自動化，港口智能化的基礎——訪浙江省交通規劃設計研究院教授級高工李勇偉

本刊記者/宋慧欣

中國是世界的港口大國，2012年全球貨物吞吐量排名前十大港口中有七個是中國的，寧波-舟山港連續位居世界首位。2012年中國經濟總量和貿易總量均已達世界第二，但同期物流成本占GDP比重18%（國際通用的衡量物流成本和管理水平的指標，同期美國是8%），港口作為物流鏈中的重要節點，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、綠色運行的有效途徑，也是未來港口發展的必然趨勢。而這樣的轉型將給自動化行業帶來哪些機遇和挑戰？本期專題策劃浙江省交通規劃設計研究院教授級高工李勇偉給予我們全面的分析和解讀。

李勇偉（1965-），男，浙江東陽人，教授級高工，國家注冊電氣工程師，國家注冊監理工程師，注冊一級建造師。現就職于浙江省交通規劃設計研究院，負責水運工程的總承包和設計等電氣和自動化專業工作，現任交通部評標專家，浙江省重大建設工程評標專家，杭州市建設工程評標專家，省、市政府采購專家。研究方向為自動化控制系統、PLC和DCS系統、監控系統、供配電系統、儀表系統等的設計、成套、安裝及調試。

Q 我國貨物裝卸港口行業目前總體發展現狀如何？國家對于散貨裝卸港口行業的未來發展有何規劃？

李勇偉：

（1）港口建設方面：2012年末全國港口擁有生產用碼頭泊位31862個；萬噸級及以上泊位1886個，比上年末增加124個。

全國萬噸級及以上泊位中，專業化散貨（煤炭、礦石、原油、成品油、液體化工、糧食）泊位688個，通用散貨泊位379個，通用件雜貨泊位340個，比上年末分別增加48個、41個和18個。

（2）港口生產方面：我國干散貨的吞吐量在2011年前（含2011年）已連續近十年保持2位數增長，2012年受全球經濟持續惡化影響，港口生產增速放緩，但仍保持7.4%的增長，干散貨吞吐量占港口總吞吐量的58.4%。據上海國際航運中心發布的年度報告稱，2013年煤炭、鐵礦石等干散貨的吞吐量小幅回升，生產形勢回暖。

（3）根據交通運輸十二五規劃，我國將重點推進煤炭、原油、鐵礦石和集裝箱碼頭的建設，其中計劃新增煤炭裝船能力3.1億噸，新增大型鐵礦石碼頭接卸能力3.9億噸，同時，還要加強南方地區公用煤炭接卸碼頭建設，根據國家煤炭儲備要求，相應建設有關碼頭設施。根據《浙江省交通運輸科技“十二五”發展規劃綱要》，浙江省沿海港口新增吞吐量要達到3億噸。

（4）國家“十二五”規劃第十二章構建綜合交通運輸體系中明確要“推廣先進裝備技術應用，提高交通運輸信息化水平。” 大型散貨碼頭關鍵設備屬于高端裝備制造，已連續三年被列入工信部等四部委《重大技術裝備自主創新指導目錄》，一直是國家重點支持發展的重大技術裝備。大型智能化裝卸碼頭示范工程也已列入我國《智能制造裝備發展專項2013年實施指南》及許多省市的2013年《戰略性新興產業》目錄中。根據《浙江省交通運輸節能減排“十二五”規劃綱要》，在全力建設大港口的同時，努力實現交通持續發展、資源有效利用的目標，加快節能環保新產品、新技術的研發與應用，如港口岸電接入系統等。

（5）2011年2月，國務院正式發布《浙江海洋經濟發展示范區規劃》，浙江海洋經濟發展示范區建設上升為國家戰略。建設好浙江海洋經濟發展示范區關系到我國實施海洋發展戰略和完善區域發展總體戰略的全局。

Q當前我國散貨裝卸港口行業在運行和監控中主要應用了哪些自動化技術？

李勇偉：碼頭工藝對聯鎖控制的要求很高，同時主要裝卸設備均十分龐大和復雜，分布區域也大，因此硬件架構上通常采用多層控制設計，即設備和主要子系統單獨設置PLC控制系統，完成其各機構的協調控制從而達到主控系統對它的動作要求；主控系統設置冗余PLC控制系統，完成整個工藝流程（如卸堆、取裝）的控制；主干網絡一般采用千兆光纖環網，并在主要設備與中控室間設置無線網絡進行網絡冗余。系統主要應用如下技術：

（1）設備層面：普遍采用PLC控制技術、變頻控制技術（恒量堆/取料控制）、現場總線技術、無線網絡技術等；

（2）系統層面：冗余PLC控制技術、協調控制技術、變頻控制技術（部分裝船皮帶）、光纖環網技術、實時數據庫技術、視頻與控制系統的聯動、管控貿易一體化系統等。

Q當前我國散貨裝卸港口行業與國外發達地區相比，在自動化技術應用方面還存在哪些差距？

李勇偉：經過十多年的高速發展，我國散貨港口的設備單機水平已接近世界先進水平，尤其在大型化方面已達到國際一流水平；但限于檢測水平等，某些裝卸設備如取料機、裝/卸船機等還不能完全自動化，也缺少智能化功能。我國港口與國外先進港口相比，差距最大的還是體現在整個系統的自動化和智能化方面，尤其是信息管理系統的智能化，目前我國基本處在數字化、信息化的層面。國外港口注重推行自動化和智能化碼頭作業、建設發達的碼頭物流信息系統、柔性的碼頭物流服務，同時注重系統的通用性和標準化，以便于跨區域合作，從而真正提高物流效率，順應現代化碼頭發展的潮流。因此，我國港口的自動化方面還需向全流程自動化、協調控制發展，并結合先進的傳感技術和智能化的信息管理系統進行優化控制、智能控制。

A：目前國家很重視智能散貨裝卸碼頭的建設，已在《智能制造裝備發展專項2013年實施指南》設立了專題。《指南》中為解決散貨裝卸設備（如取料機、裝/卸船機）的自動化難題列出了像目標定位系統（TPS）、GPS系統等先進技術，并明確提出了智能化的功能要求。4月份由工信部、發改委、財政部共同組織的《智能制造裝備發展專項2013年實施指南》的項目申報工作，申報項目是針對擬建或在建的項目進行的。其中智能化散貨裝卸碼頭示范應用工程由華電重工股份有限公司參與了申報，其合作單位是上海工業自動化儀表研究院，負責碼頭智能化部分的設計和實施。目前申報項目已順利通過了初審，也是唯一通過初審的項目，6月初已完成答辯審查。

碼頭的智能化，離不開自動化技術，它是碼頭智能化的基礎。該示范工程在自動化技術應用方面有如下創新和突破：

（1）根據碼頭現狀和工藝條件，通過引入國際先進并成熟的技術（如TPS、GPS等），全面實現作業時物料輪廓的實時識別，從而實現所有設備的全自動作業；

（2）由于普通散貨碼頭裝卸船作業中等待時間占據了很大部分，需要綜合應用激光靠離泊系統、變頻控制、協調控制等技術，來大大縮短裝/卸船作業時間；

（3）利用國際流行的神經元網絡數學模型，建立各設備層面的專家系統，使設備不僅能自動化地作業，還能智能化工作，進一步提升和優化作業效率；

（4）對標準碼頭生產管理信息系統的功能進行智能化的提升，如實現計劃的滾動推算、垛位的智能推薦、指令的自動生成等等。

通過先進檢測技術的應用、優化算法的建立、智能化的信息管理及管控一體化的技術，全面實現碼頭的自動化、智能化作業，提高碼頭整體效率。

Q能否解釋下“智慧港口”的概念？作為未來港口行業的一大發展趨勢，您認為其深入發展還需要哪些方面的發展和突破？

亞硝酸鹽含量采用國標法(GB 5009.33-2010)測定。用改良的MRS液體活化保存的乳酸菌菌株，按0.2%接種量接入含亞硝酸鈉100 μg/mL的MRS液體培養基中，于35 ℃培養60 h，每間隔12 h取樣，測定發酵液中的亞硝酸鹽含量。

A：智慧港口的基本特征是信息化、智能化，它運用物聯網技術將港口的裝載設備、船舶、堆場物料等信息都連接到網中，使現場作業人員的勞動負擔大大降低，錯誤率基本杜絕；使港口管理人員把更多的注意力集中在生產管理和經營服務上。在“智慧港口”中，智能技術廣泛應用，聯網的數據經過智能算法的處理，可以得到大量的分析結論，最終為港口管理、客戶服務等方面提供可用的數據。具體要實現以下方面：

（1）實現港口物流服務電子化、網絡化、無紙化和自動化，降低港口物流服務成本，提高物流服務效率；

（2）實現港口與船公司、鐵路、公路、場站、貨代、倉儲等港口相關物流服務企業的無縫連接，通過物流信息平臺實現信息集成和共享，優化物流供應鏈管理，提高物流服務水平；

（3）提高港口管理和決策水平，如實現遠程調度，信息自動化采集、存儲和加工，優化港口物流流程和生產組織提高港口物流服務質量；

（4）實現港口與海關、海事、商檢等口岸單位的信息一體化，提高“大通關”效率和口岸部門服務水平；

（5）搭建港口物流市場信息服務平臺，拓展港口物流市場交易、金融、保險等配套服務功能；

（6）實現港口物流信息資源的整合，為實施智慧港口和智能交通系統規劃提供支持。

Q當前，我國港口行業發展面臨著哪些挑戰？港口行業的未來發展對于自動化技術提出了哪些新的需求？

A：目前我國港口行業發展主要面臨以下兩方面的挑戰：一是缺乏統一規劃，地方自治特點突出，不少區域港口配置出現失衡狀態，港口與后方堆場、公路/鐵路集疏運等系統建設由于資金等原因也受到很大限制，致使港區整體效率不高、服務能力不強，總體缺乏競爭力。二是隨著世界經濟的持續低迷和我國經濟結構的轉變，港口物流結構性矛盾日趨明顯，體現在貨物種類、泊位大小等方面供應能力和需求之間的不平衡，例如2012年港口增速整體放緩情況下，有些港口弱增長甚至負增長，但仍有部分港口保持兩位數增長。

面臨這些挑戰，港口行業要轉變生產增長方式，通過加強統一規劃、增強智能化，來應對港口結構性失衡，推進行業持續增長。這對自動化技術也提出了如下新的要求：

（1）要利用先進自動化技術實現全面的智能感知（如堆取料設備定位、物料的輪廓、保護開關動作的位置等），以便實現高效率的自動化控制，并在設備故障時快速找到故障點排除故障；

（2）通過對設備運行數據的智能分析變事故維修為狀態維修，保障設備的完好率；

（3）通過對流程的優化、協調控制和智能化控制，不僅實現港口的高效運行，同時幫助實現港口的柔性化組織生產，提升港口競爭力。

Q對于港口行業自動化技術的未來發展趨勢，您有何見解？

A：在智慧港口的大背景下，對港口自動化技術來說未來將在以下幾個方面進行努力：

（1）通過先進技術的應用，提高所有裝卸設備的自動化和智能化水平，減少現場作業人數、向現場無人化方向發展。

（2）通過管控一體化技術把智能化的信息管理系統與高效優化的自動化控制系統緊密結合起來，提高港口控制、管理和決策水平，優化港口生產流程和物流組織方式，提高港口整體效率。

（3）通過變頻控制技術、優化算法、協調控制、干霧除塵及安全預控等各類綜合措施，達到安全綠色、節能環保運行的目的。

（4）“油改電”岸電代替大容量船舶柴油發電機。港口是世界經濟增長的重要推動力，同時也是世界上主要的耗能單位和污染源頭。對岸電的適用各國均處于摸索試用階段。而在我國，岸電主要為船舶靠港時提供船上生活、照明用電等小容量設備，而生產作業設備，如壓艙水泵、錨絞機及船用吊機等因其容量很大，目前仍然需要船舶輔機供電。推進港口船舶岸電關鍵技術研究及應用，對節能減排、建設綠色港口有著積極的意義，是解決靠岸船舶由于船上發電對港口水域帶來污染問題的重要舉措，是科學利用海洋資源，加強海洋環境保護，推進海洋生態文明建設，切實提高海洋經濟可持續發展能力的重要舉措。