港口区域大型机械电气自动化研究

姚立权 ,赵春雨 ,王伟

（1.辽宁卓异装备制造股份有限公司，辽宁 营口 115004；2.辽宁绿港科技有限公司，辽宁 沈阳 110041）

港口电气自动化主要是指港口电气设备管理和港口运行自动化控制和操作的实现。港口电气自动化系统的建立是在综合应用继电器、定时器、接触器、触点开关的基础上打造集中控制、人工智能、自动化操作管理系统。从实际应用情况来看，港口区域大型机械电气自动化系统的应用拥有广阔的发展前景，符合港口现代化管理需要。

1 港口区域大型机械电气自动化控制模型的建立

在信息网络的快速发展下，港口区域大型机械发展面临更多发展机遇，可在优化调度控制和监测港口区域工业生产基础上能够实现港区区域内大型机械电动自动化控制系统的综合应用，在一定程度上减少了成本费用的消耗。基于港口区域发展的工业控制提出一种人工完成港口区域大型机械电气自动化控制参数的设定，提升了港口区域大型机械电气自动化控制的抗干扰能力。在对港口区域大型机械电气自动化控制参数计算的基础上打造了电气自动化控制模型非线性方程如（1）所示在自动化控制模型干扰抑制系统中打造了三层学习网络。通过对港口区域大型机械电气电流数据信息的计算设计出港口区域大型机械电气自动化控制模型。

（在公式中，X、f（xX，t）、fθ（X ，t）、g（θX， t）等代表的是港口区域内大型机械电气控制干扰项。）

2 港口电气自动化发展现状

（1）散货码头自动化。从发展实际情况来看，我国港口电气系统设备和设计仍需国外大型公司提供，在综合应用PLC半自动、计算机监管等先进技术的情况下实现港口码头的自动化发展。而我国港口码头的自动化发展在软硬件、监督管理、综合调度等方面仍与发达国家存在较大差距。

（2）集装箱码头自动化。在经济全球化的深化发展下，国际贸易和集装箱运输存在密切的关联，通过自动化的实现能提高港口装卸效率和装卸操作能力。我国在上个世纪七十年代中期开始大力发展集装箱运输，在发展的过程中研制出RTG、CC等设备，并在经济全球化的深入影响下得到普遍推广应用。但与发达国家相比，港口集装箱码头自动化发展仍然存在很多亟待提升的问题，比如自动化码头系统的打造缺乏有效研究、自动化码头缺乏对高效设备和先进系统的可持续开发。

（3）现场部分。港口电气自动化现场操作主要由压力传感器、限位开关、可编程操作系统等共同组成，在多个系统的综合下能够实现对各类设备使用操作的有效控制，在第一时间获取港口集装箱实时性的数据信息。

（4）通讯部分。从现有发展来看，港口区域大型机械电气自动化系统现场数据信息、信号控制操作较为繁杂。为此，在实际操作中可以应用现场总线来进行相关数据信息的传输，对不适合港口现场操作布线空间可以应用蓝牙技术进行处理，提升数据信息传输的准确性、有效性。

3 港口区域大型机械电气自动化控制设计

3.1 可编程逻辑控制器在港口电气自动化中的应用

可编程逻辑控制器在港口电气自动化控制中的应用能更好促进港口自动化、现代化发展。可编程逻辑控制器采用一系列可编程存储器，能实现对港口运作各类数据信息的有效存储、逻辑运算、顺序控制，并通过数字或者模拟输入、输出操作来控制各类机械设备的生产。结合现代港口运行发展实际情况， 可编程逻辑控制器在港口固定机械、流动机械系统控制管理中得到了广泛的应用，降低了相关人员的工作强度。

（1）可编程逻辑控制器在港口门座起重机中的应用。门座起重机是当前港口码头工作常用的装卸机械，主要由行走、旋转、起升等部分组成，具体操作中比较繁杂，对电动机、变压器、接触开关的使用提出更高要求。门式起重机的各个结构能够联合驱动，司机操作主令控制器的可编程逻辑控制输入端口，在外部信号干扰系统正常工作的时候，可编程逻辑控制器会输出24V的直流信号，实现自动启动。可编程逻辑控制器在港口门座起重机中的使用有效降低了工作者的劳动强度，提升了港口工作效率。可编程逻辑控制器在港口门座起重机中的系统结构如图1所示。

图1 可编程逻辑控制器在港口门座起重机中的系统结构

（PS是电源模块，IM是接口模块，CPU是中央处理单元，TP是触摸屏）

（2）可编程逻辑控制器在港口胶带运输机集控系统中的应用。港口胶带运输机集控系统安全性、可靠性直接影响港口运行发展的经济效益。借助可编程逻辑控制器能够实现对港口胶带运输机集控系统的综合保护和集中控制，特别是可编程逻辑控制系统和调度电话系统、工业电视系统的结合，能够打造一个完整操作、调度的网络，从而实现对整个港口胶带运输机集控系统的遥控，提高港口货物运输效率。

（3）可编程逻辑控制在港口除尘方面的应用。对于输送煤炭资源的港口，在其间堆放的煤炭随风扬尘变化会带来一系列环境污染问题。这类环境问题的一般治理方式是应用高压喷枪定时洒水清理，一方面能够防止粉尘的飞扬，另一个方面在夏季的时候降低煤堆温度、减少煤炭自燃现象。可编程逻辑控制在港口除尘中的应用能够在确保除尘质量的基础上实现对洒水操作的及时控制，降低港口除尘工作强度。可编程逻辑控制系统可以通过分布式I/O结构的应用实现对整个上位机操作画面的控制和监督，帮助相关人员更好的了解泵房内部水泵的工作状态、系统压力、水池状态等，为港口顺利生产和运行提供重要支持。

3.2 港口电动RTG技术的应用

图2 港口集装箱设备自动化集成系统

电动RTG在港口中的应用能够有效减少污染物的排放，优化港口工作环境，节省港口运行成本。在港口运行中RTG油改电技术的应用主要涉及到三种供电方式，包含电缆卷筒、低架刚性滑触线、高架滑触线三种供电方式。在科学技术的发展支持下，港口电动RTG技术将会朝着直流供电、超级电容等蓄能设备方向发展。

3.3 港口散货装卸自动化技术的应用

在国外，大型散货码头应用的装备具备半自动化发展功能，可在人工辅助操作下能够自主设定参数，实现港口作业自动化发展。

（1）集装箱装卸自动化技术。全球第一个港口集装箱装卸自动化运行技术是在荷兰应用的，经试运行后在德国、新加坡、日本等码头也实现了该技术的运行。2006年，我国上海、香港密切合作，在高桥二期码头打造出第一个集装箱自动化堆场，在综合应用图像、激光测量的基础上实现了全自动化对箱、落箱港口的操作。

（2）散货装备自动化扫描和控制技术。在散货装卸操作中，实时性的监视作业料堆高度、堆型是十分必要的，同时，按照相关标准进行精确计算之后可为港口后续操作提供重要数据支持。在港口装卸操作中人们获取的数据信息有的是用肉眼观测的，有的则需应用机械设备进行测量。为了确保数据信息的测量和获取不过多的受外界环境的干扰，可以将料堆轮廓自动检测技术应用到港口散货装卸作业操作中，利用激光测距原理，在港口斗轮堆取料机中安排定位系统，完成对目标作业的检测。第一，抓斗卸船自动化扫描控制。在TPS的内部往往具备两个偏转镜，在偏转镜的作用下能够将发射的激光有效反射回来，反射回来的激光会被激光接收器接收。之后通过精密性仪器的测量能够计算出发射光、反射光之间的时间差，进而精准计算出物体和激光器之间的距离。在偏转镜的作用下能够实现对目标物体的连续扫描，了解目标物的三维位置数据信息。第二，斗轮堆取自动化扫描控制。斗轮堆取自动化扫描控制技术在实际应用中和卸船机操作一样，一般都需要借助TPS进行扫描操作。在扫描操作中，TPS会将数据信息发送到相应的取料机上，经过取料机的处理来获取更多数据信息。之后应用立体化表面还原算法获取整个料堆的形状、位置信息等，在综合利用各类数据的情况下向人们展示立体化堆料图形。

（3）集装箱设备自动化技术。对于外高桥集装箱码头发展来讲，基本打造了自动化装卸作业和操作控制系统，可对内外集卡、作业箱分别自动定位操作和自动化装卸。港口集装箱设备自动化集成系统具体如图2所示。

3.4 港口自动定位技术的应用

通过港口无线数据传输技术的应用打造实时性综合自动定位监控管理系统，可提升港口系统工作效率，节省不必要的劳动力资源。港口集装箱码头自动化发展的前提是确定集装箱位置和各类装卸运输设备的位置，在港口管理发展中减少设备空运转的成本费用，减少错误集装箱的出现。在科技发展支持下，港口可以打造定位和纠偏系统，在综合应用全球定位新、差分式全球定位系统、无线脉冲接发系统的基础上进一步优化港口发展。

4 结语

综上所述，对港口区域大型机械自动化控制进行完善能够在一定程度上减少港口区域工业发展成本费用，在港口发展的过程中减少其对周围环境的污染和破坏。本文借助最新技术形式提出了一种港口区域大型机械电气自动化控制工作的抗干扰分析模型，为港口区域大型机械化发展提供了重要支持。结合当前港口区域大型机械自动化控制发展现状，提出RTG技术、可编程控制器、装卸自动化等技术在港口大型机械电气自动化发展中的应用，旨在能够更好地促进港口自动化发展。