大型港口機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的可行性研究

摘要:隨著國(guó)際貿(mào)易的迅猛發(fā)展，海路運(yùn)輸早已成為國(guó)際貿(mào)易進(jìn)出口的重要手段。因此，提高港口的中轉(zhuǎn)效率效率，加快港口的自動(dòng)化進(jìn)程就顯得極為重要，本文通過(guò)幾個(gè)方面，對(duì)大型港口機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞:天津港 自動(dòng)化 人機(jī)界面

0 引言

隨著全球貿(mào)易化進(jìn)程的發(fā)展，國(guó)際貿(mào)易量逐年增加。據(jù)ISL統(tǒng)計(jì)，國(guó)際貿(mào)易總運(yùn)量中的2/3以上是通過(guò)海運(yùn)實(shí)現(xiàn)，居各種運(yùn)輸形式之首。2006年世界海運(yùn)貿(mào)易量達(dá)到了近70億噸，同比增長(zhǎng)約4.8%，相比2000年增長(zhǎng)了24.8%，2000-2005年年均增幅達(dá)到4.5%。其中，2006年世界原油和成品油海運(yùn)量達(dá)到23.31億噸，占到海運(yùn)總量的33.4%，同比增長(zhǎng)2.3%，不過(guò)增幅相比2005年的2.9%有所放緩。三大干散貨(鐵礦石、煤炭、谷物)海運(yùn)量達(dá)到17.28億噸，約占到總量的24.8%，其中鐵礦石7.11億噸，同比增長(zhǎng)9.0%，比2005年的10.7%略有下降，煤炭的海運(yùn)量增幅也從2005年的6.3%下降到了5.5%，而谷物的海運(yùn)量增幅則從2005年的2.6%提高到2006年的3.7%。其它貨物(主要指次要散貨、集裝箱貨物、滾裝貨物和傳統(tǒng)雜貨)海運(yùn)總量達(dá)到28.49億噸，同比增長(zhǎng)5.6%，其增幅主要來(lái)自于集裝箱貨物的增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年集裝箱貨物約占海運(yùn)總量的13%。

海上貿(mào)易量的增長(zhǎng)促使著港口服務(wù)必須達(dá)到高效、快速，然而現(xiàn)有的港口機(jī)械發(fā)展、更新速度較慢，自動(dòng)化程度不高是制約港口快速發(fā)展的瓶頸。以天津港為例，2007年總吞吐量為3億噸，集裝箱吞吐量為700萬(wàn)TEU;2010年預(yù)計(jì)總吞吐量為4億噸，集裝箱吞吐量為1000萬(wàn)TEU。由以上的數(shù)據(jù)可見(jiàn)集裝箱運(yùn)輸已逐漸成為海上運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑虼?，促進(jìn)港口機(jī)械高效、快速地發(fā)展更加迫在眉睫。

1 國(guó)內(nèi)港口自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

國(guó)內(nèi)港口機(jī)械化程度已經(jīng)相當(dāng)高，但是控制系統(tǒng)相對(duì)比較落后，基本由人工進(jìn)行控制，并且實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)基本不進(jìn)行記錄，造成生產(chǎn)過(guò)程中大量有效數(shù)據(jù)流失。如何解決這一問(wèn)題便成為了自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要解決的根本問(wèn)題。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件成本越來(lái)越低，使實(shí)時(shí)在線監(jiān)控變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。工業(yè)以太網(wǎng)傳輸速度很快，給自動(dòng)化在線控制、管理、統(tǒng)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支持。基于工業(yè)以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及工業(yè)儀表技術(shù)(工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)傳感器等，不列入本篇論文的討論范圍)港口大型機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)部分:

1.1 現(xiàn)場(chǎng)部分:這部分由壓力傳感器、限位開(kāi)關(guān)、電機(jī)、可編程控制器(PLC)、圖像監(jiān)控設(shè)備等工業(yè)儀表及電氣元件組成，由電機(jī)及電氣元件對(duì)港口大型作業(yè)機(jī)械如門(mén)吊等設(shè)備進(jìn)行過(guò)程控制，壓力傳感器等模擬儀表對(duì)集裝箱的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，圖像監(jiān)控設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一切情況進(jìn)行監(jiān)視、控制。

1.2 通訊部分:由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、控制信號(hào)冗繁，可使用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也可使用傳輸速度相對(duì)較快的工業(yè)以太網(wǎng)，對(duì)于不適于現(xiàn)場(chǎng)布線的局部空間也可使用藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以保正數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確。

1.3 控制室部分:控制室部分使用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)友好、開(kāi)放的人機(jī)界面，由控制系統(tǒng)軟件對(duì)由工業(yè)以太網(wǎng)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、記錄、存儲(chǔ)，同時(shí)控制室人員對(duì)軟件進(jìn)行操作通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)向現(xiàn)場(chǎng)的控制元件發(fā)出指令，以完成對(duì)港口機(jī)械的自動(dòng)或手動(dòng)操作。

2 軟件部分簡(jiǎn)介

港口大型機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件部分就是現(xiàn)今使用較廣的工業(yè)組態(tài)軟件，它具有界面友好、能夠?qū)崟r(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)條件及狀況、操作簡(jiǎn)便等諸多特點(diǎn)。因此在編寫(xiě)控制系統(tǒng)軟件時(shí)就要求設(shè)計(jì)人員要全面地考慮到現(xiàn)場(chǎng)以及監(jiān)控室的狀況，使該控制系統(tǒng)系統(tǒng)完成以下這些任務(wù):①設(shè)備工作過(guò)程的可視化;②操作和控制設(shè)備的工作過(guò)程;③顯示報(bào)警;④記錄工作中的進(jìn)程值和警告;⑤工作過(guò)程和設(shè)備的參數(shù)管理。

2.1 界面 軟件的操作界面應(yīng)采用可視化圖形操作界面，分層監(jiān)視，在此建議使用VB進(jìn)行編寫(xiě)，界面圖形應(yīng)盡量與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備外形接近，并且使現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)模擬量、數(shù)字信號(hào)均可以再界面上有所體現(xiàn)，實(shí)時(shí)體現(xiàn)這些量的變化，使中控室人員可以直接了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，及時(shí)處理一些突發(fā)事件，不能通過(guò)系統(tǒng)處理的，可及時(shí)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)查找問(wèn)題，通知現(xiàn)場(chǎng)人員解決。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù) 在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如:箱號(hào)、箱重等等一系列重要的信息。以前這些信息需要人工記錄，甚至有些數(shù)據(jù)不記錄，造成了大量時(shí)間、信息的浪費(fèi)，工作效率很低。采用該系統(tǒng)后，后臺(tái)使用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬傳感器傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和處理，提高工作效率。例如:箱重可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的壓力傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺(tái)，由數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)進(jìn)行記錄，同時(shí)界面上及時(shí)顯示。此數(shù)據(jù)可以連同箱號(hào)等諸多信息一同被記錄下來(lái)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，使以后信息的查找更加快捷。同時(shí)，一些故障信息同樣可以被快速地記錄下來(lái)。例如:某個(gè)電機(jī)出現(xiàn)了故障，那么控制信號(hào)就無(wú)法傳送到電機(jī)上，同時(shí)電機(jī)上的傳感器信號(hào)也無(wú)法傳輸回中控室，這時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)便開(kāi)始將該信息記錄下來(lái)，包括電機(jī)的位置編號(hào)，故障的時(shí)間。待電機(jī)修復(fù)后，數(shù)據(jù)庫(kù)又將這一信息再次記錄，日后生成報(bào)表，對(duì)于統(tǒng)計(jì)故障發(fā)生率等重要信息起到了極大的作用。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可使用現(xiàn)今比較流行的Delphi、SQL Server、oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)軟件進(jìn)行編寫(xiě)。

2.3 報(bào)警系統(tǒng) 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)事故時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到相對(duì)應(yīng)工作區(qū)的操作界面(傳感器異常優(yōu)先)，同時(shí)故障點(diǎn)位閃爍并結(jié)合蜂鳴器報(bào)警提醒中控室人員注意并盡快排除故障或停機(jī)，待故障排除后對(duì)故障點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)位。

4 軟件編寫(xiě)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

在編寫(xiě)軟件前應(yīng)充分考慮到實(shí)際工作中的需要，不一定點(diǎn)位越多越好，在兼顧監(jiān)控點(diǎn)位全面的同時(shí)還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的承受、處理能力。點(diǎn)位過(guò)多會(huì)造成系統(tǒng)過(guò)于龐大，增加施工和運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)于一些可有可無(wú)的數(shù)據(jù)盡量放棄，避免不必要的系統(tǒng)開(kāi)銷。編寫(xiě)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)多征求現(xiàn)場(chǎng)人員及管理部門(mén)的意見(jiàn)，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高效性。也可以在保證正常生產(chǎn)的前提下，用某一工作區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，成功后再進(jìn)行全面的推廣。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)際貿(mào)易量的日益增長(zhǎng)，港口生產(chǎn)的效率越來(lái)越成為衡量一個(gè)港口吞吐能力的重要指標(biāo)，港口作業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)正式提高港口機(jī)械工作效率的有效途徑。隨著DCS在各個(gè)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的自動(dòng)化企業(yè)開(kāi)始制作成套的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，但價(jià)格比較昂貴，并且一些核心技術(shù)不太容易被港口工作人員掌握，自行設(shè)計(jì)、施工的大型港口機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅大大地節(jié)約了國(guó)有資金，同時(shí)提高了企業(yè)各部門(mén)人員的項(xiàng)目參與能力，提升力企業(yè)員工的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

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