門機單車計件管理系統(tǒng)

【摘要】“門機單車計件管理系統(tǒng)”的應用取代了傳統(tǒng)粗放的港口裝卸計量統(tǒng)計模式，實現(xiàn)了對門機作業(yè)分貨種、船型、工況等多變量的快速統(tǒng)計管理。對單機、單人、單日進行準確計量提高了裝卸效率與安全生產水平。

【關鍵詞】門機；單車計件；節(jié)能；增效

一、概況

天津港焦炭碼頭有限公司成立于1999年12月29日，公司地處天津港南疆港區(qū)南港路以北，擁有2個7萬噸級深水作業(yè)泊位，碼頭岸線全長684米，水深負13.8米，配備10萬余平米碼頭配套貨物堆場。專業(yè)從事天津港焦炭、煤炭散貨港口裝卸運輸業(yè)務，年貨物吞吐能力達1800萬噸以上，是一個現(xiàn)代化、環(huán)保型的港口企業(yè)。是我國港航系統(tǒng)的用能大戶，在資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設中擔負著重要的社會責任。

多年來，我國港口行業(yè)的散貨作業(yè)計量統(tǒng)計管理，基本處于粗放式管理狀態(tài)，由于缺乏較好的技術手段，單臺門機設備的作業(yè)量及耗電量等數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)精細化的統(tǒng)計管理，原因主要有二點；其一，各港口的門座起重機（以下簡稱門機）上安裝的起重力矩限制裝置，主要用作重量超載保護或過力矩保護，雖然個別產品附帶載荷累加功能，但因其不能識別門機的作業(yè)狀況，也無法進行真實載荷識別、分類統(tǒng)計和管理，數(shù)據(jù)無法作為節(jié)能減排、單機經(jīng)濟核算精細化統(tǒng)計管理的重要依據(jù)；其二，門機原PLC控制系統(tǒng)僅實現(xiàn)門機基本作業(yè)的速度控制，不具備作業(yè)計量所需的各類控制功能。

天津港焦炭碼頭有限公司是天津港（集團）下屬的專業(yè)從事煤炭、礦石等散貨裝卸作業(yè)的流程化裝卸公司，現(xiàn)配備30噸、40噸門機共7臺，主要從事鐵礦石、煤炭、等散貨的裝卸作業(yè)，年吞吐量1800萬噸，是耗能大戶。為進一步貫徹國家建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，促進港口生產的節(jié)能減排，降低運營成本，解決長期存在的單臺門機設備作業(yè)量及耗電量等數(shù)據(jù)精細化計量與統(tǒng)計管理的難題，天津港焦炭碼頭有限公司技術部組織開展了“門機單車計件管理系統(tǒng)”開發(fā)工作。

技術人員通過長期深入分析研究門機散貨作業(yè)工況，借助原起重力矩限制器硬件，對門機PLC控制程序和起重力矩限制器軟件進行了信息交互和數(shù)據(jù)整合，成功研發(fā)了“門機單車計件管理系統(tǒng)”。實現(xiàn)了門機多貨種、多船舶、多工況等多變量散貨作業(yè)的輕松、快速、精確統(tǒng)計管理，實現(xiàn)了單車經(jīng)濟核算定量分析，使門機PLC具備了智能的、自動準確計量等功能。結合制定完善的管理和激勵制度，實現(xiàn)了技術與管理機制的有機結合，極大地提高了司機的節(jié)能減排意識，提高了裝卸效率，降低了能源消耗，推動了節(jié)能減排工作深入開展，維護了船東、貨主、港口三方的共同利益。

二、系統(tǒng)主要功能介紹

該管理系統(tǒng)分為兩個部分：數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析子系統(tǒng)，如圖1所示，下面具體介紹兩個子系統(tǒng)的主要功能。

（一）數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過門機PLC控制程序和起重力矩限制器程序（圖2）協(xié)調控制，優(yōu)化了門機操作過程，增加了對司機操作失誤的主動干預，改善了門機受力狀態(tài)，實現(xiàn)了門機從跳變的負荷中正確識別真實載荷、智能動態(tài)去“皮”（“皮”指抓斗及貨物殘余重量）等功能，使作業(yè)時間、作業(yè)量、作業(yè)狀況等管理數(shù)據(jù)自動準確采集。該系統(tǒng)使門機繁雜的散貨作業(yè)實現(xiàn)了自動、精確的科學統(tǒng)計管理。

1、智能動態(tài)去“皮”功能 由于貨種屬性等原因，粘礦經(jīng)常粘在抓斗斗體上，影響了抓斗的皮重，計量精確度出現(xiàn)誤差。該系統(tǒng)實現(xiàn)了抓斗“智能動態(tài)去‘皮’功能”，使每抓斗的撒貨重量因粘貨的多少而發(fā)生變化，確保數(shù)據(jù)準確。

2、作業(yè)工況、貨種分類功能 現(xiàn)場作業(yè)過程中，各個作業(yè)區(qū)工況較為復雜，人工統(tǒng)計存在費時、費力、現(xiàn)場情況掌握不及時等因素，而且作業(yè)功能隨時調整，人工統(tǒng)計很難動態(tài)響應，這給作業(yè)量的統(tǒng)計工作帶來極大的不便，而且存在誤差。該系統(tǒng)根據(jù)重量顯示器操作面板“貨物種類”、“工況選擇”功能欄進行擴展應用。利用“貨物類別”、“工況選擇（裝、卸船及其它作業(yè)）”功能欄，制定相應的編碼，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析分系統(tǒng)中設置相應的解碼，實現(xiàn)各種貨物的動態(tài)分類統(tǒng)計功能，確保數(shù)據(jù)的精確性和準確性，做到作業(yè)工況數(shù)據(jù)的動態(tài)響應。

3、超載保護功能 針對作業(yè)過程中因操作超載造成的刮艙口等超載現(xiàn)象，增設了安全保護功能，實現(xiàn)了特殊情況的快速保護，確保了設備本質安全。

（二）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場實際和管理目標的要求，組織開發(fā)“數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)”，安裝在數(shù)據(jù)統(tǒng)計服務器上，對門機的作業(yè)工況數(shù)據(jù)（儲存在無線數(shù)據(jù)收發(fā)器中）進行讀取，并對數(shù)據(jù)進行歸檔、分析、匯總。

三、節(jié)能減排原理

“門機單車計件管理系統(tǒng)”設計人員在PLC通用控制技術基礎上，結合港口門機散貨作業(yè)特點，對現(xiàn)有的門機PLC電控系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，并合理利用原起重力矩限制器硬件，實現(xiàn)了PLC主控程序與起重力矩限制器程序的同步開發(fā)，優(yōu)化了門機散貨裝卸作業(yè)自動控制功能，實現(xiàn)了PLC控制功能與自動計量功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能的集成?！伴T機單車計件管理系統(tǒng)”PLC功能的應用，改進了門機裝卸作業(yè)工藝，增加了對司機操作失誤的主動干預，優(yōu)化了門機操作過程，減少了非正常作業(yè)時間及電力消耗，提高了裝卸效率與安全生產水平；其自動計量功能應用，取代了傳統(tǒng)粗放的港口裝卸計量統(tǒng)計模式，實現(xiàn)了單機、單人、單日計量，為節(jié)能減排激勵機制實施提供了準確的數(shù)據(jù)支持。

四、實施方案

（一）系統(tǒng)安裝使用

核心硬件：力矩限制器由傳感器和控制器（主機）兩大部分組成。當起重機械起吊重物，起重量、轉角和幅度等工況經(jīng)各自所對應的傳感器監(jiān)測后并經(jīng)相應變送器轉化為數(shù)字量傳輸?shù)娇刂破?。信號在控制器內再次轉換后，通過光電隔離送到CPU，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后送到顯示屏顯示各類相應的數(shù)值，與此同時儀表將測出的重物重量、轉角、幅度等數(shù)據(jù)與預置程序中的額定值進行比較，按規(guī)定執(zhí)行顯示、起重量累加、報警和控制輸出等功能動作，如果起重機在收到超載控制信號后，可自動停止向不安全方向作業(yè)，但不影響其它機械動作。作業(yè)結束后可將當前累計作業(yè)量、作業(yè)時間、超載保護次數(shù)、作業(yè)類別等數(shù)據(jù)存入TP屏。因而本限制器可以對起重機起到限載保護的作用，同時又便于對整個裝卸操作系統(tǒng)進行有效管理。

“門機單車計件管理系統(tǒng)”結合了高精度稱重傳感器及輔助傳感器和顯示處理器組合而成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有存貯數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)功能，結合無線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳到服務器，利用現(xiàn)代化手段來提高管理效率，在線對碼頭散貨信息進行采集、分析、傳輸和保存。本系統(tǒng)以建立優(yōu)化的裝卸工藝，獲取精確的裝卸數(shù)據(jù)，極大地提高裝卸效率，降低裝卸成本；降低能耗，減少污染排放；它為管理作業(yè)和管理決策提供的綜合性信息系統(tǒng)，為碼頭的科學管理提供了有力保障，更加合理的工作評估與決策系統(tǒng)，提高員工工作的積極性，促進企業(yè)的和諧發(fā)展。解決計件工資，讓管理自動化，設置級別權限功能，掌握信息；以日期、船名、門機號、司機、貨名等相關信息進行檢索。通過無線局域網(wǎng)將重量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ闹鞣掌鳎瑢?shù)據(jù)統(tǒng)一管理。通過這套系統(tǒng)的應用，提高了門機的利用效率，確保設備的安全、可靠、穩(wěn)定運行，為港口的規(guī)范化管理和現(xiàn)代化生產提供了一個強大的數(shù)據(jù)管理平臺，為門機單車核算，控制成本，在線故障率的檢測打下了良好的基礎。

（二）具體實施方法

門機司機每人對應一個操作工號，上機后只需在LCD觸摸屏上手動輸入工號、操作類型等基本信息，門機開始作業(yè)后單鉤凈重采取每一鉤傳回一個數(shù)據(jù)的方式，數(shù)據(jù)通過主機的RS232接口傳輸?shù)綗o線數(shù)據(jù)收發(fā)器中，再通過作業(yè)現(xiàn)場全方位覆蓋的無線訪問點AP（ Access Point）傳輸?shù)椒掌鹘K端分析軟件，“數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)”對傳回的數(shù)據(jù)進行讀取、儲存、歸檔，并對每名司機當班作業(yè)情況（作業(yè)時間、作業(yè)噸數(shù)、作業(yè)貨種、作業(yè)性質、作業(yè)鉤數(shù)）進行統(tǒng)計、分析。

五、項目成效

通過門機單車計件管理系統(tǒng)的應用，在人員、設備、電能消耗未增加的情況下，每小時可多裝卸51噸貨。使用該系統(tǒng)后，門機隊的生產作業(yè)紀錄和電力成本紀錄不斷刷新，創(chuàng)出了單船（12小時）接卸4.1萬噸，單車（6#門機12小時）作業(yè)7060噸最高紀錄。

自系統(tǒng)成功運行以來，門機綜合電力消耗由改造前的1850 kWh /萬t，降低到1670 kWh /萬t，節(jié)能9.7%；門機作業(yè)效率由改造前的388t/h，提高到目前的460t/h，設備增效19%。門機裝卸作業(yè)量增加5%。以2011年門機裝卸作業(yè)量14476353t為例，

1、每年增加經(jīng)濟效益

增加裝卸作業(yè)量14476353t×5%=723817t

實現(xiàn)利潤 723817t×3.2元/t=231.6萬元

2、門機每萬噸可節(jié)約電力費用：

1850 kWh -1670 kWh =180kwh；

180 kwh×1.03元/ kwh =186.3元。

每年可節(jié)電

1447.6353t×186.3元/t=26.97萬元

3、設備改造投入的成本

7.5萬元/臺×7臺=52.5萬元

52.5萬元/10年（使用壽命）=5.3萬元/年

4、節(jié)約維修保養(yǎng)費用

由于限制了門機超負荷運行，鋼絲繩、抓斗、制動器、傳動部件的使用壽命比以前延長了30%，每年鋼絲繩使用減少了22根×1.2萬元/根=26.4萬元，節(jié)省制動器、傳動部件、抓斗維修費用55萬元/年，合計節(jié)省維修保養(yǎng)費用81.4萬元/年。

5、綜合經(jīng)濟效益

231.6+26.97-5.3+81.4=334.67萬元

該系統(tǒng)適用于港航系統(tǒng)的門機散貨作業(yè)，由于其需要對門機控制程序和重量傳感器單片機程序進行聯(lián)合控制，因此，系統(tǒng)需要安裝在采用PLC電控系統(tǒng)的各類門機中；其節(jié)能減排原理、方案及相關管理制度和方法可以直接在其他港口散貨作業(yè)中推廣使用；推廣單位僅需根據(jù)門機設備的具體情況對安裝后的系統(tǒng)進行必要的調試、調整即可投入使用，在行業(yè)內具有廣泛的推廣價值。