港口機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制研究

白錦妍

摘要：本文主要介紹了當(dāng)前機(jī)械電氣自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的概況、設(shè)計(jì)思路及其特征，并分析了電氣自動(dòng)化控制中關(guān)鍵性的PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，最后具體分析了機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)在自動(dòng)化散貨裝卸以及貨物自動(dòng)識(shí)別控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：港口貨物裝卸;自動(dòng)化技術(shù);控制技術(shù);應(yīng)用研究

0? 引言

隨著機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于推動(dòng)各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有著重要意義。港口運(yùn)輸對(duì)于國內(nèi)外貨物貿(mào)易有著關(guān)鍵性的意義，港口吞吐量的大小直接影響到了國內(nèi)外貨物貿(mào)易量是否能夠上升。上個(gè)世紀(jì)90年代以來，通過機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)，當(dāng)前港口貨物識(shí)別效率和貨物裝卸速度明顯提升，這使港口的運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到了有效提升，顯著地推動(dòng)港口的發(fā)展和建設(shè)，極大地增加了港口的每年貨物的吞吐量，對(duì)于國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來具有促進(jìn)作用，因此研究機(jī)械電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在港口中的應(yīng)用非常必要。

1? 簡介機(jī)械電氣自動(dòng)化控制技術(shù)

1.1 機(jī)械電氣自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于港口的現(xiàn)狀

機(jī)械電氣自動(dòng)化被運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域后，我國港口裝卸運(yùn)輸過程中也開始采用了機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)，在很大程度上提升了港口的運(yùn)輸效率，然而由于我國機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，因此機(jī)械電氣自動(dòng)化的研究和應(yīng)用水平比較低，與發(fā)達(dá)國家相比還具有一定的差距，這主要表現(xiàn)在當(dāng)前我國港口機(jī)械電氣自動(dòng)化設(shè)備的基礎(chǔ)性設(shè)施較差，沒有形成統(tǒng)一且較為完善的一套自動(dòng)化控制流程，除此之外，在港口電氣自動(dòng)化控制的過程中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也存在不足，因此我國需要加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高我國港口的自動(dòng)化水平。

1.2 機(jī)械電氣自動(dòng)化控制技術(shù)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)設(shè)計(jì)理念，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)總線監(jiān)測、集中監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)測的功能，在實(shí)際操作過程中，通過一個(gè)處理器，連接各機(jī)械電氣化裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)機(jī)械電氣化設(shè)備的集中控制和管理，這樣的控制結(jié)構(gòu)比較靈活，能夠廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域，但需要注意的是，各個(gè)領(lǐng)域有其特殊之處，因此將電氣自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于具體的領(lǐng)域時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行應(yīng)用。

1.3 機(jī)械電氣自動(dòng)化中PLC控制技術(shù)的特征

1.3.1 靈活性強(qiáng)

最初PLC技術(shù)被研發(fā)出來主要是基于繼電器的靈活度不夠，因此在PLC控制技術(shù)研發(fā)的過程中格外注意對(duì)PLC技術(shù)靈活性方面的把控。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，PLC控制技術(shù)在修改的工藝流程時(shí)的操作也比較簡單和便捷，PLC技術(shù)只需要修改內(nèi)部程序即可完成對(duì)工藝流程的更改，而無需對(duì)接線進(jìn)行更改。

1.3.2 信息傳輸準(zhǔn)確且較為穩(wěn)定

在PLC控制技術(shù)被應(yīng)用在機(jī)械電氣自動(dòng)化的過程中，控制系統(tǒng)中的許多開關(guān)都是借助無觸點(diǎn)半導(dǎo)體電路完成的，相關(guān)的設(shè)施也進(jìn)行了加強(qiáng)處理，因此PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性比較強(qiáng)，這使得在PLC控制技術(shù)下信息傳輸比較穩(wěn)定且準(zhǔn)確。

1.3.3 操作簡單

當(dāng)前PLC系統(tǒng)通過編程語言即可進(jìn)行操作，然后編程語言將通過內(nèi)在翻譯語言功能就可翻譯成其他語言，進(jìn)行編程的過程比較簡單，除此之外，PLC操作系統(tǒng)外部接線結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡潔。除了具備操作簡單的優(yōu)勢之外，由于PLC控制技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，目前已經(jīng)形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.4 體積小，耗能低

目前PLC控制技術(shù)是被廣泛應(yīng)用的集成電氣自動(dòng)化技術(shù)之一，一般而言PLC控制裝置的體積較小、重量也比較小，因此非常便于攜帶，除此之外，PLC控制裝置耗能也非常小。

2? PLC電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制

2.1 PLC技術(shù)在港口門式起重機(jī)中的應(yīng)用

在港口裝卸集裝箱的過程中，起重機(jī)是一個(gè)關(guān)鍵性的機(jī)械工具，幾乎所有的集裝箱裝運(yùn)都離不開起重機(jī)，正是基于此，起重機(jī)的工作量非常的大，長此以往，起重機(jī)難免會(huì)有損耗，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)故障而無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)的裝載方式無法對(duì)起重機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行具體的檢查和分析，然而通過將PLC技術(shù)運(yùn)用到起重機(jī)中，則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督，掌握起重機(jī)異常情況甚至是起重機(jī)的損耗情況，使得起重機(jī)相關(guān)管理人員能夠及時(shí)更換損耗部位，以確保起重機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2 PLC技術(shù)在港口膠帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的港口膠帶運(yùn)輸機(jī)分布較為分散，因此在對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行監(jiān)管和控制時(shí)，除了需要建立以現(xiàn)場檢測設(shè)備、控制站以及現(xiàn)場控制設(shè)備為核心的現(xiàn)場控制系統(tǒng)外，還需要設(shè)立監(jiān)控屏幕、操作員系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等多個(gè)部分來共同組建港口膠帶運(yùn)輸機(jī)的集中控制體系，為了更好地實(shí)現(xiàn)集中管理和控制，通常需要設(shè)立集中控制器，集中控制器通過網(wǎng)絡(luò)接收控制站信息，并處理和分析，然后對(duì)信息進(jìn)行反饋。在集中控制器和控制站點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^程中，運(yùn)用以太網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸非常關(guān)鍵，然而使用以太網(wǎng)傳輸信息的過程中，以太網(wǎng)對(duì)于信息傳輸?shù)木嚯x有一定的限制，因此在集中控制器與各個(gè)站點(diǎn)的距離過遠(yuǎn)的情況下，還需要設(shè)立中繼器，確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定與準(zhǔn)確。

2.3 PLC技術(shù)在港口集裝箱橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

裝卸橋電氣系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)交互多、設(shè)備分布范圍廣等特點(diǎn)，通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓裝卸橋電氣系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定和完善，提高整個(gè)系統(tǒng)控制信息傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性。通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)裝卸橋電氣系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢測和控制，通過PLC技術(shù)的運(yùn)用能夠準(zhǔn)確記錄機(jī)械設(shè)備工作的次數(shù)和運(yùn)行的時(shí)間，據(jù)此相關(guān)管理人員可以分析出設(shè)備的磨損程度，從而及時(shí)更換其中部分零件，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，相關(guān)檢修技術(shù)人員也可以根據(jù)PLC技術(shù)反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，提高設(shè)備修理的效率，同時(shí)在修理完成后，通過使用PLC技術(shù)對(duì)修理的情況進(jìn)行記錄，也有利于日后再次發(fā)生故障時(shí)，檢修技術(shù)人員能夠完整掌握設(shè)備的相關(guān)情況。在充分應(yīng)用CCMS的背景下，能夠構(gòu)建一個(gè)人機(jī)友好的交流界面，系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)可以被操作人員第一時(shí)間掌握，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息共享，這有利于操作人員全面掌握系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)全面的數(shù)據(jù)信息分析進(jìn)行靈活的處理，選擇最為恰當(dāng)?shù)牟僮?，確保工作能夠高效開展。

3? 散貨裝卸自動(dòng)化技術(shù)與控制

3.1 自動(dòng)裝卸技術(shù)

自動(dòng)裝卸技術(shù)最早運(yùn)用得國家是荷蘭，在20世紀(jì)90年代鹿特丹港口建立了ETC碼頭，這極大地提高了碼頭集裝箱裝卸的效率，因此日本、新加坡以及我國的香港隨后也開始運(yùn)用自動(dòng)裝卸技術(shù)，各國運(yùn)行自動(dòng)化裝卸技術(shù)的情況不盡相同，其中德國和荷蘭采用的是同種方式，這兩個(gè)國家在堆場中使用自動(dòng)化導(dǎo)向車、軌道式龍門吊進(jìn)行裝卸，而使用人工操作設(shè)施和遙控吊具技術(shù)對(duì)外集卡裝卸進(jìn)行控制;新加坡則在自動(dòng)化堆場中使用了高架式自動(dòng)化場橋技術(shù)，這一技術(shù)僅僅適用于內(nèi)集卡作業(yè)，應(yīng)用范圍比較有限，但具有能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位的優(yōu)勢;在中國香港和日本則建設(shè)的則是軌道式龍門吊等半自動(dòng)化技術(shù)，這樣的設(shè)計(jì)使得在裝箱過程中只能通過大車自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅如此，在內(nèi)、外集卡裝卸過程中均需要需要進(jìn)行人工操作。高橋2期碼頭應(yīng)用了圖像等先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)定位與科學(xué)化的檢測，是我國首座自動(dòng)化堆場，同時(shí)也是世界首個(gè)內(nèi)、外集卡全自動(dòng)化對(duì)箱、落箱的港口。

3.2 自動(dòng)掃描技術(shù)

在散貨裝卸作業(yè)中，針對(duì)料堆的堆型分布、最大和最小高度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測至關(guān)重要，在以往這樣的操作主要是通過人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，這樣的方式無疑具有一定的局限性且不準(zhǔn)確，在人工估算的過程中容易受到人的主觀因素以及氣候等因素的影響，而一旦人工判斷不準(zhǔn)確，特別是在判斷誤差較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)進(jìn)行具體的裝箱操作時(shí)容易出現(xiàn)輪船磨損，甚至發(fā)生沉船和翻船等嚴(yán)重事故，因此在裝卸過程中對(duì)貨物進(jìn)行自動(dòng)化掃描檢測非常關(guān)鍵。

3.2.1 抓斗卸船自動(dòng)化掃描與控制

抓斗卸船自動(dòng)化技術(shù)中充分地運(yùn)用了激光掃描技術(shù)，通過激光掃描能夠準(zhǔn)確地測量物件的大小以及物件之間的距離，甚至能夠?qū)⑽锛谋砻嫘螤钸M(jìn)行還原，除此之外還能夠高度識(shí)別艙底與艙口，充分檢測船艙內(nèi)物料的分布情況和物料類型，通過屏幕進(jìn)行接收和顯示掃描的物件信息，工作人員能夠準(zhǔn)確知道裝卸過程中必須掌握的數(shù)據(jù)，據(jù)此工作人員能夠更好地為后續(xù)進(jìn)行的工作進(jìn)行安排。

3.2.2 斗輪堆取自動(dòng)化掃描控制

在使用斗輪堆取自動(dòng)化掃描控制技術(shù)時(shí)需要通過TPS進(jìn)行掃描，在實(shí)際運(yùn)行過程中，TPS將提供安裝位置信息，這一信息傳輸至堆取料機(jī)運(yùn)行中心并與堆取料機(jī)PLC技術(shù)提供的相關(guān)位置信息結(jié)合，并通過一定的算法運(yùn)算，計(jì)算出物件準(zhǔn)確的位置信息和形狀信息，為了更好地將相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)際工作中，這些數(shù)據(jù)還需要傳輸?shù)街醒肟刂剖曳?wù)器中，使得貨物裝箱的立體數(shù)據(jù)信息得到更好地呈現(xiàn)。

4? 總結(jié)

從上述內(nèi)容可以了解到自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于港口裝卸和自動(dòng)掃描檢測的重要作用，因此在港口建設(shè)的過程中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)PLC控制技術(shù)以及其他自動(dòng)化技術(shù)的研究和運(yùn)用，增強(qiáng)港口自動(dòng)化的程度，進(jìn)而提升港口的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，是港口達(dá)到更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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