據(jù)無法全面讀取。②用戶程序執(zhí)行?？删幊踢壿嬁刂破鞯膾呙柽^程按照由上到下的梯形圖次序，邏輯運(yùn)算也按照這個(gè)次序進(jìn)行到最終，可編程邏輯控制器結(jié)合運(yùn)算結(jié)果完成自動(dòng)判斷，確?？茖W(xué)合理性。③輸出刷新。如果前兩步過程順利，則第三步開始執(zhí)行，由可編程邏輯控制器依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定完成程序性輸出，數(shù)據(jù)完成刷新后由電路儲(chǔ)存。

1.2 功能特點(diǎn)

①良好的可靠性?？删幊踢壿嬁刂破饔蓡纹⑿陀?jì)算機(jī)提供運(yùn)行，特點(diǎn)是高度集成，保護(hù)電路是它的配套設(shè)施，自診斷是其配套功能，可靠性較高。②編程簡(jiǎn)單。通?？删幊踢壿嬁刂破髅钫Z句及梯形圖交由繼電器控制，與微型機(jī)相比省去了大量指令，梯形圖有簡(jiǎn)便易行的圖像，非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也可完成相關(guān)編程。③組態(tài)靈活。可編程邏輯控制器的結(jié)構(gòu)是積木式的，用戶使用時(shí)的組合過程非常簡(jiǎn)單，可輕松自如地控制系統(tǒng)規(guī)模和全部功能，提升了設(shè)備的適應(yīng)性。④安裝方便。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，安裝可編程邏輯控制器無須屏蔽，無須配備專用機(jī)房，有應(yīng)用需要時(shí)連接PLC I/O 接口和執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可。⑤運(yùn)行快速。可編程邏輯控制器的執(zhí)行過程控制交由程序完成，不僅安全可靠，且運(yùn)行極快，是繼電器邏輯控制無法達(dá)到的。

2 港口設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

2.1 港口堆取料機(jī)

目前很多港口裝卸作業(yè)仍然沿用半自動(dòng)化或人工控制形式，它們的缺陷是既不安全穩(wěn)定也不準(zhǔn)確高效，給港口裝卸作業(yè)帶來很多負(fù)面影響。如果使用堆取料機(jī)，上述問題均可迎刃而解，同時(shí)對(duì)老舊模式過高的誤差率是一種有效規(guī)避。

在內(nèi)需和外貿(mào)的雙重拉動(dòng)作用下，港口的業(yè)務(wù)量大幅攀升，直接帶動(dòng)料場(chǎng)吞吐量的高速增長(zhǎng)。目前堆取料機(jī)的使用范圍還局限在冶金、港口、水泥、碼頭以及鋼鐵廠等處，負(fù)責(zé)為儲(chǔ)料場(chǎng)堆取大量散料。在所有的堆取料機(jī)類型中，最核心的就是斗輪堆取料機(jī)，它在作業(yè)過程中的作用至關(guān)重要。堆取料機(jī)具備怎樣的生產(chǎn)力，直接決定裝卸工人的作業(yè)效率，所以需要高度重視，須結(jié)合目前堆取料機(jī)存在的諸多不利因素，采取針對(duì)性措施加以解決，確保工作效率達(dá)到預(yù)期目的。把自動(dòng)化技術(shù)引入堆取料機(jī)即可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)港口壓縮成本也很有幫助。

2.2 港口膠帶運(yùn)輸機(jī)

港口膠帶運(yùn)輸機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)港口運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，它的作業(yè)效率直接關(guān)系到港口運(yùn)行能否安全順利。就其目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)來看，朝向可編程邏輯控制器方向趨勢(shì)明顯，如果港口系統(tǒng)以可編程邏輯控制器為基礎(chǔ)，讓它的集中控制功能得到充分發(fā)揮，對(duì)促進(jìn)調(diào)度電話系統(tǒng)以及工業(yè)電視系統(tǒng)的結(jié)合意義重大，讓港口運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)的有效監(jiān)督，取得明顯的網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)。要確保膠帶運(yùn)輸機(jī)作用價(jià)值的有效發(fā)揮，可編程邏輯控制器就必須提供足夠助力，這關(guān)系到港口運(yùn)輸能否最大限度地提升作業(yè)效率，同時(shí)也為膠帶運(yùn)輸機(jī)降低故障率提供可靠保證，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。分布式控制結(jié)構(gòu)在此期間也會(huì)涉及，它的作用區(qū)域是全口膠帶運(yùn)輸機(jī)附屬的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，主要功效是全面集中地控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。同時(shí)，檢測(cè)設(shè)備、控制站以及現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)施共同構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，集中系統(tǒng)則由站點(diǎn)密匙、服務(wù)器設(shè)施以及操作員等組成。運(yùn)行期間由TCP/IP 協(xié)議提供支持，中央控制器負(fù)責(zé)全套設(shè)備的集中化控制，數(shù)據(jù)站和現(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互和交流通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。

2.3 港口門座式起重機(jī)

港口的集裝箱吞吐過程中，貨物到港和離港的裝卸及運(yùn)輸任務(wù)極其繁重，通過貨物裝運(yùn)，港口由此獲得應(yīng)有的收益，期間體現(xiàn)出來的作業(yè)質(zhì)量和效率，直接影響港口日后的發(fā)展水平?，F(xiàn)代世界海上交通極為發(fā)達(dá)，巨大的貿(mào)易需求帶來的是爆發(fā)式增長(zhǎng)的貨物吞吐量。傳統(tǒng)形式下的港口裝卸運(yùn)輸作業(yè)多為人工方式，只要管理到位，工人經(jīng)過努力可以在任務(wù)時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)。但是人力資源畢竟有局限，主觀因素也存在很大不確定性，作業(yè)過程會(huì)受到很多不利影響。面對(duì)日益增長(zhǎng)的貿(mào)易吞吐量，裝卸工人往往傾盡全力也難以完成作業(yè)任務(wù)。把自動(dòng)化技術(shù)引入港口裝卸運(yùn)輸作業(yè)過程中，可使作業(yè)人員巨大的任務(wù)量得到有效緩解，港口也會(huì)取得理想經(jīng)濟(jì)效益。

以港口裝卸運(yùn)輸作業(yè)對(duì)門座式起重機(jī)的使用為例，可借助自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化升級(jí)其質(zhì)量和性能，使它的運(yùn)行過程更加安全穩(wěn)定，作業(yè)效率更高，同時(shí)也大幅降低安全事故的發(fā)生率。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，需要建立在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，就它的運(yùn)行結(jié)構(gòu)通過專業(yè)軟件構(gòu)建3D 模型，再把模型導(dǎo)入動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析專業(yè)軟件，之后綜合分析其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和起到的作用，再利用專業(yè)適用軟件對(duì)其進(jìn)行高仿真模擬處理，結(jié)合起重機(jī)運(yùn)行過程的具體特點(diǎn)構(gòu)建防搖控制方面的數(shù)學(xué)模型，展開分析比對(duì)和論證，確保最終的選用模型防搖效果最好。之后門座式起重機(jī)即可投入港口作業(yè)運(yùn)行，期間還要采取措施確保其運(yùn)行過程精準(zhǔn)操作，性能穩(wěn)定。通過一系列改造升級(jí)，一改傳統(tǒng)模式的效率低下、耗時(shí)費(fèi)力的弊端，港口貿(mào)易取得更大進(jìn)步。

3 港口區(qū)域大型機(jī)械電氣自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

3.1 PLC在港口電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

（1）PLC 應(yīng)用于門座式起重機(jī)。這種起重機(jī)在港口貿(mào)易中的應(yīng)用最為廣泛，它分為行走、旋轉(zhuǎn)以及起升幾個(gè)部分，操作流程繁復(fù)，作業(yè)難度較大，要求高標(biāo)準(zhǔn)地使用變壓器、電動(dòng)機(jī)以及接觸開關(guān)等。這種起重機(jī)是聯(lián)合驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，司機(jī)主令控制器上隸屬可編程邏輯控制器系統(tǒng)的輸入端口進(jìn)行操作，如果外部信號(hào)干擾系統(tǒng)的運(yùn)行沒有受到影響，可編程邏輯控制器有直流信號(hào)對(duì)外輸出，它的電壓是24 V，這時(shí)起重機(jī)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種自動(dòng)化升級(jí)改造讓作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，作業(yè)效率大幅提升。

（2）PLC 應(yīng)用于港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)港口貿(mào)易來說至關(guān)重要，它運(yùn)行過程的安全穩(wěn)定性直接決定港口取得怎樣的經(jīng)濟(jì)效益。引入可編程邏輯控制器后，膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)集中化，可得到有效的綜合保護(hù)，可編程邏輯控制器與工業(yè)電視系統(tǒng)以及調(diào)度電話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，港口作業(yè)的調(diào)度和操作可實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)化，可遠(yuǎn)程遙控膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)，貨物進(jìn)出港效率明顯提升。

（3）可編程邏輯控制應(yīng)用于港口除塵。如果一個(gè)港口的主要用途就是吞吐煤炭，肯定會(huì)有大量煤炭堆積在港口區(qū)域，遇到惡劣天氣就會(huì)揚(yáng)起大量粉塵，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。通常的防治措施是以高壓噴槍進(jìn)行灑水，壓制灰塵飛揚(yáng)，以及夏季高溫季節(jié)為煤堆降溫，防范出現(xiàn)自燃。如果港口除塵引入可編程邏輯控制器，可有效控制灑水作業(yè)，大幅降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的分布式I/O 結(jié)構(gòu)可監(jiān)控上位機(jī)的整體運(yùn)行過程，相關(guān)人員借助它可對(duì)泵房實(shí)況、壓力以及水池動(dòng)態(tài)進(jìn)行全面掌控，確保除塵達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 港口電動(dòng)RTG技術(shù)的應(yīng)用

電動(dòng)RTG 即門式電動(dòng)起重機(jī)，它應(yīng)用于港口作業(yè)可大幅降低作業(yè)過程的污染物，為港口作業(yè)提供優(yōu)質(zhì)環(huán)境，壓縮成本費(fèi)用。這種起重機(jī)的油改電技術(shù)涉及的供電方式有3種，即低架剛性滑觸線、電纜卷筒和高架滑觸線。隨著科技的不斷進(jìn)步，門式電動(dòng)起重機(jī)會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容和直流供電。

3.3 港口散貨裝卸自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

國(guó)際上大型散貨港口配置的機(jī)械設(shè)備均為半自動(dòng)化，借助人工操作可進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)設(shè)置，發(fā)展趨勢(shì)邁向自動(dòng)化。

3.3.1 集裝箱裝卸自動(dòng)化技術(shù)

世界上首個(gè)自動(dòng)化集裝箱港口裝卸應(yīng)用案例是荷蘭，試點(diǎn)成功后，德國(guó)、日本以及新加坡先后引進(jìn)，國(guó)內(nèi)是香港和上海于2006年首次打造出自動(dòng)化的集裝箱堆場(chǎng)，港口作業(yè)借助激光測(cè)量和圖像，對(duì)箱落箱操作過程達(dá)到全自動(dòng)化程度。

3.3.2 散貨裝備自動(dòng)化掃描和控制技術(shù)

港口的散貨裝卸作業(yè)，需要對(duì)料堆的高度和形狀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且技術(shù)人員依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范得到精準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果，可為港口運(yùn)輸提供關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)。裝卸作業(yè)過程的數(shù)據(jù)獲取，多為肉眼觀測(cè)所得，必要時(shí)須機(jī)械測(cè)量。要最大限度地防范外部因素干擾測(cè)量精度，可引入自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)測(cè)量料堆輪廓，通過激光測(cè)距，把定位系統(tǒng)安裝在斗輪堆取料機(jī)上，自動(dòng)檢測(cè)作業(yè)目標(biāo)。①自動(dòng)化掃描控制抓斗卸船。TPS 系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了偏轉(zhuǎn)鏡2個(gè)，它的作用是對(duì)接收到的激光進(jìn)行反射，再由激光接收器接收反射激光，通過精密測(cè)算得到激光發(fā)射到反射出現(xiàn)的時(shí)間差，得到激光器到物體的準(zhǔn)確距離數(shù)據(jù)，從而全面掌控目標(biāo)物體位置的三維數(shù)據(jù)；②自動(dòng)化掃描控制斗輪堆取。這種自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用操作類似于卸船機(jī)，掃描設(shè)備均為TPS。具體操作是，由TPS 向取料機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，取料機(jī)完成數(shù)據(jù)處理后再得到其他大量數(shù)據(jù)，通過立體化表面算法精準(zhǔn)測(cè)算料堆位置和形狀數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，給出料堆的立體化圖形。

3.3.3 集裝箱設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

當(dāng)前，港口設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，目前的港口集裝箱裝卸作業(yè)以及過程控制基本達(dá)到了自動(dòng)化水平，已經(jīng)能夠就內(nèi)外集裝箱和作業(yè)箱進(jìn)行精準(zhǔn)的自動(dòng)定位及裝卸作業(yè)。

4 結(jié)束語

面對(duì)港口越來越龐大的貨物吞吐量，保證機(jī)械設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為當(dāng)務(wù)之急，觀察電氣自動(dòng)化技術(shù)在其他生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用效果，可以預(yù)見將該項(xiàng)技術(shù)引用到港口機(jī)械設(shè)備貨物裝卸生產(chǎn)中，勢(shì)必會(huì)提高貨物裝卸工作效率、降低人工費(fèi)用投入以及保證貨物裝卸安全等，因此，應(yīng)積極開展港口機(jī)械電氣自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)研究。