港口機械電氣自動化技術與控制路徑探析

于 威，周思遠，劉衍賓

受到自動化機械電氣普及程度以及在各個領域應用程度增加，行業內各個環節生產自動化水平有效增加，對于行業發展帶來推動意義。港口運輸作為國內外貨物貿易運輸以及推廣關鍵，港口內部對于貨物吞吐量直接決定貨物交易量以及交易經濟成效是否可以提高。自改革開放之后自動化機械電氣這種技術得到高效改進與應用，港口內部貨物裝卸以及識別成效顯著增強，這使得港口當中貨物運轉成效提高，推動和促使港口機械建設，增強港口當中貨物實際交易量，促進國內外經濟貿易成效加大。

1 機械電氣自動化技術控制簡述

1.1 自動化機械電氣設計理念

電氣自動化機械管控技術在實際應用中設計理念主要就是，在應用過程中讓總線、集中以及遠程等監測功能實現，一是總線當中，電氣自動化控制有著較強的集約性，利用總線來管控電氣可提高港口現場監控成效，將這一技術與控制措施使用到港口領域，應用價值相對較高。二是集中監測中，自動化電氣管控技術可利用處理器來保證港口內部整個控制順利完成，技術感控較為便利以及靈活，有著較為維護性以及便捷程度。三是遠程監測中，主要就是依據電氣來快速傳遞信號，以此來實現遠程監控操作的目標，且在控制當中并不需要較長時間效率高，可保證數據得到遠程控制與收集。以港口設計運行當中運輸機為例，企業設計港口機械當中把運輸機實際運行當中基礎，把現場管控體系有效引入到運輸機設備內部，這一系統主要有現場控制模塊、監測模塊以及中心控制點這幾個部分構成，可成功與現場監測重點、操作裝置以及監視屏幕相互鏈接實現自動化遠程控制和監測。為保障設備自動化運輸成效和功能提高，PLC 這種控制技術被逐步引入到港口機械運行當中，TCP/IP 這一協議被逐步配置，運輸參數被實時管控，以此來港口實際設計水平提高。

1.2 港口機械電氣自動化控制使用現狀

我國港口受到對外交易性質影響，正在全面使用自動化機械電氣來控制裝卸與運輸工作，對于港口貨物實際裝卸與運輸帶來極大影響。不過由于我國與機械自動化電氣有關技術研發和起步時間較短，對于電氣自動化開展的各項創新與開發力度仍舊有著極大進步空間，一些與電氣自動化有關的核心技術并未完全掌握，使得港口自動化程度仍舊需要繼續擴展。當前港口內部與自動化電氣有關的基礎性、關鍵性設施不夠健全，自動化體系和控制管理流程統一、完善程度有一定缺乏，針對計算機、先進技術使用也存在一定提高空間。必須不斷加大對港口中各類自動化設備和技術研發力度，讓我國港口能夠全面自動化運轉和發展。

1.3 PLC 控制技術在自動化機械電氣中應用特征

1.3.1 靈活性相對較強

PLC 控制技術研發最初目的就是為有效彌補繼電器靈活程度不足問題，因此在研發PLC 技術中需要準確、規范把控PLC技術實際靈活性。與傳統機械電氣相對比，PLC 技術在針對工藝流程展開修改過程中操作相對較為便捷和簡單，只需要對內部控制程序展開修改就可讓工藝流程實際改善措施完成，并不需要更改機械電氣對接線。

1.3.2 信息傳輸有著穩定和準確特征

在將PLC 技術有效運用到電氣機械自動化管控中時，許多開關在控制體系當中都是依據無觸點半導體這一電路進行實現，針對有關電氣設施展開加強規范處理，這也使得PLC 系統有著較強抗干擾性，穩定以及信息傳輸精準性較高。

1.3.3 操作相對較為簡單

PLC 這一系統主要就是利用可編程語言來展開操作，編程語言利用設定翻譯功能可有效翻譯成為能夠識別的語言，編程流程較為簡便，避免自動化操作出現失誤問題。

2 港口自動化機械電氣技術應用

2.1 機械電氣自動化技術在港口門式起重機中的使用

在港口門式當中有著較多的大型設備，如起重機等，將自動化技術在起重機當中高效應用，可保證起重機在頻繁操作基礎上保持正常運行，避免出現靈敏性或者操作失誤問題。在實踐中，以PLC 技術為例，操作人員在針對媒介主令控制器過程中，有效針控制PLC 輸入、輸出聯鎖和外接端口、電路，以及過流、過壓電路等。在PLC 端口出現直流24V 信號之后，可保證小型繼電設備裝置有效在線圈當中落實，接觸線圈實際運行過程中會與繼電器進行被動接觸，設備內部不同運作流程會隨之啟動步入到正常運行模式。

2.2 自動化機械電氣在港口運輸機中的應用

電氣自動化機械系統是港口內部運輸機運行關鍵，而分布式系統管控結構則是重要典型結構，在系統當中，現場管控裝置、現場控制中心點以及監測裝置等是控制系統非常重要內容，而現場操作人員設備配置、監視屏幕、服務器裝置等多幾個部門則的共同組成運輸機自動化控制系統。通常需要將控制器集中設置到中央控制室當中，在PLC 技術以及TCP/IP 操作協議基礎管控上，可保證數據通訊以及交互在控制裝置以及集中控制站當中完成，在這一流程當中，需要一個非常重要媒介，就是以太網。要想讓數據高效展開交互，在設備位于運行狀態當中時，如果集中控制裝備之間交互距離大于1200m，這一兩者在鏈接中不僅需要加大對以太網使用，還需要適當增加中繼器，以此來構建一個較為良好規范運輸交互成效。

2.3 港口裝卸橋起重機當中PLC 控制技術的實際應用

在港口當中裝卸橋具有的機械電氣系統有著設備以及數據交互多、實際分布范圍較廣的各種特征，將PLC 技術使用到裝卸橋系統當中，可保證PLC 數據狀態、信號給定以及命令控制等各種層面內容更加穩定與完善，而由PLC 技術以及系統驅動設備共同組成的共享系統則可展現出一種較強完善性能，有助于保證港口內大型設備關聯控制規范性。在港口裝卸集中器自動化機械控制中有效規范對PLC 技術展開利用，可保證系統故障得到說明，了解驅動器內部故障以及PLC 技術數據，結合系統來把數據顯示出來，工程人員在工作當中，可及時發現裝卸系統當中故障并對其排除，對于增強系統以及港口大型設備穩定性有著較強意義。相對較為重要的參數要有效設置在驅動器當中，能夠為輸出技術打牢基礎，PLC 控制系統可將設備歷史以及驅動器過往故障信息有效存儲，在全面、規范統計參數基礎上，例如：船機工作、接觸器操作次數以及機構實際運作實踐等，有助于保證系統設備穩定以及持續化運行。在針對CCMS進行充分使用過程中，可構建一個人與機器交互平臺，保證系統實際運行狀態被技術操作人員掌握，在針對光纜實際轉換器展開直接鏈接和轉接時，PLC 以及控制系統之間能夠有效將數據進行共享，在這一基礎當中形成一個較為透明化、準確程度相對較高網絡系統，極大增強網絡控制系統靈活、準確程度。

3 港口自動化技術及其管控

3.1 自動化港口裝卸技術

港口當中自動化設備裝卸最高使用在荷蘭，在20 世紀當中荷蘭港口有效構建ETC 碼頭，這讓港口當中針對集裝箱裝貨、卸載以及運輸效率提高。后續我國香港以及新加坡等都開始逐步運用自動化設備裝卸技術，不同國家針對裝卸技術實際運用情況并不相同，其中荷蘭以及德國使用的裝卸技術相同，這兩個國家主要利用導向車以及分軌道式的龍門吊來展開自動化裝卸，不過需要運用人工操作以及遙控吊來及控制集卡裝卸。我國香港以及日本則構建一種軌道式半自動技術，這樣設計在裝箱過程當中智能使用裝船機或者車輛展開運轉，在卸載集卡過程中仍舊要利用人工進行操作。而自動化先進圖像技術在港口當中應用，可保證定位更加精準，提高監測科學化以及合理化，以高橋2 期為例，其在自動化技術影響下成為我國第一座自動化堆場，也是世界當中全自動化、外部集卡堆箱和落箱港口，堆積以及取料自動化設備得到高效利用。

3.2 機電一體化管控

依據當前港口自動化技術水平，港口當中機電一體化已經成為港口必然以及重點發展趨勢，可有效改善港口當中機械設備實際運行成效和工況，增強港口內部機械實際制造效果。簡單而言，機電一體化主要就是把機械傳感器、驅動系統以及各種動力源等相互組合與構建，共同組成一個一體化、規范化的機械系統，實現對港口機械過程精準、合理管控。與傳統港口機械實際制造流程相對比，機電一體化系統在控制中大部分不同器件實際制造流程較為緊密。同時，一體化機電則強調把計算機與機械制造進行交互，例如：控制機械運動，讓港口內大型機械運動合理程度提高，保證各個環節生產性能得到優化。

3.3 港口散貨裝備當中自動化掃描技術管控

在裝卸散貨以及貨物料展開堆區過程中，針對貨物料堆大小、貨物料實際堆型分布情況展開實時規范監測有著關鍵價格，在過往操作當中大部分都是由操作人員展開估算，這樣方式有著較強局限性以及不準確性，在人工估算同時極易受到氣候以及主觀因素危害，一旦判斷不夠準備，極易造成誤差加大。因此，必須要把自動化監測技術運用到料堆裝卸作業當中，有助于將設備實際自動化程度實現，包括裝卸船機以及斗輪堆料機等。針對這類的設備展開自動化管控主要就是，把定位系統有效安裝在抓斗卸船機以及堆取取料機當中，以此來開展掃描監測作業。

3.3.1 堆取料自動化掃描管控

在將自動化掃描這一技術應用到斗輪堆取當中時，自動掃描區域如下圖所示：在實際管控當中，要利用TPS 來提供一個高效安裝信息，把這一信息有效傳遞給對取料機管控中心，將其和對取料機以及PLC 技術所帶來各種位置信息相互聯合，通過規范、合理運算，來對物件位置以及形狀情況展開計算，為使數據能夠真正使用到實際對取料工作中，還需要把數據傳遞到中央控制服務器內部，讓貨物裝箱數據可以更規范呈現出來。

3.3.2 裝卸船中自動化掃描技術管控

所謂自動化掃描，主要就是基于TPS 內部激光發射器，由發射器發射出所需激光再由偏轉鏡將激光在物體表面當中進行映射，在這一基礎當中有效反射激光，最后激光會被接收器所獲取。在利用激光展開精密、規范監測當中，需要計算反射光和出射光之間具有的時間差，精準了解物體和激光器之間實際距離。在針對2 級偏轉鏡展開高效應用時，可將目標物體當做重要基礎，保證激光可以連續、規范掃描，同時，針對物體目標表面當中各點距離展開科學、規范測量，不同物體位置數據在反射激光幫助下能夠更加精準。依據不同物體不同點數據，利用合理運算，可保證物體表面實際形狀以及位置特征更加全面、精準，讓物體表面形狀三維還原出來。在測試激光過程中，自動化監測以及識別主要就是針對船體當中目標，可保證船艙當中物料類型得到準確了解。

3.4 港口自動、智能化定位技術管控

圖1 堆取料自動掃描區域圖

主要是指針對港口當中無線、智能數據傳輸與共享技術的使用，來構建一個與港口系統有關的自動化定位監控體系，以此來增強港口各個系統工作成效，避免出現不必要設備或者資源浪費問題。以港口內集裝箱貨物為例，依據自動化定位技術來明確掌握集裝箱存在的位置以及各類準備裝卸的設備放置位置，構建一個與港口貨物有關的定位和錯誤糾正系統，將全球性分差式定位系統應用在港口定位系統中，再結合無線脈沖這一接發系統，能夠保證港口對于集裝箱定位更加精準，避免設備出現空運轉的情況或者對集裝箱識別、掃描錯誤問題，讓港口發展得到有效優化與改善。

3.5 港口自動化機械電氣中PLC 技術的控制

PLC 作為港口自動化機械電氣非常重要一部分，通過上述可以了解合理應用PLC 技術對起重機、運輸機自動化程度都有極大價值，可保證港口各類設備穩定程度持續上升。依據PLC 技術為港口設備帶來的優勢，需要針對PLC 電氣接線以及調試進行控制和維護，以此來保證PLC 技術在自動化系統中使用成效。

3.5.1 控制PLC 電氣接線

針對PLC 電氣系統展開接線時，需要規范檢查與港口有關的設計圖紙，通常PLC 電氣系統圖紙分為內部、外部接線圖，及控制柜內和控制柜外設計圖。在接線過程中，要注意檢查接線圖紙設計規范性，保證器件和設備都基于圖紙展開連接，避免接線出現短路問題，防止內部弱電流與強電流出現混合問題。同時，要針對電氣自動化控制柜的接線進行管控，依據要求連一次線，使用針對性的端子來保護線，并利用壓線鉗有效壓牢一次線，之后結合一次線連接手段來連接二次線。在一次二次線全部連接完成之后，為線路輸送電源，檢測PLC 系統各項輸入和輸出數據信號，利用合理接線手段來提高PLC 系統在港口中自動化成效。

3.5.2 控制PLC 技術電氣調試

需要針對港口中機械設備展開測試，調試前做好防護措施，檢查電氣系統機械結構實際安裝和配置情況，避免在調試中出現意外或者失誤問題。全面檢查一遍之后，進行手動調試，優化各項電機設備，測試系統負載情況，這一流程要由專業人員操作，并在負載測試結束后，利用各種按鈕來有效驅動設備，并結合自身需求來對操作劃分步驟，觀察港口所構建的系統設備穩性、安全強度，掌握系統在驟停之后，安全裝置是否能夠完全發揮自身作用。同時，調試PLC 系統各個運行環節、運行情況，結合港口大型設備來判斷PLC 系統自動化運轉程度，確保系統在自動化情況下能夠連續、持續工作，并將PLC 各個功能進行延伸，展開PID 管控，讓系統可以充分進行自主調整，提高港口自動化工作模式的穩定性與合理性，在調試中如果發生故障情況，控制器就會自主進行警報，提醒工作人員停止調試，檢查各個環節。

在有效調試完成系統之后，可全面針對系統參數進行選取，依據參數內容展開調整，推動系統進入到預生產階段當中，并依據港口生產要求和內容來展開特殊調試，以此來全面增強自動化系統和港口運轉安全程度。

4 結語

綜上所述，自動化管控和維護技術在港口當中物料裝卸和自動化掃描當中應用有著較強合理性與科學性，需要加強對港口當中自動化技術管控程度，結合自動化技術來提高對港口建設成效，發揮出PLC 技術以及自動化激光掃描技術應用成效，提高港口運行力度，保證港口在自動化影響下獲得最大經濟成效。