港口機(jī)械電氣設(shè)備自動(dòng)化調(diào)試技術(shù)分析

張 林

（天津港第一港埠有限公司，天津 300456）

0 引言

隨著各行業(yè)電氣自動(dòng)化的不斷推進(jìn)，港口機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化的水平也需要不斷進(jìn)行完善和加強(qiáng)，以不斷提高港口的工作效率和工作質(zhì)量，從而保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易暢通。因此，港口機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化水平是提升港口整體工作能力的關(guān)鍵因素，目前，推動(dòng)港口電氣自動(dòng)化水平有效提高的技術(shù)就是PLC 技術(shù)。

1 港口電氣自動(dòng)化的概念分析

1.1 港口電氣自動(dòng)化的含義

電氣自動(dòng)化的工作原理是通過(guò)對(duì)電工技術(shù)和信息控制技術(shù)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的自動(dòng)化控制。通過(guò)對(duì)港口機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化的有效提升，可以提高港口生產(chǎn)工作的運(yùn)行效率，保證港口生產(chǎn)安全的整體穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)港口經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的高質(zhì)量發(fā)展[1]。

1.2 港口電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化迎來(lái)飛速發(fā)展期，尤其是將IT 技術(shù)與電氣自動(dòng)化的完美融合，使得機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化的發(fā)展得到快速發(fā)展和質(zhì)的改變，市場(chǎng)對(duì)電氣自動(dòng)化的需求也在不斷增加，電氣自動(dòng)化技術(shù)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧Ｗ鳛閲?guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對(duì)外貿(mào)易的重要樞紐，港口對(duì)機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化的需求是不可言喻的，比如解決工作控制器和儀表之間的工作銜接、對(duì)控制系統(tǒng)的分布式生產(chǎn)控制等問(wèn)題，都是可以通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)來(lái)有效實(shí)現(xiàn)的。因此，加強(qiáng)港口機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化，可以更加高效的便于對(duì)港口的管理，從而有效服務(wù)于港口的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)工作。

2 PLC 用途分析

PLC 技術(shù)因其技術(shù)靈活、適用廣泛等特點(diǎn)，近年被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域和各行業(yè)。PLC 技術(shù)的工作原理是將相應(yīng)的程序以指令形式進(jìn)行存儲(chǔ)，然后將存儲(chǔ)好的指令進(jìn)行數(shù)字邏輯運(yùn)算，PLC 在對(duì)用戶進(jìn)行指令執(zhí)行時(shí)，按堆棧用戶指令的順序，然后將指令的運(yùn)行狀態(tài)掃描成結(jié)果，最終將掃描結(jié)果上傳至CPU，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶指令的閉環(huán)性運(yùn)行。其中，對(duì)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制是PLC 技術(shù)應(yīng)用中最基本、最廣泛的，通過(guò)PLC 技術(shù)的應(yīng)用來(lái)取代繼電器技術(shù)控制。

3 港口機(jī)械電氣設(shè)備自動(dòng)化調(diào)試控制技術(shù)

3.1 PLC 在港口電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)港口各類機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)算、控制，然后經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算，從而來(lái)模擬各類機(jī)械設(shè)備的輸入、輸出控制操作。

3.1.1 PLC 在港口門(mén)座起重機(jī)中的應(yīng)用

在港口碼頭實(shí)際工作中，門(mén)式起重機(jī)對(duì)運(yùn)送貨物的裝卸是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。門(mén)式起重機(jī)是由行走、旋轉(zhuǎn)、變幅和起升4 個(gè)機(jī)構(gòu)共同組成的，如果工作現(xiàn)場(chǎng)需要轉(zhuǎn)斗施工，起升機(jī)構(gòu)就需要由支撐和開(kāi)閉對(duì)稱機(jī)構(gòu)組成，從而使轉(zhuǎn)斗實(shí)現(xiàn)開(kāi)合的效果。門(mén)式起重機(jī)中各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的最佳運(yùn)行選擇是建立在三相交流繞線式異步電機(jī)的基礎(chǔ)上，采取單獨(dú)或聯(lián)合的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)作業(yè)[2]。

當(dāng)PLC 技術(shù)應(yīng)用于門(mén)式起重機(jī)工作中時(shí)，門(mén)式起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作原理是：電源從港口碼頭電網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)過(guò)電纜滑環(huán)卷筒，然后中央滑環(huán)對(duì)其進(jìn)行處理后，將其輸送至配電柜的自動(dòng)空氣斷路器裝置中，最終通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)裝置對(duì)電流進(jìn)行合理分配。這時(shí)將DC 24 V 電源接入控制回路，門(mén)式起重機(jī)技術(shù)操作人員操作主令控制器來(lái)輸入PLC，輸出口對(duì)接超限電路、過(guò)壓電路、聯(lián)鎖電路、過(guò)流電路等相關(guān)電路。PLC 輸出端的信號(hào)是DC 24 V，可以對(duì)小型繼電器裝置的線圈進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電氣驅(qū)動(dòng)。將PLC 技術(shù)應(yīng)用于門(mén)式起重機(jī)中時(shí)，可以有效提升門(mén)式起重機(jī)的工作效率，降低門(mén)式起重機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)門(mén)式起重機(jī)工作穩(wěn)定性，最大限度發(fā)揮其作用。門(mén)式起重機(jī)PLC控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 門(mén)式起重機(jī)PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1.2 PLC 在港口膠帶運(yùn)輸機(jī)集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)PLC 技術(shù)融入膠帶運(yùn)輸機(jī)中時(shí)，可以起到對(duì)港口整體控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，在信息技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)在，PLC 技術(shù)已逐漸發(fā)展至PCC 技術(shù)階段，PCC 技術(shù)是建立在PLC 集中控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)融合成為一個(gè)完整監(jiān)督控制系統(tǒng)。通過(guò)將PLC 控制系統(tǒng)的靈活技術(shù)融入膠帶輸送機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)，可以有效提升港口貨物的運(yùn)輸作業(yè)效率，降低膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障的事故率。因此，在膠帶運(yùn)輸機(jī)中高效應(yīng)用PLC，對(duì)港口貨物運(yùn)送具有極其重要的意義，同時(shí)也極大地發(fā)揮了膠帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)有的作用（圖2）。

圖2 膠帶運(yùn)輸機(jī)PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

港口膠帶運(yùn)輸機(jī)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)融入PLC 技術(shù)后，它的整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)榉植际娇刂品绞?，其結(jié)構(gòu)要素分別是現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)主要包括控制站、控制裝置和監(jiān)測(cè)裝置3 個(gè)部分；集中控制系統(tǒng)主要包括服務(wù)器裝置、監(jiān)控中心、操作員裝置和監(jiān)視屏4 個(gè)部分。集中控制裝置布設(shè)在中央控制室內(nèi)，它是在以太網(wǎng)環(huán)境下基于TCP/IP 協(xié)議基礎(chǔ)上，使現(xiàn)場(chǎng)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行互相共享的過(guò)程。當(dāng)數(shù)據(jù)交互聯(lián)通距離大于1200 m 時(shí)，就需要在以太網(wǎng)連接的基礎(chǔ)上，另外加設(shè)中繼器對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，從而提升數(shù)據(jù)交換效果。

3.1.3 PLC 在港口除塵方面的應(yīng)用

PLC 控制技術(shù)對(duì)于港口除塵也可以起到積極作用。在運(yùn)輸煤炭資源的港口，通常在堆放煤炭地點(diǎn)會(huì)發(fā)生揚(yáng)塵等環(huán)境污染問(wèn)題，這是就需要采用高壓水槍噴水的方式對(duì)其進(jìn)行灑水處理，以此就可以防止煤炭溫度過(guò)高引起自然和降低揚(yáng)塵。為此，將PLC 控制系統(tǒng)按照分布式I/O 結(jié)構(gòu)應(yīng)用到除塵的整個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)操作畫(huà)面的有效控制和監(jiān)測(cè)，就可以是使作業(yè)人員詳細(xì)了解到水泵工作情況、壓力、以及水池儲(chǔ)水等情況，可以減低港口降塵工作壓力，在對(duì)灑水作業(yè)進(jìn)行智能控制的同時(shí)保證除塵的質(zhì)量，以此可以保證港口順利運(yùn)行生產(chǎn)工作[3]。

3.2 散貨裝備自動(dòng)掃描與控制技術(shù)

在未引入PLC 技術(shù)前，通常情況下是通過(guò)估量測(cè)算、肉眼觀察或者借用攝像機(jī)等原始工具，對(duì)散貨裝卸作業(yè)中料堆的分布、高度等數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)式的估算，這樣形成的數(shù)據(jù)參數(shù)缺乏科學(xué)性、完全憑經(jīng)驗(yàn)，很容易受到工作人員經(jīng)驗(yàn)、估算時(shí)間、天氣等各種因素影響，存在較大的人為數(shù)據(jù)誤差。以上誤差極容易造成運(yùn)輸船只受損、堆料場(chǎng)地破壞、船只沉沒(méi)等事故。因此，基于上述誤差有可能引發(fā)的各種隱患，引入PLC 技術(shù)就顯得極為必要，借助PLC 技術(shù)可以對(duì)各類需要參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)有規(guī)則的計(jì)算，以此確定后續(xù)更為精準(zhǔn)的操作數(shù)據(jù)。將PLC 技術(shù)引入港口散貨裝卸施工作業(yè)中，主要是在堆料機(jī)、裝船機(jī)、卸船機(jī)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化，依據(jù)激光測(cè)距的原理，在卸船機(jī)和堆料機(jī)上安裝目標(biāo)定位系統(tǒng)，在裝船機(jī)上安裝激光掃描儀，這樣就可以更加科學(xué)合理的確定目標(biāo)檢測(cè)參數(shù)，有效的提升港口散貨裝卸作業(yè)效率，具體操作為：在對(duì)激光測(cè)距進(jìn)行充分應(yīng)用的過(guò)程中，自動(dòng)化檢測(cè)與識(shí)別可以針對(duì)船艙位置、船體等多個(gè)目標(biāo)實(shí)施，其中可以高度識(shí)別艙底與艙口，充分檢測(cè)船艙內(nèi)物料的分布情況和物料類型等。

（1）對(duì)抓斗卸船機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化掃描和控制。同時(shí)在TPS 結(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝2 個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡，用以反射作用下的激光接收。在實(shí)際的檢測(cè)期間，為確保數(shù)值的精確度，工作人員需對(duì)發(fā)射光和入射光的時(shí)間差展開(kāi)詳細(xì)計(jì)算，確保激光器和物體之間的距離在可控范圍之內(nèi)。2 級(jí)偏轉(zhuǎn)鏡實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)期間，對(duì)目標(biāo)物體發(fā)射出的激光做持續(xù)掃描記錄，將目標(biāo)物體上的各表面點(diǎn)距離做同步記錄，由此得出反射激光的距離值和角度值，并計(jì)算得出目標(biāo)物體表面的位置情況和實(shí)際形狀，便于后續(xù)物體表面的實(shí)際還原。激光測(cè)距期間，針對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)和識(shí)別情況，工作人員可以船艙的實(shí)際位置和各船體作為目標(biāo)，借助科學(xué)手段對(duì)艙底與和艙口進(jìn)行精確的識(shí)別，并對(duì)船艙內(nèi)存儲(chǔ)物料的種類及分布情況做詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，便于數(shù)據(jù)工作的統(tǒng)計(jì)。

（2）智能化斗輪堆取掃描操作。與常規(guī)的卸船機(jī)操作流程相似，斗輪堆取掃描操作期間，需要借助自動(dòng)化、智能化的TPS 來(lái)輔助完成。具體開(kāi)展時(shí)，TPS 收集到的數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至堆取料機(jī)的運(yùn)行中心，在此條件下可實(shí)現(xiàn)安裝位置信息和堆取料機(jī)PLC 相位置信息的相互結(jié)合，同時(shí)開(kāi)始對(duì)立體化表面展開(kāi)專業(yè)的運(yùn)算，用以還原基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并可獲得最為精確的料堆位置和立體形狀信息。就堆取料機(jī)運(yùn)行中心來(lái)講，其在工作期間可對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)做專業(yè)的后期處理，借助內(nèi)部的中央控制服務(wù)器對(duì)處理完的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和記錄保存，與此同時(shí)將保存的數(shù)據(jù)與控制室內(nèi)部的終端行為進(jìn)行連接，得出料堆圖的立體模型[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，基于港口工程數(shù)量的不斷增加，大型的港口區(qū)域自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備被越來(lái)越多的應(yīng)用在實(shí)際的工程作業(yè)當(dāng)中，這在降低港口區(qū)域自身工業(yè)成本的同時(shí)，對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)也起到一定的助推作用。以實(shí)際工程為案例，就港口機(jī)械設(shè)備中的電氣自動(dòng)化技術(shù)做詳盡闡述，具備一定的專業(yè)性和指導(dǎo)性。