探究港口機械電氣系統的可靠性設計

李海峰LI Hai-feng

（上海振華重工（集團）有限公司，上海 200125）

0 引言

在全球化經濟趨勢的不斷發展，我國開始與其他國家保持密切的聯系。因此，港口機械電氣系統運行機制也得到了快速的發展。港口機械電氣系統以高科技為切入點，將電氣控制設備連接到工作臺上，確保設計的可靠性。港口機電系統涉及內容和工作環境相當復雜，需要分析目前的機電系統。在實際工作中，港口機械電氣系統主要以繼電器為主，控制內部模式復雜，導致實際效率極易產生過多的能源消耗。因此，為了為港區作業創造良好的環境，必須不斷提高港口機械電氣系統可靠性運行水平。

1 港口機械設備配置概述

港口輪胎式起重機，由兩個門框和下梁組成，并由橡膠輪胎作為重力支撐。它可以在通道平臺上進行水平和線性運行，同時可實現垂直旋轉90°的運行。其主要的起重裝置，安裝在設備的吊鉤上方。為了能更好的控制吊具的升降，起重機的主吊鉤設計成只能在升降平衡梁時完成一小段行程，而其它部件可以實現自由升降。在進行吊裝任務時，起升和安放懸掛部件時，可以快速調度到指定裝運的位置。它還能夠應用于端口工作流，實現了生產效率、速度和靈活性的整體提升。對于電氣支撐的相關機械設備，需要也有同樣的要求。制動設備在高度方面，需要機械設備的開關、變壓器和電機等電氣元件必須滿足操作要求。對于港口機器設備來說，大部分都是戶外工作，運行環境較差。港口設備在運行過程中，由于其隨機性高，對于做好電氣安全管理尤為重要，并且應注意安全、保護和故障診斷功能。

2 港口機械電氣系統可靠性設計

2.1 電氣傳動系統的設計

在港口機械電氣系統設計中，必須調整交流繞組感應轉子電阻的速度。這類操作可以直觀地進行管理工作，降低維護成本。可根據起重機的承載能力，合理調整轉子的電阻，并采用PLC 系統代替邏輯控制，保證電氣系統的運行安全，提高整個系統和設備的自動化水平，保證了設備的運行安全性和可靠性。交流異步電動機運行中，要改進交流電動機的通用方法，提高調速的范圍和標準，開發連續控制方法，保證控制的平穩運行。這類方法在初期投資較大，生產工藝較為復雜。使用變頻速率控制方法來提高整體穩定性，采用平滑速率控制細化具體的發展方向，以提高管理的效率和質量。在調節管理中，可采用渦流調節制動率的方法，控制直流勵磁。通過配套感應電機和控制渦流，對制動器進行改進，確保渦流制動器在低速下使用。

2.2 電氣照明系統設計

在港口設備電氣照明系統設計中，必須做好照明燈具的選擇，實現節能設計的目標，選擇最佳的燈具，以提高整體照明設計效率和質量。在選擇燈具中，由于港口設備的照明系統在運行中受到機械運行的影響，需要選擇功率較大的燈具，以此來擴大照明面積。可在結構區使用金鹵燈，在輔助區選擇節能燈，以提高系統的節能應用效果，確保在滿足照明的情況下不影響其設計效果。港口機械電氣照明系統在長期運行中，會消耗大量的電力，不僅會增加成本，還會違反港口運營和生產要求。因此，在設計工作中，必須堅持節能原則，采用系統類型、管理類型和考核類型的方法，降低系統能耗，并確保優化設計各個方面的合規性。正常情況下，設備照明系統需要確保可以正常運行和熄滅，也可用于現場的維修和應急作業。設計要綜合考慮照明的各個方面，劃分系統類型，在嚴格指導下，提高照明系統設計效果。對于港口設備的照明系統，在運行中屬于強電流系統，在觸電方面存在安全隱患。因此，在設計工作中，需要結合要求和內容，創建合理的控制系統，以保證整個電氣照明的安全性和可靠性。同時，設計人員還需要做好絕緣設計，完善保護管理，結合電氣照明系統的性能，建立智能保護管理機制，確保整體管理的可靠性和效率。在照明優化項目中，還需要根據照明系統的類型進行多種設計和改造，以此來形成良好的協調機制。

2.3 PLC 控制系統的起重機控制系統

PLC 控制系統的工作原理是利用可編程存儲器進行程序的精確計算和控制，通過輸入輸出控制機械操作來完成生產過程。在控制系統中，PLC 控制的工作原理與計算機幾乎相同，港口機械電氣系統組成部分與計算機沒有太大區別。在使用PLC 控制系統時，需要采集樣品，樣品的形狀有不同的壓力和限位開關等標志。在收集到樣本后，技術人員需要執行下一步流程，逐步完成檢索源信息。港口機械采用PLC 控制系統，降低了傳統港口設備運行中的高能耗問題，同時還可以降低系統運行的電力消耗，提高港口機械設備的運行效率。將PLC 控制系統集成到港口機械設備中，這對于港口的日常和管理來說非常重要。

以港口機械上的起重機控制系統為例，在港口起重機電氣中引入PLC 控制系統，使用起重機入口和出口點作為執行指令。使用該指令控制起重機和其他功能。由于PLC 控制系統的改進，港口起重機的工作效率和速度都得到了提高。現代化的港口機械設備主要應用功能是可以滿足港口的實際作業需要。隨著應用市場需求的增加，控制系統的類型也有不同的特點。在港口設備的運行中，需要找到合適的系統類型，以便根據系統運行原理進行有限的分析，以滿足港口機械起重機的實際運行要求。此外，還必須按照門干擾保護對PLC 控制系統運行中的相關干擾因素進行監測，確保港口機械電氣系統可以正常高效的運行。在進行起重機控制系統設計時，應重點關注起重機起升結構、程序管理和輔助系統設計。分析傳統門式起重機吊裝存在的問題，如傳統起重機操作能耗和運行成本高等問題，在此基礎上引入可控制的變頻設備。在開發PLC 程序時，還必須根據實際情況進行起升制動，以確保在運行中不會出現故障。在管理PLC 程序時，還應確保控制器的選擇和配置合理，并在此基礎上調整控制參數。可以從操作臺和安全裝置入手，確保起重機復制系統能夠更好地發揮作用，確保設備和電氣系統的運行安全可靠。

2.4 動力配電設計

目前港口設備電氣系統以能源和電力為主，在設計機械電氣系統時，配電設計也是非常重要的工作。在具體設計中，設計人員要確認端口設備配電的基本原則，確保滿足標準規范和后續實際操作要求。港口機械和電氣設備在運行中，動力設備和配電裝置處于分散狀態。在具體的設計中，端口機和動力設備的供電方需要是確定的，并以此為基礎。合理的系統運行設計實現對供電方式的控制，真正保證港口機械和用電相關功能的穩定性和安全，并在此基礎上提高設備電氣系統的運行效率。明確機電設備電纜的連接方式，在設計過程中要確保滿足港口設備配電規范的具體要求。在港口機械電氣系統設計中，受到關鍵因素的控制，會出現連接方式、保護措施和其他互動形式，在此基礎上保證了設備的穩定運行。最后，必須清楚地了解設備的供電系統與其他系統關系，并確定具體的要求，以解決各類運行沖突。不僅需要有效地改善港口機械的電氣設備，穩定性也可以在更大程度上控制設備的運行成本，這對提高設計質量具有積極的作用。

2.5 電氣防雷設計

雷擊是影響港口機械電氣系統正常運行的常見問題。雷電將極大地影響安全運行。因此，對于制定電氣防雷措施尤為重要。在防雷工程實施中，需要在機械供電系統中根據區域的特點，進行防雷設計。大多數設備都處于容易引起火災或爆炸中。因此，在進行防雷工程時，防雷設計必須滿足使用現狀。需要注意的是，在進行設計端口機和電氣防雷時，應注意相關設備的功能防雷、系統防雷和結構防雷，有效保證設備在雷擊下的安全性和穩定性的運行[1]。

2.6 電力系統接地設計

電力系統接地設計主要工作內容是設備關鍵結構和部件的設計，如主體結構、金屬結構和金屬部件等，通過應用優化策略實現。確保每個等電位結構的連接，確保端口的電氣設備部分都可以連接到總線。全面控制等電位各類連接點，關注PE 總線與中繼線的連接方式。對于港口機械和設備的特殊結構或部件，在設計接地時，采用局部等電位接地與公共接地相結合的方式，以保證其安全運行[2]。

2.7 輪胎起生重機的液壓工作原理

首先動力轉向的工作原理。液壓泵通過回流閥驅動轉向油缸。轉向油缸再驅動車橋，并帶動輪胎實現轉向。車橋的轉向支架上裝有傳感器，能檢測輪胎的轉向角。方向閥各自控制一個油缸。當車軸旋轉到初始角度時，轉向角傳感器發出信號，使比例電磁閥斷電，換向閥返回中立位置。油缸停止供油時，油缸鎖定在該定位的轉向角。車軸在轉向油缸的驅動續轉動，直到車軸回到設定的角度，轉向工作完成。改變換向閥的比例電磁閥的電流，可實現改變軸的轉向速度。得益于電控系統，實現了縱向、水平以及原地旋轉三種轉向模式。其次是起升工作原理。液壓泵通過換向閥控制起重機馬達，并驅動滾筒實現起升貨物的功能。起重機裝有速度傳感器，與換向閥構成控制系統。當傳感器檢測到起重機速度高于平均速度時，控制系統會降低速度。能過減少電磁閥電流，調節了絞車液壓馬達的流量，使卷筒速度降低到中速。傳感器檢測到速度低于平均速度時，控制系統自動增加電磁鐵的電流，使從液壓馬達和卷筒的絞盤速度上升到中速。起重過程分為重載、低速和輕載，檔位可連續調節。液壓馬達為電控兩級可變馬達。在液壓泵輸出恒定時，液壓馬達處于小排量狀態。此時可實現高速或輕載工況。當電控電磁鐵關閉時，處于大排量狀態。此時是重載、低速工況。兩種工況下，可連續調節回油閥電的磁鐵電流，調節至液壓馬達正常的流量，實現連續控制起升速度。關于起重機位移工作的原理。液壓系統在運動時，主泵供油通過電磁閥向輪減速器制動供油，制動器松開。液壓泵驅動行走馬達輪邊減速器，帶動車輪使起重機保持直線運動，此時的驅動系統壓力為30MPa。通過油門控制發動機轉速或改變液壓泵馬達排量，改變起重機的速度和驅動力。調節無級控制液壓泵行走速度，要選擇檔位開關，改變液壓馬達排量，操作人員可以推拉控制桿實現前后行走，無級泵排量和壓力油組合，可以在較寬范圍調節其移動速度，控制車輛的前進方向。當在順時針或逆時針旋轉處，實現了起重機設備的良好加速、減速和制動功能。

2.8 人工智能技術在港口機械電氣系統的設計應用

在港口機械電氣自動化控制系統的運行中，系統的控制是最重要的。人工智能技術可以準確處理港口機械電氣系統運行中龐大的信息數據，并且可以處理復雜的工作流程，提高港口機械電氣控制的準確性和及時性，確保控制工作按計劃高質量進行。因此，在港口機械電氣系統自動化控制中，科學合理的運用人工智能技術對于電氣智能控制具有重要的意義。人工智能技術主要包括專家系統控制、模糊控制和神經網絡控制。模糊控制是常見的控制方法，是一種基于模糊理論和模糊理論的封閉結構系統。模糊控制設備采用人工智能技術來控制廣泛的對象和范圍，控制復雜或難以描述的使用系統，使港口機械電氣系統控制過程更加智能和自動化。不僅可以提高港口機械電氣系統控制的精度，保證了電氣控制的效率和質量。專家系統是保留專業知識和經驗的軟件系統，當港口機械電氣系統運行發現問題時，通過專業的數據進行評估和解決。該系統可實現長期連續性和實時控制，靈活控制電氣系統，優化技術參數，保證控制系統安全正常運行。對于神經網絡管理也是智能管理的要形式，該技術利用智能技術在港口機械電氣系統管理中控制復雜對象，并進行精確的計算，可以診斷港口機械電氣系統故障，從而對自動化設備進行精確控制。人工智能技術在港口機械電氣系統工程中的應用，可以發揮人工智能技術的較高的適應性和邏輯性，減少港口機械電氣系統管理中的其他不利因素，全面優化港口機械電氣系統，實現控制系統的智能化和自動化[4]。

2.9 加強人工智能技術的應用可靠性

在港口機械電氣系統自動化方面，傳統電氣自動化機械種類繁多，操作程序和系統非常復雜。用于自動化的設備要求技術人員在相關的工作時確保管理的精確，這需要相關的技術人員具有專業的技術能力和工作水平。技術人員一旦失誤，很容易造成港口機械故障，導致設備無法正常運行，給港口企業造成不必要的經濟損失。在傳統的港口機械中，設備容易受到人為因素的影響。基于這種情況，人工智能在港口機械電氣系統中的應用，改善了這一現象。在設備工作中采用智能化技術，可以減少傳統人工控制的環節，簡化相關的電氣控制程序和工作階段，降低電氣設備操作的復雜性，進而實現了智能控制系統，形成設備高效的電氣系統。相關的工作人員還可以準確計算相關參數，及時調整港口機械電氣系統的運行參數，以適應實際情況，滿足當前技術應用需要。對港口機械電氣系統備進行合理控制，減少了人工控制的不穩定因素，而且減少了必要的管理時間和人力成本，提高了港口機械運行效率。此外，隨著人工智能技術的應用，港口機械電氣系統管理需要重視對相關技術和管理人才的投入。自動化設備需要不斷優化，技術需要不斷更新，技術人員的資質和專業水平也需要得到不斷的提高，提供智能優化港口機械電氣系統所需的技術和人力支持。在港口機械電氣系統的日常運行中，傳統系統運行時工作內容繁重，并且設備在運行時負荷很大，運行階段復雜，對于自動化需要很長時間完成。對自動化控制要求非常嚴格，任何失誤都可能導致港口機械電氣系統運行發生嚴重的事故，因此高效準確地進行自動化控制系統的日常操作非常重要。在港口機械電氣系統的日常工作中，人工智能可以有效緩解這些問題。在電氣系統的運行中，智能技術簡化了機械電氣系統運行操作流程，減少了人工操作，降低了人為造成錯誤的可能性，節省了港口機械電氣系統管理時間和人力成本，提高了系統的運行效率。智能化技術也對港口機械電氣系統自動控制產生了積極的影響。智能技術可錄入各種設備的數據參數，匯總分析港口機械電氣系統參數，對相關信息進行判斷，并根據分析執行工作計劃。智能控制參數的采集和分析，為港口機械電氣系統自動化控制提供了有力的技術支持。由上可知，在系統的日常工作中引入人工智能，方便了機械電氣系統的日常工作，也可以保證港口機械工作的準確性。對相關運行參數進行處理，保證電氣系統的運行效率和質量，這有助于港口機械電氣系統的良好發展和高效運行[5]。

3 結語

綜上所述，港口機械電氣系統是在港口運行作業保障的重要結構。在設計優化中，必須意識到港口機械電氣系統設計的重要性，根據工作內容和具體的工作要求，進行港口機械電氣系統的可靠性設計工作，確保港口機械電氣系統運行可以更加高效，并且具有較高的可靠性和靈活性。