漏斗遠程控制系統設計

李 磊

漳州招商局廈門灣港務有限公司

1 引言

漏斗作為散雜貨碼頭裝卸的主要設備，在碼頭前沿和后場發揮著重要的作用[1]。目前漏斗上閘門控制和漏斗下箱車內堆料看護及指揮箱車行走的工作，多由工人負責[2]，存在兩個問題：一是人機交叉，有一定安全隱患，如門座起重機、箱車司機操作不當或漏斗自身鋼結構腐蝕后垮塌，會對工人造成人身傷害，同時散糧產生的粉塵也對工人的健康造成影響；二是單艘散糧船舶(3～5萬t級)裝卸一般需4臺漏斗、4名工人參與作業，由于工人資源有限，會出現漏斗作業線停機的情況，作業效率較低。

為此，設計漏斗遠程控制系統，1人可遠程操控2～3臺漏斗作業，保障設備作業安全，提高作業效率，解決了用工難問題，同時可降低勞務用工成本。

2 系統組成

2.1 整體方案

方案主要應用攝像、無線通訊和PLC控制等技術，在漏斗上安裝攝像頭、無線接收器、箱車提示系統(狀態指示燈及語音)和PLC等裝置；在碼頭前沿作業區域電站房間設置遠程中控室，內部安裝操作臺、顯示屏和控制箱等。運用5G信號，在中控室實時觀察漏斗堆料、放料和箱車位置等畫面狀態，進行遠程操控漏斗和指揮箱車行走。系統主要由漏斗、中控室和信號傳輸3大部分組成。

2.2 漏斗

漏斗部分由箱車就位檢測、料位監控、閘門控制、箱車提示和無線接入設備組成。

(1)箱車就位檢測由2臺槍型攝像機實現，安裝于漏斗斗口閘門兩側大梁，與料位監控共用，1臺攝像機監控漏斗下箱車位置，另1臺作為雙向視角監控的補充，實現全方位無死角監控。經無線信號將視頻畫面傳輸到中控室，通過顯示屏實時監控箱車行進位置。

(2)料位監控由2臺槍型攝像機和2臺球型云臺攝像機組成，2臺槍型攝像機與箱車就位檢測共用，1臺監控箱車內料位、閘門開閉位置，另1臺作為雙向視角監控的補充；2臺球型攝像機安裝于碼頭前沿高桿燈上，監控漏斗斗口內料位，實現碼頭前沿漏斗全覆蓋、斗口全視角監控。經無線信號將視頻畫面傳輸到中控室。

(3)閘門控制。原漏斗閘門開閉是通過工人操作按鈕，經常規接觸器控制電動油缸伸縮來驅動。本系統對此進行了改造，增加閘門開閉限位控制和1組PLC裝置(設為從站，主站設置在中控室)，本地PLC經無線信號與中控室PLC形成通訊，采集本地控制保護和中控室閘門操作手柄、開關等信號，實現對閘門遠程控制。

(4)箱車提示系統由LED顯示屏、同步語音播報器和人工語音廣播組成。LED顯示屏共2個，用中文表示前進(綠色)、后退(綠色)、離開(綠色)和停止(紅色)，安裝于漏斗下底梁兩側，便于箱車司機在后視鏡觀察到的位置上。通過在中控室操作臺上啟動各工作按鈕，經無線信號和中控室PLC通訊，輸出控制LED顯示屏上各指示，提醒箱車司機進行前進、后退、離開和停車的操作。同步語音播報器2個，安裝于漏斗支腿上方對向兩側，與LED顯示屏進行同步控制，語音提醒箱車司機進行操作。人工語音廣播通過麥克風實時進行廣播，以提醒箱車司機安全操作和現場安全警告等。

(5)無線接入設備1臺，由無線輸入客戶端裝置(漏斗控制箱內)及外置天線(漏斗頂部邊緣外置)組成，匯集槍型攝像機、漏斗PLC、LED顯示屏、同步語音播報器和人工語音廣播的通訊端口，接收無線信號與中控室進行通訊。

2.3 中控室

中控室設置在配電站的房間內，距岸邊垂直距離50 m，可觀察到整個泊位漏斗作業線，內部配置操作臺、顯示器、麥克風、控制箱和輔助設施等。

(1)操作臺上布置操作按鈕(箱車前進、后退等)、控制按鈕(急停、復位等)、操作手柄(漏斗閘門開閉)、開關(本地/遠程選擇)和指示燈(上電、通訊、故障)等，接入本地PLC，實現各控制功能。

(2)顯示器由1個液晶顯示屏和1臺高清錄像機組成，安裝于操作臺上，根據工作要求，將顯示屏分割成3個畫面，分別是漏斗閘門開閉及箱車內料位畫面、漏斗斗口內料位畫面、箱車行進位置畫面，用于實時監控。

(3)麥克風安裝于操作臺上，經無線信號與漏斗形成通訊，用于現場人工語音提醒和警告。

(4)控制箱內主要有1組PLC裝置(設為主站，從站設置在漏斗控制箱內)、1臺交換機和若干電氣元件(斷路器、接觸器、繼電器)等。PLC經交換機通過無線信號與漏斗通訊，實現對漏斗閘門控制和箱車提示的功能；交換機作為網絡連接設備，自帶光口和以太網口，光口連入光纖信號，以太網口連入PLC信號。

2.4 信號傳輸

通過無線WIFI技術和有線網絡相結合，在港區安裝5G WIFI及基站，無線信號覆蓋2 km范圍，遍及整個港區前沿。因漏斗作業無固定位置，隨機性較強，所以漏斗到大樓基站采用無線通訊，以適配漏斗在碼頭前沿任意位置作業的需求。大樓基站到中控室采用有線光纖連接，以滿足信號更穩定及千兆帶寬組網的需求。整個系統組成一個私有局域網，各設備之間通過該網絡進行無障礙通訊。信號傳輸網絡配置和各設備之間通訊協議見圖1。

圖1 系統網絡結構圖

2.5 其他技術要求

(1)該系統具有本地/遠程選擇功能，遠程優先于本地。當遠程出現故障時，可在本地進行操作控制漏斗，相互之間進行安全聯鎖保護。

(2)當無線或有線信號意外中斷時，要求系統可以自動關閉漏斗閘門。

(3)為便于故障查看和事件調查，高清錄像機具有近2個月視頻存儲功能。

3 結語

系統改造后，漏斗遠程控制操作簡便，動作響應快，1人可完成2臺漏斗遠程操控，取得了較好的使用效果，在提升作業效率的同時節約了人工成本。該漏斗遠程控制技術可在同類型的散貨碼頭進行推廣，提升散貨碼頭作業的自動化程度和安全性。