港口设备电气自动化技术的应用

邓振宪

（宁波港建设开发有限公司，浙江宁波 315000）

在以科技引领发展的时代背景下，各种新技术都在不断创新与升级发展，电气自动化控制技术更是有了长足进步，并在各项社会生产活动中得到普遍应用。在国际经贸合作越来越密切的情况下，港口机械设备日常装卸工作量越来越大，有效分析电气自动化技术在港口机械设备中的具体应用和港口机械设备的自动化控制设计，促进电气自动化技术在港口货物装卸生产中的合理应用，可以在提升港口货物装卸生产工作效率的同时，进一步提高港口机械设备的自动化水平，从而保证各种机械设备的持续平稳运行。

1 PLC的工作原理和功能特点

1.1 工作原理

PLC 即可编程逻辑控制器，它的操作原理的核心流程包括3个：即用户的采样输入，执行以及输出。每个流程都是独立的扫描周期。①输入采样。把数据向软件系统输入，可编程逻辑控制器在扫描数据后完成读取，再由I/O 映像区负责储存这些数据。如果把脉冲改变初始输入状态输入进去，或者是其他数据输入进去，则脉冲信号必须保证其宽度比一个扫描周期大，否则输入的数据无法全面读取。②用户程序执行。可编程逻辑控制器的扫描过程按照由上到下的梯形图次序，逻辑运算也按照这个次序进行到最终，可编程逻辑控制器结合运算结果完成自动判断，确保科学合理性。③输出刷新。如果前两步过程顺利，则第三步开始执行，由可编程逻辑控制器依据系统设定完成程序性输出，数据完成刷新后由电路储存。

1.2 功能特点

①良好的可靠性。可编程逻辑控制器由单片微型计算机提供运行，特点是高度集成，保护电路是它的配套设施，自诊断是其配套功能，可靠性较高。②编程简单。通常可编程逻辑控制器命令语句及梯形图交由继电器控制，与微型机相比省去了大量指令，梯形图有简便易行的图像，非计算机专业人员也可完成相关编程。③组态灵活。可编程逻辑控制器的结构是积木式的，用户使用时的组合过程非常简单，可轻松自如地控制系统规模和全部功能，提升了设备的适应性。④安装方便。与计算机系统相比，安装可编程逻辑控制器无须屏蔽，无须配备专用机房，有应用需要时连接PLC I/O 接口和执行机构即可。⑤运行快速。可编程逻辑控制器的执行过程控制交由程序完成，不仅安全可靠，且运行极快，是继电器逻辑控制无法达到的。

2 港口设备电气自动化技术应用

2.1 港口堆取料机

目前很多港口装卸作业仍然沿用半自动化或人工控制形式，它们的缺陷是既不安全稳定也不准确高效，给港口装卸作业带来很多负面影响。如果使用堆取料机，上述问题均可迎刃而解，同时对老旧模式过高的误差率是一种有效规避。

在内需和外贸的双重拉动作用下，港口的业务量大幅攀升，直接带动料场吞吐量的高速增长。目前堆取料机的使用范围还局限在冶金、港口、水泥、码头以及钢铁厂等处，负责为储料场堆取大量散料。在所有的堆取料机类型中，最核心的就是斗轮堆取料机，它在作业过程中的作用至关重要。堆取料机具备怎样的生产力，直接决定装卸工人的作业效率，所以需要高度重视，须结合目前堆取料机存在的诸多不利因素，采取针对性措施加以解决，确保工作效率达到预期目的。把自动化技术引入堆取料机即可实现上述目标，对港口压缩成本也很有帮助。

2.2 港口胶带运输机

港口胶带运输机负责对港口运行进行监控，它的作业效率直接关系到港口运行能否安全顺利。就其目前的发展态势来看，朝向可编程逻辑控制器方向趋势明显，如果港口系统以可编程逻辑控制器为基础，让它的集中控制功能得到充分发挥，对促进调度电话系统以及工业电视系统的结合意义重大，让港口运行实现全面系统的有效监督，取得明显的网络化优势。要确保胶带运输机作用价值的有效发挥，可编程逻辑控制器就必须提供足够助力，这关系到港口运输能否最大限度地提升作业效率，同时也为胶带运输机降低故障率提供可靠保证，实现安全稳定运行。分布式控制结构在此期间也会涉及，它的作用区域是全口胶带运输机附属的电气自动化系统，主要功效是全面集中地控制现场作业。同时，检测设备、控制站以及现场控制设施共同构成了现场控制系统，集中系统则由站点密匙、服务器设施以及操作员等组成。运行期间由TCP/IP 协议提供支持，中央控制器负责全套设备的集中化控制，数据站和现场控制站点的数据交互和交流通过以太网实现。

2.3 港口门座式起重机

港口的集装箱吞吐过程中，货物到港和离港的装卸及运输任务极其繁重，通过货物装运，港口由此获得应有的收益，期间体现出来的作业质量和效率，直接影响港口日后的发展水平。现代世界海上交通极为发达，巨大的贸易需求带来的是爆发式增长的货物吞吐量。传统形式下的港口装卸运输作业多为人工方式，只要管理到位，工人经过努力可以在任务时间内完成目标。但是人力资源毕竟有局限，主观因素也存在很大不确定性，作业过程会受到很多不利影响。面对日益增长的贸易吞吐量，装卸工人往往倾尽全力也难以完成作业任务。把自动化技术引入港口装卸运输作业过程中，可使作业人员巨大的任务量得到有效缓解，港口也会取得理想经济效益。

以港口装卸运输作业对门座式起重机的使用为例，可借助自动化技术优化升级其质量和性能，使它的运行过程更加安全稳定，作业效率更高，同时也大幅降低安全事故的发生率。对起重机进行升级改造，需要建立在计算机设计图纸的基础上，就它的运行结构通过专业软件构建3D 模型，再把模型导入动力学自动分析专业软件，之后综合分析其动力学性质和起到的作用，再利用专业适用软件对其进行高仿真模拟处理，结合起重机运行过程的具体特点构建防摇控制方面的数学模型，展开分析比对和论证，确保最终的选用模型防摇效果最好。之后门座式起重机即可投入港口作业运行，期间还要采取措施确保其运行过程精准操作，性能稳定。通过一系列改造升级，一改传统模式的效率低下、耗时费力的弊端，港口贸易取得更大进步。

3 港口区域大型机械电气自动化控制设计

3.1 PLC在港口电气自动化中的应用

（1）PLC 应用于门座式起重机。这种起重机在港口贸易中的应用最为广泛，它分为行走、旋转以及起升几个部分，操作流程繁复，作业难度较大，要求高标准地使用变压器、电动机以及接触开关等。这种起重机是联合驱动结构设计，司机主令控制器上隶属可编程逻辑控制器系统的输入端口进行操作，如果外部信号干扰系统的运行没有受到影响，可编程逻辑控制器有直流信号对外输出，它的电压是24 V，这时起重机启动实现自动化。这种自动化升级改造让作业人员的劳动强度大幅降低，作业效率大幅提升。

（2）PLC 应用于港口胶带运输机集控系统。这个系统对港口贸易来说至关重要，它运行过程的安全稳定性直接决定港口取得怎样的经济效益。引入可编程逻辑控制器后，胶带运输机集控系统的控制实现集中化，可得到有效的综合保护，可编程逻辑控制器与工业电视系统以及调度电话系统实现有机结合，港口作业的调度和操作可实现整体网络化，可远程遥控胶带运输机集控系统，货物进出港效率明显提升。

（3）可编程逻辑控制应用于港口除尘。如果一个港口的主要用途就是吞吐煤炭，肯定会有大量煤炭堆积在港口区域，遇到恶劣天气就会扬起大量粉尘，造成严重的环境污染。通常的防治措施是以高压喷枪进行洒水，压制灰尘飞扬，以及夏季高温季节为煤堆降温，防范出现自燃。如果港口除尘引入可编程逻辑控制器，可有效控制洒水作业，大幅降低作业人员的劳动强度。这个系统内部的分布式I/O 结构可监控上位机的整体运行过程，相关人员借助它可对泵房实况、压力以及水池动态进行全面掌控，确保除尘达到预期效果。

3.2 港口电动RTG技术的应用

电动RTG 即门式电动起重机，它应用于港口作业可大幅降低作业过程的污染物，为港口作业提供优质环境，压缩成本费用。这种起重机的油改电技术涉及的供电方式有3种，即低架刚性滑触线、电缆卷筒和高架滑触线。随着科技的不断进步，门式电动起重机会逐步实现超级电容和直流供电。

3.3 港口散货装卸自动化技术应用

国际上大型散货港口配置的机械设备均为半自动化，借助人工操作可进行参数自动设置，发展趋势迈向自动化。

3.3.1 集装箱装卸自动化技术

世界上首个自动化集装箱港口装卸应用案例是荷兰，试点成功后，德国、日本以及新加坡先后引进，国内是香港和上海于2006年首次打造出自动化的集装箱堆场，港口作业借助激光测量和图像，对箱落箱操作过程达到全自动化程度。

3.3.2 散货装备自动化扫描和控制技术

港口的散货装卸作业，需要对料堆的高度和形状进行实时监控，而且技术人员依据标准规范得到精准计算结果，可为港口运输提供关键参考数据。装卸作业过程的数据获取，多为肉眼观测所得，必要时须机械测量。要最大限度地防范外部因素干扰测量精度，可引入自动检测技术测量料堆轮廓，通过激光测距，把定位系统安装在斗轮堆取料机上，自动检测作业目标。①自动化扫描控制抓斗卸船。TPS 系统内部设置了偏转镜2个，它的作用是对接收到的激光进行反射，再由激光接收器接收反射激光，通过精密测算得到激光发射到反射出现的时间差，得到激光器到物体的准确距离数据，从而全面掌控目标物体位置的三维数据；②自动化扫描控制斗轮堆取。这种自动化技术的应用操作类似于卸船机，扫描设备均为TPS。具体操作是，由TPS 向取料机发送数据，取料机完成数据处理后再得到其他大量数据，通过立体化表面算法精准测算料堆位置和形状数据，对数据进行综合分析，给出料堆的立体化图形。

3.3.3 集装箱设备自动化技术

当前，港口设备电气自动化技术已取得长足发展，目前的港口集装箱装卸作业以及过程控制基本达到了自动化水平，已经能够就内外集装箱和作业箱进行精准的自动定位及装卸作业。

4 结束语

面对港口越来越庞大的货物吞吐量，保证机械设备的安全稳定运行成为当务之急，观察电气自动化技术在其他生产活动中的应用效果，可以预见将该项技术引用到港口机械设备货物装卸生产中，势必会提高货物装卸工作效率、降低人工费用投入以及保证货物装卸安全等，因此，应积极开展港口机械电气自动化控制设计研究。