港口機(jī)械自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

朱文鋒

摘 要 隨著自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在港口碼頭機(jī)械設(shè)備中，自動化控制系統(tǒng)受到了機(jī)械設(shè)備廠家青睞。伴隨著國際貿(mào)易的快速發(fā)展，港口碼頭的吞貨量也日益增加，因此對港口機(jī)械設(shè)備的性能和運(yùn)行的要求也越來越高。為了有效提高港口設(shè)備的工作效率，降低物力人力的浪費(fèi)，港口裝卸機(jī)械設(shè)備全都采用自動化控制系統(tǒng)。本文通過對自動化控制系統(tǒng)在港口各個機(jī)械設(shè)備作業(yè)中的應(yīng)用研究，希望能有效提升港口機(jī)械設(shè)備作業(yè)效率，進(jìn)而推動港口碼頭的健康穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞 港口機(jī)械設(shè)備 自動化控制系統(tǒng) 現(xiàn)場作業(yè)

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）08-0009-02

近幾十年以來，自動化控制技術(shù)作為發(fā)展最快的一門重要學(xué)科，控制科技的突飛猛進(jìn)，為我國港口生產(chǎn)作業(yè)帶來了新的機(jī)遇。伴隨著自動化控制系統(tǒng)在港口機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，港口裝卸安全作業(yè)也離不開自動化控制系統(tǒng)，這也使得港口運(yùn)輸事業(yè)踏入新的階段。但由于自動化控制系統(tǒng)具備比較強(qiáng)的技術(shù)性能，所以，在港口機(jī)械設(shè)備日常作業(yè)中，需要為其提供強(qiáng)大的技術(shù)支持?；诖耍ㄟ^對自動化控制系統(tǒng)在港口機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步加快港口機(jī)械設(shè)備自動化控制進(jìn)程。

1 港口機(jī)械與自動控制系統(tǒng)的概述

1.1 港口機(jī)械的介紹

港口機(jī)械主要是指港口的岸邊吊機(jī)，其作為港口碼頭作業(yè)的重要設(shè)備，在港口作業(yè)中占有十分重要的地位。一般港口機(jī)械包括門座式起重機(jī)、岸橋式起重機(jī)、連續(xù)式卸船機(jī)、移動式卸船機(jī)、連續(xù)式裝船機(jī)等，還包括集裝箱裝卸橋、后方堆場專用設(shè)備。由于港口是連接海陸運(yùn)輸?shù)臉屑~，是船舶、航海、內(nèi)陸運(yùn)輸、通信、商務(wù)貿(mào)易和沿海工業(yè)的匯集點(diǎn)，同時也是沿海區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要增長點(diǎn)。為了滿足港口日益劇增的吞貨量與生產(chǎn)作業(yè)需求，將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械中，能夠降低工作人員工作強(qiáng)度，提升港口作業(yè)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)港口機(jī)械自動化、智能化，這對港口的發(fā)展具有非常重要的意義。

1.2 自動化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

自動化控制系統(tǒng)即可以自動控制指令的系統(tǒng)，其主要是在沒有人員干預(yù)的情況下，能夠按照設(shè)置好的程序或指令自動完成任務(wù)的一項(xiàng)技術(shù)，主要由控制器與控制對象組合而成。該系統(tǒng)分為兩種控制方式，一種是開環(huán)控制，另外一種是閉環(huán)控制。開環(huán)控制主要是控制器與控制對象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，具有實(shí)施簡單，但抗擾能力低，控制精度不高的特點(diǎn);而閉環(huán)控制下控制器與控制對象不僅存在順向作用，還有反向聯(lián)系，具有抗擾能力比較強(qiáng)，控制精度高等特點(diǎn)，可以自動檢測、調(diào)節(jié)、加工。在日常作業(yè)中，可以自動控制過程、控制位置、控制順序以及實(shí)時作業(yè)監(jiān)控，將其應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備之中，不僅能夠擴(kuò)增港口吞貨量，還能降低港口工作人員工作強(qiáng)度，在提升港口機(jī)械設(shè)備的工作效率與質(zhì)量的同時，進(jìn)一步保障港口作業(yè)安全。

1.3 自動化控制原理

自動控制原理是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控制量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。其又分為半自動化和全自動化。半自動化控制一般需要工作人員勞動力參與才能完成生產(chǎn);而全自動化控制是按照工作人員設(shè)置好的程序自動完成生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中不需要工作人員勞動力參與的一種控制技術(shù)，工作人員只要控制好程序和要求即可。在港口作業(yè)中，通過將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備上，不僅能讓工作人員從艱苦的體力勞動，繁瑣腦力勞動，危險工作環(huán)境中脫離，還能有效提高港口作業(yè)效率與質(zhì)量[1]。

2 自動化控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1 能有效保障作業(yè)人員安全

在過去港口現(xiàn)場作業(yè)中，由于現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境比較惡劣，工作人員與港口機(jī)械設(shè)備一直處于危險的環(huán)境中作業(yè)，這對工作人員以及設(shè)備都具有一定的危險性。在此背景下，為了保障工作人員的作業(yè)安全，也為了降低港口機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生率，我國各個碼頭大力提倡在港口機(jī)械設(shè)備中引入自動化控制系統(tǒng)，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用操作簡單、快速、穩(wěn)定、智能化，將其應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備中，能使港口機(jī)械設(shè)備整個運(yùn)行技術(shù)、設(shè)備控制能力得到提升，這樣不僅能保障港口現(xiàn)場裝卸作業(yè)人員的安全，減少不必要的人力、物力，還能提高港口裝卸作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

2.2 能有效實(shí)現(xiàn)作業(yè)實(shí)時監(jiān)控

總所周知，在傳統(tǒng)的港口機(jī)械現(xiàn)場裝卸作業(yè)中，系統(tǒng)還無法對現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行全程、實(shí)時的監(jiān)控。通過將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備中，使其在現(xiàn)場裝卸作業(yè)中，充分發(fā)揮實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的作用，自動瀏覽及獲取現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)，并將所搜集到的現(xiàn)場實(shí)時作業(yè)的數(shù)據(jù)及流程畫面上傳到在線管理系統(tǒng)中，以此實(shí)現(xiàn)對港口碼頭現(xiàn)場裝卸作業(yè)的實(shí)時監(jiān)控。

3 港口機(jī)械自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，我國港口機(jī)械設(shè)備自動化技術(shù)大多是數(shù)字化驅(qū)動系統(tǒng)、自動流程控制、無線數(shù)據(jù)通信及交流變頻調(diào)速技術(shù)等，其中變頻調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)還是過去運(yùn)輸裝載機(jī)械。但伴隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，港口也紛紛將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備中，為此，港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度與管理水平都得到了較大的提升，尤其是PLC自動化控制系統(tǒng)在的應(yīng)用，不僅使港口機(jī)械設(shè)備能夠滿足港口作業(yè)需求，同時，PLC控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對港口多種機(jī)械的控制，并最大程度上推動港口現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

4 自動化控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中的應(yīng)用分析

在港口現(xiàn)場作業(yè)中，將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備中，就算是頻繁的作業(yè)操作，也能保障港口機(jī)械設(shè)備處于正常、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障等問題。具體主要體現(xiàn)在以下幾個方面的應(yīng)用。

4.1 在港口膠帶運(yùn)輸中的應(yīng)用

在港口事業(yè)中，港口膠帶運(yùn)輸機(jī)作為監(jiān)控控制系統(tǒng)運(yùn)作的一個樞紐，對控制系統(tǒng)的運(yùn)作具有控制的作用。在此情況下，將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口膠帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備中，能夠有效干預(yù)對系統(tǒng)的監(jiān)控。此外，自動化控制系統(tǒng)中的PLC控制系統(tǒng)能夠與港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)作系統(tǒng)相結(jié)合，并以港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，PLC控制運(yùn)行系統(tǒng)為輔助，從而實(shí)現(xiàn)對港口現(xiàn)場作業(yè)的監(jiān)控。尤其是在實(shí)際的港口膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)作過程中，通過應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，能夠保障港口貨物運(yùn)輸在規(guī)定的時間內(nèi)快速完成，同時減少因?yàn)榭刂圃O(shè)備問題而產(chǎn)生的延遲、失誤，進(jìn)一步降低港口機(jī)械設(shè)備危險事故的發(fā)生[2]。

4.2 在港口集裝箱橋式起重機(jī)中的應(yīng)用

在港口集裝箱橋式起重機(jī)作業(yè)中，由于裝卸橋電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互較多，設(shè)備分布范圍比較廣的特點(diǎn)，通過將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到該設(shè)備中，能夠讓港口機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)和傳輸更加完善、穩(wěn)定。尤其是自動化控制系統(tǒng)中的PLC控制系統(tǒng)，其能使信息共享系統(tǒng)更加完善，設(shè)備控制更高效。為此，在港口集裝箱橋式起重機(jī)設(shè)備中通過應(yīng)用自動化PLC控制系統(tǒng)，能夠有效分析出系統(tǒng)故障、驅(qū)動器故障的相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)中所顯示工作次數(shù)、運(yùn)作時間等數(shù)據(jù)，工作技術(shù)人員可以快速分析出設(shè)備的磨損程度及存在的其它故障問題，并對設(shè)備存在故障部分進(jìn)行解決、處理;此外，當(dāng)港口機(jī)械設(shè)備故障在被解決之后，一般PLC技術(shù)會對之前所維修過的情況進(jìn)行記錄，以便后期設(shè)備再發(fā)生故障時，技術(shù)人員可以清楚了解設(shè)備的相關(guān)情況。由此可見，將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口集裝箱橋式起重機(jī)設(shè)備中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對整個裝卸橋設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況的檢測與控制，還能有效提升機(jī)械設(shè)備故障維修效率，保障設(shè)備正常安全運(yùn)作。這對提升系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)作穩(wěn)定性具有一定的意義。

4.3 在港口裝卸設(shè)備中的應(yīng)用

在港口散貨裝卸作業(yè)中，一般會采用全自動的抓斗裝卸船進(jìn)行作業(yè)。但由于傳統(tǒng)的裝卸工作大多是依靠人力和普通的裝卸設(shè)備，在遇到大量貨物裝卸作業(yè)時，一般都會存在裝卸作業(yè)時間過長，導(dǎo)致船期延誤等現(xiàn)象發(fā)生，給船只和企業(yè)帶來極為不好的影響。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，也為了提高港口散貨裝卸效率，港口引入了自動化控制的裝卸設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)高效率、高水平的自動化散貨裝卸。

在自動化控制的裝卸設(shè)備中，其卸船系統(tǒng)能夠通過激光來辨認(rèn)船舶所停靠的方位、船艙、艙口、艙底等具體的位置、高度及深度信息，以此達(dá)到幾個目標(biāo)同時識別與自動監(jiān)測的目的。尤其是散貨裝卸作業(yè)過程中，該系統(tǒng)首先會先對船艙進(jìn)行掃描，識別出艙口的位置、尺寸，然后將所獲取到的數(shù)據(jù)上傳到總指揮中心，將船艙數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的卸船任務(wù)進(jìn)行對比，以此判斷是否為卸船的船只。

其次，在確定了裝卸船只后，再對船艙內(nèi)的料堆進(jìn)行掃描，以此獲得堆形數(shù)據(jù)，再將所獲取到的數(shù)據(jù)傳回控制室以便確定取料點(diǎn)，控制室根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)，控制抓斗卸船機(jī)進(jìn)行自動化卸船作業(yè)。

最后，為了避免船艙的磨損程度，可以在自動抓斗卸船設(shè)備作業(yè)到安全閾值時將自動卸船暫停，并變更為人工卸船，以便深入清理干凈船艙內(nèi)的料堆。通過采用全自動抓斗卸船機(jī)械，不僅能有效保護(hù)工作人員與船艙的安全，同時還能提升卸船作業(yè)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卸船工作的自動化控制[3]。

5 總結(jié)

根據(jù)上文所述可以看出，通過將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到港口機(jī)械中，不僅能降低港口機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生率，提高貨物識別能力與現(xiàn)場裝卸作業(yè)效率，港口的運(yùn)作效率也明顯提升，同時，港口每年的吞貨量也得到了不斷增長。由此可見，自動化控制系統(tǒng)在港口機(jī)械中的應(yīng)用能夠更好地促進(jìn)港口自動化發(fā)展。

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