分析卸船機(jī)智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建

黃志平 郭建軍 王博強(qiáng)

（國(guó)能常州發(fā)電有限公司 江蘇省常州市 213000）

如今，進(jìn)行國(guó)內(nèi)貿(mào)易的最主要的現(xiàn)代交通樞紐就是港口，各式各樣的運(yùn)輸都離不開港口作為轉(zhuǎn)運(yùn)站，這也就為我國(guó)的自由貿(mào)易提供了機(jī)會(huì)，在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)代國(guó)際貿(mào)易生產(chǎn)和運(yùn)輸都具有重要的歷史意義。通過(guò)對(duì)碼頭先進(jìn)控制系統(tǒng)和管理技術(shù)進(jìn)行分析，應(yīng)用相關(guān)先進(jìn)的控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，從而促進(jìn)卸船機(jī)智能化控制系統(tǒng)的構(gòu)建。

1 工程概況

某有限公司卸煤碼頭布置兩臺(tái)功率為1600t/h的卸裝機(jī)，每臺(tái)現(xiàn)裝機(jī)有各自的任務(wù)來(lái)開展相關(guān)的運(yùn)輸處理工作，并且主要有八大單元構(gòu)成，分別是：起升、開閉、小車、俯仰、大車、料水、接料、司機(jī)室。電廠對(duì)碼頭進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境保護(hù)工作并且對(duì)#1進(jìn)行相關(guān)改造工作，對(duì)機(jī)械料斗部分進(jìn)行全部改造，可以增強(qiáng)其除塵能力，減少對(duì)環(huán)境的污染，并且采取智能化技術(shù)來(lái)對(duì)卸船機(jī)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行全方位改造，以達(dá)到自動(dòng)化的最終目的。提高一定的環(huán)保效力從而滿足我國(guó)關(guān)于生態(tài)制定的有關(guān)規(guī)定，滿足長(zhǎng)江流域的環(huán)保要求。

2 智能化功能要求

卸船機(jī)控制系統(tǒng)在智能化上進(jìn)行升級(jí)改造，能夠更好的服務(wù)于國(guó)內(nèi)的煤炭運(yùn)輸，在適應(yīng)于環(huán)保改造要求的同時(shí)，通過(guò)建立一系列的智能化全自動(dòng)卸船機(jī)系統(tǒng)，可以有效的防止操作失誤的出現(xiàn)，保證設(shè)備的高效運(yùn)行。

目前我國(guó)在卸船機(jī)發(fā)展上也在不斷的進(jìn)步，針對(duì)生產(chǎn)率較大的卸船機(jī)，不僅可以滿足手動(dòng)和半自動(dòng)的操作要求，還可以進(jìn)行全自動(dòng)操作。有利于進(jìn)行相關(guān)維護(hù)和避免產(chǎn)生惡劣問(wèn)題的影響。在進(jìn)行安裝的同時(shí)，檢測(cè)電氣設(shè)備一定要做好監(jiān)測(cè)工作，分析問(wèn)題并及時(shí)的解決，避免出現(xiàn)因?yàn)橥獠繂?wèn)題而產(chǎn)生對(duì)卸船機(jī)的破壞現(xiàn)象。可以進(jìn)行有效的開環(huán)控制，避免因?yàn)橥饨缫蛩卦斐梢粋€(gè)閉環(huán)控制，這樣會(huì)導(dǎo)致人工的介入，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，會(huì)造成常規(guī)不能全自動(dòng)，需要在機(jī)制上及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。如果出現(xiàn)了物料供給不均衡等問(wèn)題，就可以通過(guò)設(shè)備感應(yīng)與調(diào)整對(duì)物料進(jìn)行晃動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)均勻分布。

2.1 智能化功能

如今，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，卸船機(jī)的部分難點(diǎn)問(wèn)題得到了有效的解決，促進(jìn)工業(yè)傳感器及通信信息的快速發(fā)展，為提高設(shè)備的自動(dòng)化水平、安全性優(yōu)化、工作效率，開展全自動(dòng)化研發(fā)測(cè)試內(nèi)容如下：

2.1.1 安裝卸船機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)

通過(guò)安裝新的卸船機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，并且可以進(jìn)行抓斗放料的準(zhǔn)確控制，避免因破壞空氣質(zhì)量而產(chǎn)生一些灰塵的污染。經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐測(cè)試和優(yōu)化升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同情況而制定的卸船策略。

2.1.2 安裝 3D 掃描進(jìn)行船型及船艙物料掃描

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以通過(guò)安裝掃描傳感器系統(tǒng)來(lái)對(duì)船艙邊緣以及物料進(jìn)行掃描，從而可以精準(zhǔn)的進(jìn)行抓取點(diǎn)控制，減少勞動(dòng)力成本并且防止發(fā)生碰撞事故。

2.1.3 安裝高清攝像頭捕捉抓斗軌跡，對(duì)抓斗實(shí)時(shí)跟蹤

2.2 系統(tǒng)說(shuō)明

2.2.1 3D自動(dòng)掃描系統(tǒng)

抓斗式卸船機(jī)，需要采用過(guò)多的人工手段來(lái)對(duì)船艙的散裝物料進(jìn)行抓取工作。但是由于港口的工作環(huán)境較差，針對(duì)散裝貨物的堆積情況較難解決，為了提高相關(guān)的自動(dòng)化水平以及工作能力，就需要采取相關(guān)的自動(dòng)掃描系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行掃描工作，例如3D自動(dòng)掃描系統(tǒng)可以對(duì)散裝貨物進(jìn)行掃描工作。為了避免卸船的抓斗和艙口之間發(fā)生的沖撞問(wèn)題，主要是通過(guò)采取掃描設(shè)備的防撞保護(hù)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行保護(hù)工作，從而避免該類情況的發(fā)生。主要的工作原理是在司機(jī)室的底部安裝3D掃描裝置，該裝置是由掃描裝置和控制掃描系統(tǒng)組成的，通過(guò)相關(guān)線路進(jìn)行電腦PSPC的連接，可以對(duì)相關(guān)貨物進(jìn)行傳感信息，利用攝像頭并且可以通過(guò)對(duì)攝像頭角度的控制來(lái)進(jìn)行全方位掃描，從而避免事故的發(fā)生。通過(guò)電腦和起重機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且采用相關(guān)的線路進(jìn)行連接網(wǎng)絡(luò)，起重機(jī)PLC可以對(duì)電腦傳輸過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行及時(shí)的分析然后選取卸船的坐標(biāo)，積極的完善對(duì)小車和大車的控制，每一步的循環(huán)促進(jìn)了自動(dòng)化卸船系統(tǒng)的逐步操作。并且在起重機(jī)PLC將被定位進(jìn)行對(duì)電腦傳輸信息的處理，在相關(guān)的船艙內(nèi)和礦石的外圍進(jìn)行信息掃描，從而作為船艙的邊緣保護(hù)工作。

2.2.2 抓斗姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)

在抓斗高速工作的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些搖擺和晃動(dòng)現(xiàn)象。所以需要及時(shí)穩(wěn)住抓斗的位置使用相關(guān)的姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)確的定位抓斗的位置和姿態(tài)。在一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，控制抓斗姿態(tài)，并且避免倒斗與船艙發(fā)生碰撞。關(guān)于抓斗位置，要制定相關(guān)的合理方案，提供電源的合理位置，及時(shí)的對(duì)設(shè)備安全進(jìn)行保護(hù)，降低系統(tǒng)的故障問(wèn)題產(chǎn)生。

2.2.3 全自動(dòng)功能說(shuō)明

通過(guò)三維激光來(lái)進(jìn)行掃描工作，尤其是抓取料時(shí)，卸船機(jī)的駕駛室下方需要進(jìn)行激光器的掃描。通過(guò)該系統(tǒng)的完善和進(jìn)步，可以及時(shí)的進(jìn)行系統(tǒng)控制并且發(fā)出指令。通過(guò)高速的運(yùn)轉(zhuǎn)效果以及各個(gè)角度的分辨度逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量工作。關(guān)于測(cè)量的大量數(shù)據(jù)要通過(guò)相關(guān)軟件在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，通過(guò)云數(shù)據(jù)采用特殊的算法進(jìn)行相關(guān)信息的處理，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換位置和信息的描述，可以將這些信息準(zhǔn)確的進(jìn)行上層控制并且及時(shí)完成抓取工作。不過(guò)由于卸船機(jī)在工作中會(huì)釋放一定的粉塵，可以采取特殊的算法防治粉塵對(duì)激光掃描的干擾。

2.2.4 防撞功能說(shuō)明

采取防撞功能來(lái)防止卸船機(jī)之間產(chǎn)生碰撞問(wèn)題，大車在運(yùn)行過(guò)程中可進(jìn)行激光的掃描，及時(shí)觀測(cè)平面與平面之間的位置。從而使激光器開啟防撞模式，及時(shí)進(jìn)行減速，急停等功能。例如，有物體進(jìn)入指定區(qū)域的時(shí)候，達(dá)到一定的數(shù)值，激光器就會(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)警告。

3 智能化系統(tǒng)構(gòu)成部分

3.1 控制中心機(jī)柜

控制中心需安裝網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，以及光纖結(jié)構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備以及數(shù)字解碼設(shè)備等等服務(wù)器提供信息傳輸與交換的系統(tǒng)化控制。并且交換機(jī)需要連接多臺(tái)的卸船機(jī)控制系統(tǒng)就需要擴(kuò)展更多的接口以及容量。

3.2 卸船機(jī)就地控制柜

通過(guò)對(duì)卸船機(jī)司機(jī)室內(nèi)增加就地控制柜，可以使司機(jī)室進(jìn)行所有信號(hào)的檢測(cè)，并且能夠操控控制柜。該地控制柜中有諸多的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行控制，這些接口控制器主要負(fù)責(zé)定位以信號(hào)和控制相關(guān)信號(hào)的功能，并且把相關(guān)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊傳至電氣房數(shù)據(jù)服務(wù)器。

3.3 安全防護(hù)系統(tǒng)

通過(guò)利用雷達(dá)傳感器準(zhǔn)確進(jìn)行信號(hào)傳感，主要安裝于卸船機(jī)的大車底部位置以及兩側(cè)，用于防止發(fā)生碰撞現(xiàn)象。為了避免發(fā)生事故，通過(guò)對(duì)卸船機(jī)大車的頭部和尾部都增加一定的避障裝置可以進(jìn)行避讓工作，一旦相關(guān)范圍之內(nèi)出現(xiàn)一些物體或障礙物，就會(huì)停止行走并且及時(shí)發(fā)出警報(bào)，上傳相關(guān)鏡頭視頻，只有通過(guò)上級(jí)指令傳達(dá)才可以解除警報(bào)進(jìn)行系統(tǒng)的繼續(xù)執(zhí)行。

3.4 抓斗的位置和姿態(tài)測(cè)量裝置

在卸船機(jī)的船梁部分安裝檢測(cè)攝像頭可以準(zhǔn)確的抓捕卸船機(jī)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。通過(guò)高速相機(jī)快速捕捉抓斗運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸于后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的控制，并采用信息圖像處理技術(shù)以及相關(guān)方式方法進(jìn)行抓斗位置與姿態(tài)研究。針對(duì)掃描所得的幾萬(wàn)張照片進(jìn)行深度的分析，勘測(cè)是否在進(jìn)行抓斗過(guò)程中偏離了路線，如果發(fā)生問(wèn)題，要及時(shí)改進(jìn)抓斗裝置避免出現(xiàn)因?yàn)樽ザ坊蝿?dòng)而造成的偏離中心線的偏移行為?？刂葡到y(tǒng)會(huì)及時(shí)的向閉環(huán)軟件系統(tǒng)進(jìn)行偏離信息反饋，并啟動(dòng)高精度的防搖系統(tǒng)，調(diào)整抓斗姿態(tài)與角度，減少晃動(dòng)影響。另外再結(jié)合上文提到的三維掃描采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的相互引用可以十分便利的形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)，從而防止在進(jìn)行抓斗的工作過(guò)程中出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。

3.5 船艙實(shí)時(shí)掃描裝置

主要安裝于卸船機(jī)駕駛室的下部，通過(guò)對(duì)掃描儀和云計(jì)算來(lái)對(duì)傳播進(jìn)行有效的掃描，及時(shí)的進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和上傳，進(jìn)行分析和整理，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將相關(guān)的船艙位置，數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送至相關(guān)服務(wù)器為卸船機(jī)的工作提供基礎(chǔ)，更好的保證卸船機(jī)全自動(dòng)控制的推進(jìn)工作。在進(jìn)行裝置工作范圍一定要大于50mm，擁有標(biāo)準(zhǔn)的掃描角度，分辨率有一定的控制。掃描誤差一定要控制一個(gè)正確的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，從而確保矯正功能的實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的輸出測(cè)量數(shù)據(jù)過(guò)程中，環(huán)境因素的影響要降到最低。

3.6 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)該項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，一定要擁有一個(gè)良好的攝像頭來(lái)進(jìn)行服務(wù)，具有一定的前段數(shù)字和清潔，防震，防腐蝕的功能。推薦國(guó)產(chǎn)品牌華為、?？低暤榷伎梢赃M(jìn)行配套裝置為一體來(lái)進(jìn)行數(shù)字，使得高清攝像頭裝備。其中中控室需要你用視頻網(wǎng)絡(luò)矩陣來(lái)進(jìn)行圖像的儲(chǔ)存工作，這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在司機(jī)室的時(shí)間不能少于14天，相關(guān)的視頻要與系統(tǒng)控制機(jī)型分開。通過(guò)控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻工作臺(tái)工作，結(jié)合相關(guān)的鍵盤來(lái)對(duì)重點(diǎn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行云臺(tái)的控制，故障報(bào)警信號(hào)發(fā)生要及時(shí)的采取措施進(jìn)行信息的傳輸工作。

3.7 卸船機(jī)遠(yuǎn)程云平臺(tái)搭建

卸船機(jī)遠(yuǎn)程云平臺(tái)的搭建工作融合了先進(jìn)的云技術(shù)、信息高效傳輸與智能化診斷分析技術(shù)。在大量港口進(jìn)行設(shè)備的安裝，從而可以進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析等等。對(duì)這些設(shè)備需要專人管理，及時(shí)進(jìn)行控制，從而做好設(shè)備的檢修和養(yǎng)護(hù)工作。

如今利用5G技術(shù)與平臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行控制系統(tǒng)云平臺(tái)搭建，采取互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和分析。對(duì)于相關(guān)的載體眾多，比如說(shuō)可以通過(guò)手機(jī)APP客戶端來(lái)顯示組態(tài)畫面和分析結(jié)果，及時(shí)方便的進(jìn)行信息的推送，對(duì)相關(guān)的維護(hù)人員要進(jìn)行培訓(xùn)工作，保證卸船機(jī)運(yùn)行效果。

3.8 智能操作臺(tái)

智能操作臺(tái)主要安裝于控制中心樓，來(lái)對(duì)全部的卸船機(jī)進(jìn)行操作和管理工作，通過(guò)設(shè)置一定的控制裝置，可以發(fā)送信號(hào)，及時(shí)的讓卸船機(jī)停止工作。對(duì)卸船機(jī)主要進(jìn)行全方位的總控工作，比如可以設(shè)置自動(dòng)操作或人工操作。通過(guò)操作臺(tái)來(lái)進(jìn)行操作工作以及相關(guān)的圖像管理工作，各個(gè)視頻都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鍵盤機(jī)型畫面的分組顯示和播放。通過(guò)設(shè)置三個(gè)液晶顯示器可以有效的播放兩個(gè)卸船機(jī)的工作畫面，及時(shí)的開展記錄工作進(jìn)行分析。這兩臺(tái)顯示畫面，其中一個(gè)顯示卸船機(jī)的所有狀態(tài)，另一臺(tái)主要是通過(guò)操作進(jìn)行相關(guān)功能的操作過(guò)程，可以采取手動(dòng)操作模式來(lái)驅(qū)動(dòng)卸船機(jī)，工人可以通過(guò)控制操控盤來(lái)輔助智能化系統(tǒng)進(jìn)行卸船機(jī)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，各領(lǐng)域卸裝操作的難度越來(lái)越大，卸船機(jī)運(yùn)行強(qiáng)度也隨之增長(zhǎng)，積極進(jìn)行卸船機(jī)智能化控制系統(tǒng)的建設(shè)，可以驅(qū)動(dòng)卸船機(jī)正向智能化、科學(xué)化、安全化方向推進(jìn)，從而為我國(guó)港口的發(fā)展提供了物質(zhì)保障。