漏斗遠程控制系統(tǒng)設計

李 磊

漳州招商局廈門灣港務有限公司

1 引言

漏斗作為散雜貨碼頭裝卸的主要設備，在碼頭前沿和后場發(fā)揮著重要的作用[1]。目前漏斗上閘門控制和漏斗下箱車內(nèi)堆料看護及指揮箱車行走的工作，多由工人負責[2]，存在兩個問題：一是人機交叉，有一定安全隱患，如門座起重機、箱車司機操作不當或漏斗自身鋼結(jié)構腐蝕后垮塌，會對工人造成人身傷害，同時散糧產(chǎn)生的粉塵也對工人的健康造成影響；二是單艘散糧船舶(3～5萬t級)裝卸一般需4臺漏斗、4名工人參與作業(yè)，由于工人資源有限，會出現(xiàn)漏斗作業(yè)線停機的情況，作業(yè)效率較低。

為此，設計漏斗遠程控制系統(tǒng)，1人可遠程操控2～3臺漏斗作業(yè)，保障設備作業(yè)安全，提高作業(yè)效率，解決了用工難問題，同時可降低勞務用工成本。

2 系統(tǒng)組成

2.1 整體方案

方案主要應用攝像、無線通訊和PLC控制等技術，在漏斗上安裝攝像頭、無線接收器、箱車提示系統(tǒng)(狀態(tài)指示燈及語音)和PLC等裝置；在碼頭前沿作業(yè)區(qū)域電站房間設置遠程中控室，內(nèi)部安裝操作臺、顯示屏和控制箱等。運用5G信號，在中控室實時觀察漏斗堆料、放料和箱車位置等畫面狀態(tài)，進行遠程操控漏斗和指揮箱車行走。系統(tǒng)主要由漏斗、中控室和信號傳輸3大部分組成。

2.2 漏斗

漏斗部分由箱車就位檢測、料位監(jiān)控、閘門控制、箱車提示和無線接入設備組成。

(1)箱車就位檢測由2臺槍型攝像機實現(xiàn)，安裝于漏斗斗口閘門兩側(cè)大梁，與料位監(jiān)控共用，1臺攝像機監(jiān)控漏斗下箱車位置，另1臺作為雙向視角監(jiān)控的補充，實現(xiàn)全方位無死角監(jiān)控。經(jīng)無線信號將視頻畫面?zhèn)鬏數(shù)街锌厥遥ㄟ^顯示屏實時監(jiān)控箱車行進位置。

(2)料位監(jiān)控由2臺槍型攝像機和2臺球型云臺攝像機組成，2臺槍型攝像機與箱車就位檢測共用，1臺監(jiān)控箱車內(nèi)料位、閘門開閉位置，另1臺作為雙向視角監(jiān)控的補充；2臺球型攝像機安裝于碼頭前沿高桿燈上，監(jiān)控漏斗斗口內(nèi)料位，實現(xiàn)碼頭前沿漏斗全覆蓋、斗口全視角監(jiān)控。經(jīng)無線信號將視頻畫面?zhèn)鬏數(shù)街锌厥摇?/p>

(3)閘門控制。原漏斗閘門開閉是通過工人操作按鈕，經(jīng)常規(guī)接觸器控制電動油缸伸縮來驅(qū)動。本系統(tǒng)對此進行了改造，增加閘門開閉限位控制和1組PLC裝置(設為從站，主站設置在中控室)，本地PLC經(jīng)無線信號與中控室PLC形成通訊，采集本地控制保護和中控室閘門操作手柄、開關等信號，實現(xiàn)對閘門遠程控制。

(4)箱車提示系統(tǒng)由LED顯示屏、同步語音播報器和人工語音廣播組成。LED顯示屏共2個，用中文表示前進(綠色)、后退(綠色)、離開(綠色)和停止(紅色)，安裝于漏斗下底梁兩側(cè)，便于箱車司機在后視鏡觀察到的位置上。通過在中控室操作臺上啟動各工作按鈕，經(jīng)無線信號和中控室PLC通訊，輸出控制LED顯示屏上各指示，提醒箱車司機進行前進、后退、離開和停車的操作。同步語音播報器2個，安裝于漏斗支腿上方對向兩側(cè)，與LED顯示屏進行同步控制，語音提醒箱車司機進行操作。人工語音廣播通過麥克風實時進行廣播，以提醒箱車司機安全操作和現(xiàn)場安全警告等。

(5)無線接入設備1臺，由無線輸入客戶端裝置(漏斗控制箱內(nèi))及外置天線(漏斗頂部邊緣外置)組成，匯集槍型攝像機、漏斗PLC、LED顯示屏、同步語音播報器和人工語音廣播的通訊端口，接收無線信號與中控室進行通訊。

2.3 中控室

中控室設置在配電站的房間內(nèi)，距岸邊垂直距離50 m，可觀察到整個泊位漏斗作業(yè)線，內(nèi)部配置操作臺、顯示器、麥克風、控制箱和輔助設施等。

(1)操作臺上布置操作按鈕(箱車前進、后退等)、控制按鈕(急停、復位等)、操作手柄(漏斗閘門開閉)、開關(本地/遠程選擇)和指示燈(上電、通訊、故障)等，接入本地PLC，實現(xiàn)各控制功能。

(2)顯示器由1個液晶顯示屏和1臺高清錄像機組成，安裝于操作臺上，根據(jù)工作要求，將顯示屏分割成3個畫面，分別是漏斗閘門開閉及箱車內(nèi)料位畫面、漏斗斗口內(nèi)料位畫面、箱車行進位置畫面，用于實時監(jiān)控。

(3)麥克風安裝于操作臺上，經(jīng)無線信號與漏斗形成通訊，用于現(xiàn)場人工語音提醒和警告。

(4)控制箱內(nèi)主要有1組PLC裝置(設為主站，從站設置在漏斗控制箱內(nèi))、1臺交換機和若干電氣元件(斷路器、接觸器、繼電器)等。PLC經(jīng)交換機通過無線信號與漏斗通訊，實現(xiàn)對漏斗閘門控制和箱車提示的功能；交換機作為網(wǎng)絡連接設備，自帶光口和以太網(wǎng)口，光口連入光纖信號，以太網(wǎng)口連入PLC信號。

2.4 信號傳輸

通過無線WIFI技術和有線網(wǎng)絡相結(jié)合，在港區(qū)安裝5G WIFI及基站，無線信號覆蓋2 km范圍，遍及整個港區(qū)前沿。因漏斗作業(yè)無固定位置，隨機性較強，所以漏斗到大樓基站采用無線通訊，以適配漏斗在碼頭前沿任意位置作業(yè)的需求。大樓基站到中控室采用有線光纖連接，以滿足信號更穩(wěn)定及千兆帶寬組網(wǎng)的需求。整個系統(tǒng)組成一個私有局域網(wǎng)，各設備之間通過該網(wǎng)絡進行無障礙通訊。信號傳輸網(wǎng)絡配置和各設備之間通訊協(xié)議見圖1。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構圖

2.5 其他技術要求

(1)該系統(tǒng)具有本地/遠程選擇功能，遠程優(yōu)先于本地。當遠程出現(xiàn)故障時，可在本地進行操作控制漏斗，相互之間進行安全聯(lián)鎖保護。

(2)當無線或有線信號意外中斷時，要求系統(tǒng)可以自動關閉漏斗閘門。

(3)為便于故障查看和事件調(diào)查，高清錄像機具有近2個月視頻存儲功能。

3 結(jié)語

系統(tǒng)改造后，漏斗遠程控制操作簡便，動作響應快，1人可完成2臺漏斗遠程操控，取得了較好的使用效果，在提升作業(yè)效率的同時節(jié)約了人工成本。該漏斗遠程控制技術可在同類型的散貨碼頭進行推廣，提升散貨碼頭作業(yè)的自動化程度和安全性。