自动化，港口智能化的基础——访浙江省交通规划设计研究院教授级高工李勇伟

本刊记者/宋慧欣

中国是世界的港口大国，2012年全球货物吞吐量排名前十大港口中有七个是中国的，宁波-舟山港连续位居世界首位。2012年中国经济总量和贸易总量均已达世界第二，但同期物流成本占GDP比重18%（国际通用的衡量物流成本和管理水平的指标，同期美国是8%），港口作为物流链中的重要节点，提高其效率迫在眉睫。大型化、智能化是提高港口效率、保障安全、绿色运行的有效途径，也是未来港口发展的必然趋势。而这样的转型将给自动化行业带来哪些机遇和挑战？本期专题策划浙江省交通规划设计研究院教授级高工李勇伟给予我们全面的分析和解读。

李勇伟（1965-），男，浙江东阳人，教授级高工，国家注册电气工程师，国家注册监理工程师，注册一级建造师。现就职于浙江省交通规划设计研究院，负责水运工程的总承包和设计等电气和自动化专业工作，现任交通部评标专家，浙江省重大建设工程评标专家，杭州市建设工程评标专家，省、市政府采购专家。研究方向为自动化控制系统、PLC和DCS系统、监控系统、供配电系统、仪表系统等的设计、成套、安装及调试。

Q 我国货物装卸港口行业目前总体发展现状如何？国家对于散货装卸港口行业的未来发展有何规划？

李勇伟：

（1）港口建设方面：2012年末全国港口拥有生产用码头泊位31862个；万吨级及以上泊位1886个，比上年末增加124个。

全国万吨级及以上泊位中，专业化散货（煤炭、矿石、原油、成品油、液体化工、粮食）泊位688个，通用散货泊位379个，通用件杂货泊位340个，比上年末分别增加48个、41个和18个。

（2）港口生产方面：我国干散货的吞吐量在2011年前（含2011年）已连续近十年保持2位数增长，2012年受全球经济持续恶化影响，港口生产增速放缓，但仍保持7.4%的增长，干散货吞吐量占港口总吞吐量的58.4%。据上海国际航运中心发布的年度报告称，2013年煤炭、铁矿石等干散货的吞吐量小幅回升，生产形势回暖。

（3）根据交通运输十二五规划，我国将重点推进煤炭、原油、铁矿石和集装箱码头的建设，其中计划新增煤炭装船能力3.1亿吨，新增大型铁矿石码头接卸能力3.9亿吨，同时，还要加强南方地区公用煤炭接卸码头建设，根据国家煤炭储备要求，相应建设有关码头设施。根据《浙江省交通运输科技“十二五”发展规划纲要》，浙江省沿海港口新增吞吐量要达到3亿吨。

（4）国家“十二五”规划第十二章构建综合交通运输体系中明确要“推广先进装备技术应用，提高交通运输信息化水平。” 大型散货码头关键设备属于高端装备制造，已连续三年被列入工信部等四部委《重大技术装备自主创新指导目录》，一直是国家重点支持发展的重大技术装备。大型智能化装卸码头示范工程也已列入我国《智能制造装备发展专项2013年实施指南》及许多省市的2013年《战略性新兴产业》目录中。根据《浙江省交通运输节能减排“十二五”规划纲要》，在全力建设大港口的同时，努力实现交通持续发展、资源有效利用的目标，加快节能环保新产品、新技术的研发与应用，如港口岸电接入系统等。

（5）2011年2月，国务院正式发布《浙江海洋经济发展示范区规划》，浙江海洋经济发展示范区建设上升为国家战略。建设好浙江海洋经济发展示范区关系到我国实施海洋发展战略和完善区域发展总体战略的全局。

Q当前我国散货装卸港口行业在运行和监控中主要应用了哪些自动化技术？

李勇伟：码头工艺对联锁控制的要求很高，同时主要装卸设备均十分庞大和复杂，分布区域也大，因此硬件架构上通常采用多层控制设计，即设备和主要子系统单独设置PLC控制系统，完成其各机构的协调控制从而达到主控系统对它的动作要求；主控系统设置冗余PLC控制系统，完成整个工艺流程（如卸堆、取装）的控制；主干网络一般采用千兆光纤环网，并在主要设备与中控室间设置无线网络进行网络冗余。系统主要应用如下技术：

（1）设备层面：普遍采用PLC控制技术、变频控制技术（恒量堆/取料控制）、现场总线技术、无线网络技术等；

（2）系统层面：冗余PLC控制技术、协调控制技术、变频控制技术（部分装船皮带）、光纤环网技术、实时数据库技术、视频与控制系统的联动、管控贸易一体化系统等。

Q当前我国散货装卸港口行业与国外发达地区相比，在自动化技术应用方面还存在哪些差距？

李勇伟：经过十多年的高速发展，我国散货港口的设备单机水平已接近世界先进水平，尤其在大型化方面已达到国际一流水平；但限于检测水平等，某些装卸设备如取料机、装/卸船机等还不能完全自动化，也缺少智能化功能。我国港口与国外先进港口相比，差距最大的还是体现在整个系统的自动化和智能化方面，尤其是信息管理系统的智能化，目前我国基本处在数字化、信息化的层面。国外港口注重推行自动化和智能化码头作业、建设发达的码头物流信息系统、柔性的码头物流服务，同时注重系统的通用性和标准化，以便于跨区域合作，从而真正提高物流效率，顺应现代化码头发展的潮流。因此，我国港口的自动化方面还需向全流程自动化、协调控制发展，并结合先进的传感技术和智能化的信息管理系统进行优化控制、智能控制。

A：目前国家很重视智能散货装卸码头的建设，已在《智能制造装备发展专项2013年实施指南》设立了专题。《指南》中为解决散货装卸设备（如取料机、装/卸船机）的自动化难题列出了像目标定位系统（TPS）、GPS系统等先进技术，并明确提出了智能化的功能要求。4月份由工信部、发改委、财政部共同组织的《智能制造装备发展专项2013年实施指南》的项目申报工作，申报项目是针对拟建或在建的项目进行的。其中智能化散货装卸码头示范应用工程由华电重工股份有限公司参与了申报，其合作单位是上海工业自动化仪表研究院，负责码头智能化部分的设计和实施。目前申报项目已顺利通过了初审，也是唯一通过初审的项目，6月初已完成答辩审查。

码头的智能化，离不开自动化技术，它是码头智能化的基础。该示范工程在自动化技术应用方面有如下创新和突破：

（1）根据码头现状和工艺条件，通过引入国际先进并成熟的技术（如TPS、GPS等），全面实现作业时物料轮廓的实时识别，从而实现所有设备的全自动作业；

（2）由于普通散货码头装卸船作业中等待时间占据了很大部分，需要综合应用激光靠离泊系统、变频控制、协调控制等技术，来大大缩短装/卸船作业时间；

（3）利用国际流行的神经元网络数学模型，建立各设备层面的专家系统，使设备不仅能自动化地作业，还能智能化工作，进一步提升和优化作业效率；

（4）对标准码头生产管理信息系统的功能进行智能化的提升，如实现计划的滚动推算、垛位的智能推荐、指令的自动生成等等。

通过先进检测技术的应用、优化算法的建立、智能化的信息管理及管控一体化的技术，全面实现码头的自动化、智能化作业，提高码头整体效率。

Q能否解释下“智慧港口”的概念？作为未来港口行业的一大发展趋势，您认为其深入发展还需要哪些方面的发展和突破？

亚硝酸盐含量采用国标法(GB 5009.33-2010)测定。用改良的MRS液体活化保存的乳酸菌菌株，按0.2%接种量接入含亚硝酸钠100 μg/mL的MRS液体培养基中，于35 ℃培养60 h，每间隔12 h取样，测定发酵液中的亚硝酸盐含量。

A：智慧港口的基本特征是信息化、智能化，它运用物联网技术将港口的装载设备、船舶、堆场物料等信息都连接到网中，使现场作业人员的劳动负担大大降低，错误率基本杜绝；使港口管理人员把更多的注意力集中在生产管理和经营服务上。在“智慧港口”中，智能技术广泛应用，联网的数据经过智能算法的处理，可以得到大量的分析结论，最终为港口管理、客户服务等方面提供可用的数据。具体要实现以下方面：

（1）实现港口物流服务电子化、网络化、无纸化和自动化，降低港口物流服务成本，提高物流服务效率；

（2）实现港口与船公司、铁路、公路、场站、货代、仓储等港口相关物流服务企业的无缝连接，通过物流信息平台实现信息集成和共享，优化物流供应链管理，提高物流服务水平；

（3）提高港口管理和决策水平，如实现远程调度，信息自动化采集、存储和加工，优化港口物流流程和生产组织提高港口物流服务质量；

（4）实现港口与海关、海事、商检等口岸单位的信息一体化，提高“大通关”效率和口岸部门服务水平；

（5）搭建港口物流市场信息服务平台，拓展港口物流市场交易、金融、保险等配套服务功能；

（6）实现港口物流信息资源的整合，为实施智慧港口和智能交通系统规划提供支持。

Q当前，我国港口行业发展面临着哪些挑战？港口行业的未来发展对于自动化技术提出了哪些新的需求？

A：目前我国港口行业发展主要面临以下两方面的挑战：一是缺乏统一规划，地方自治特点突出，不少区域港口配置出现失衡状态，港口与后方堆场、公路/铁路集疏运等系统建设由于资金等原因也受到很大限制，致使港区整体效率不高、服务能力不强，总体缺乏竞争力。二是随着世界经济的持续低迷和我国经济结构的转变，港口物流结构性矛盾日趋明显，体现在货物种类、泊位大小等方面供应能力和需求之间的不平衡，例如2012年港口增速整体放缓情况下，有些港口弱增长甚至负增长，但仍有部分港口保持两位数增长。

面临这些挑战，港口行业要转变生产增长方式，通过加强统一规划、增强智能化，来应对港口结构性失衡，推进行业持续增长。这对自动化技术也提出了如下新的要求：

（1）要利用先进自动化技术实现全面的智能感知（如堆取料设备定位、物料的轮廓、保护开关动作的位置等），以便实现高效率的自动化控制，并在设备故障时快速找到故障点排除故障；

（2）通过对设备运行数据的智能分析变事故维修为状态维修，保障设备的完好率；

（3）通过对流程的优化、协调控制和智能化控制，不仅实现港口的高效运行，同时帮助实现港口的柔性化组织生产，提升港口竞争力。

Q对于港口行业自动化技术的未来发展趋势，您有何见解？

A：在智慧港口的大背景下，对港口自动化技术来说未来将在以下几个方面进行努力：

（1）通过先进技术的应用，提高所有装卸设备的自动化和智能化水平，减少现场作业人数、向现场无人化方向发展。

（2）通过管控一体化技术把智能化的信息管理系统与高效优化的自动化控制系统紧密结合起来，提高港口控制、管理和决策水平，优化港口生产流程和物流组织方式，提高港口整体效率。

（3）通过变频控制技术、优化算法、协调控制、干雾除尘及安全预控等各类综合措施，达到安全绿色、节能环保运行的目的。

（4）“油改电”岸电代替大容量船舶柴油发电机。港口是世界经济增长的重要推动力，同时也是世界上主要的耗能单位和污染源头。对岸电的适用各国均处于摸索试用阶段。而在我国，岸电主要为船舶靠港时提供船上生活、照明用电等小容量设备，而生产作业设备，如压舱水泵、锚绞机及船用吊机等因其容量很大，目前仍然需要船舶辅机供电。推进港口船舶岸电关键技术研究及应用，对节能减排、建设绿色港口有着积极的意义，是解决靠岸船舶由于船上发电对港口水域带来污染问题的重要举措，是科学利用海洋资源，加强海洋环境保护，推进海洋生态文明建设，切实提高海洋经济可持续发展能力的重要举措。