李斌

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)約資源和保護環(huán)境已經(jīng)成為中國的基本國策。作為我國對外開放的窗口和現(xiàn)代物流供應鏈中的重要環(huán)節(jié)，港口節(jié)能工作具有非常重大的意義，推進港口節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是國家的重大發(fā)展戰(zhàn)略，也是每個企業(yè)自身發(fā)展的需要。該文從港口裝卸生產(chǎn)的重要設備系統(tǒng)——皮帶機系統(tǒng)入手，通過建立數(shù)學模型，探討了如何從改變運輸線若干運輸帶的啟停順序及工藝，來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。并結(jié)合PlC可編程控制器、網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在港口機械控制系統(tǒng)中的實際應用，著重討論了實現(xiàn)皮帶機系統(tǒng)逆向啟停工藝的技術(shù)重點和難點。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排 港口 皮帶機系統(tǒng) 啟停工藝

中圖分類號：X32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0113-02

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展。20世紀70年代末以來，中國作為世界上發(fā)展最快的發(fā)展中國家，經(jīng)濟社會發(fā)展取得了舉世矚目的輝煌成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境被破壞的代價，這兩者之間的矛盾日趨尖銳。中國政府正在以科學發(fā)展觀為指導，加快發(fā)展現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，把建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會放在工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略的突出位置，努力增強可持續(xù)發(fā)展能力。

1 皮帶機系統(tǒng)在港口節(jié)能減排中的重要性

港口作為我國對外開放的窗口和現(xiàn)代物流供應鏈中的重要環(huán)節(jié)，其能源消耗在整個交通行業(yè)中占有很大的比重。推進港口節(jié)能降耗、發(fā)展節(jié)約型港口是國家的重大發(fā)展戰(zhàn)略，也是港口自身發(fā)展的需要。港口節(jié)能措施包括選用節(jié)能型的裝卸設備、合理裝卸生產(chǎn)工藝、提高港口作業(yè)人員的技術(shù)水平、節(jié)能意識等方面。據(jù)統(tǒng)計，港口裝卸設備生產(chǎn)過程中的能量消耗是影響港口能耗的最重大因素，在有些作業(yè)環(huán)節(jié)，設備能耗可占整個生產(chǎn)能耗的90%以上。顯然，淘汰現(xiàn)有高能耗裝卸設備選用新型節(jié)能設備，是降低港口能耗的最有效的手段。然而，大規(guī)模更換新設備將需要龐大的資金投入，對于目前發(fā)展中的中國及發(fā)展中的中國港口企業(yè)來說都是不現(xiàn)實，既不經(jīng)濟，也容易造成重復建設，從而浪費資源，適得其反。因此，在繼續(xù)應用現(xiàn)有裝卸設備的前提下，優(yōu)化裝卸工藝流程、合理匹配裝卸機械，是最行之有效的、可行性最高的降低港口裝卸作業(yè)中能源消耗的方法。

皮帶機系統(tǒng)在港口散貨運輸過程中被廣泛應用，它是通過將電能轉(zhuǎn)換為機械能，從而驅(qū)動皮帶輸送物資到指定目的地，在一段時期內(nèi)極大的提高了工作效率。伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，港口的建設突飛猛進，港口的地域也從沿海、沿江的狹長地帶向內(nèi)陸不斷的擴展。皮帶機作為港口裝卸生產(chǎn)中重要的一環(huán)，其數(shù)量、長度也隨之不斷的增加。當然，這樣的快速增長也使得皮帶機系統(tǒng)的能耗占整個散貨裝卸生產(chǎn)中所需能耗的比重越來越大。在有些港口，皮帶機系統(tǒng)的能耗所占總能耗的比重已經(jīng)超過50%。如此高的能耗比重，也使得皮帶機系統(tǒng)在港口節(jié)能減排中的重要性日益高漲。

2 卸車系統(tǒng)中的皮帶機啟停工藝

皮帶的啟動工藝包括兩種，一是順向啟動順向停機；二是逆向啟動逆向停機。

在傳統(tǒng)工作方式下，皮帶系統(tǒng)采用順向啟動順向停機，以翻、皮、堆卸車系統(tǒng)為例，卸車作業(yè)流程開始時，首先啟動堆料機懸臂皮帶，然后依次連鎖啟動地面1級皮帶、2級皮帶、…n級皮帶、給料皮帶，翻車機系統(tǒng)在收到給料皮帶啟動信號后，進行翻車作業(yè)；同樣結(jié)束時，先停末端的堆料機皮帶，然后依次連鎖停止1級皮帶、2級皮帶、…n級皮帶、給料皮帶，工藝運行圖見圖1所示。

萬物都是有兩面性的，我們從不同的角度去觀察同一事物往往會得到前后截然相反的兩種結(jié)果，皮帶系統(tǒng)順向啟停的作業(yè)工藝同樣也存在利弊取舍的兩難選擇。利，因為正常的卸車流程中物料依次通過翻車機、給料皮帶、n級皮帶、n-1級皮帶、… 1級皮帶、懸臂皮帶，最終通過堆料機將物料運輸?shù)蕉褕?，通過順向啟動可以實現(xiàn)物料通過翻車機裝卸到皮帶上之前，所有參與運輸?shù)钠C都將處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。同樣，在最后一單位物料運送到堆場之前，所有參與運輸?shù)钠C也將都處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這樣將會大大降低在皮帶啟停過程中因某一條皮帶故障造成堵料的概率。弊，顯而易見此種啟停方法將會損失皮帶機空運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電能，皮帶級數(shù)越多、皮帶長度越長，所造成電能的浪費也將會越嚴重。

3 采用皮帶機逆啟逆停工藝，實現(xiàn)節(jié)能減排

我們先來對比一下兩種不同工藝的皮帶啟動方式。皮帶順啟動，從1級皮帶到n級皮帶，每條皮帶在系統(tǒng)啟動nt時間內(nèi)都將處于運行狀態(tài)，這是由順向啟動工藝特性決定的，無法更改。那么在這種啟動順序下，我們的1級皮帶就將有（n-1）t秒的時間沒有物料在其上進行運輸，也就是說整個系統(tǒng)啟動過程，1級皮帶將空載運轉(zhuǎn)（n-1）t秒的時間。同理，2級皮帶將空運轉(zhuǎn)（n-2）t秒，依此類推，整個系統(tǒng)空運轉(zhuǎn)時間和空運轉(zhuǎn)下所浪費的電能將會隨著皮帶級數(shù)的增多，皮帶驅(qū)動電機功率的增大也就是皮帶長度的增加，呈幾何倍數(shù)的增長。

而皮帶逆啟動與之相比又有什么不同呢？皮帶逆啟動，從n級皮帶到1級皮帶，由于啟動順序與物料運行順序相同。我們完全可以通過各種技術(shù)手段實現(xiàn)1級皮帶在n級皮帶啟動后第（n-1）t秒在啟動，2級皮帶在n級皮帶啟動后第（n-2）t秒在啟動，依此類推，我們理論上就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)啟動過程中啟動時間保持不變，而且沒有皮帶機處于空運轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而達到節(jié)能的目的。這也是由逆向啟動工藝特性決定的，也是我們要探究的逆向啟動工藝有利于節(jié)能的一面。當然皮帶系統(tǒng)逆啟逆停工藝也并不只有好的一面，這種工藝也存在很多的弊端。其中最主要的弊端包括，一是此種工藝需要對皮帶啟動間隔時間進行控制，在技術(shù)層面，這種控制在皮帶啟停常用的繼電器控制系統(tǒng)中存在很大的困難，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，其穩(wěn)定性也不高。二是加大了皮帶機系統(tǒng)堵料的風險。由于皮帶啟停的方向與物料運行方向是同向的，一旦在啟動過程中出現(xiàn)上一級皮帶因為某種故障沒能及時啟動，皮帶運動慣性的原因?qū)е孪乱患壠o法及時停止，在其上運輸?shù)奈锪蠈幸徊糠盅b卸到靜止皮帶上，造成堵斗。而且，隨后的重載起車也會造成電能的浪費。

然而伴隨科學技術(shù)的進步，PLC智能控制技術(shù)、先進的現(xiàn)場檢測技術(shù)和以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)被廣泛的應用在皮帶機控制系統(tǒng)當中。使得皮帶系統(tǒng)逆啟逆停工藝的實現(xiàn)變得更簡單、更可靠。

4 皮帶機逆啟逆停工藝的技術(shù)難點

4.1 皮帶機空載、重載判斷

皮帶機啟動前的空、重載狀態(tài)的判斷將是皮帶啟停系統(tǒng)采用順向、逆向啟停工藝的前提條件。然而，如何判斷靜止皮帶空、重載情況呢？我們舉例說明，當皮帶機高壓柜電流互感器測得電流值高于一定數(shù)值時，通過繼電器控制使PLC得到該皮帶機的重載信號并保持。如果這時皮帶機由于故障停機，程序中還保持在重載狀態(tài)，下面的流程啟動就是順向啟動；如果皮帶機是正?？蛰d停機，載信號自動消除，程序認定該皮帶機處在空載狀態(tài)，這時再啟動皮帶就是逆向啟動。

4.2 多PLC之間的網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸

由于PLC廣泛應用于港口裝卸生產(chǎn)中，每一個大型裝卸設備都由自身獨立的PLC進行控制，在我們常見的翻、皮、堆卸車系統(tǒng)中，就存在3個不同的PLC控制系統(tǒng)。如何實現(xiàn)3個不同PLC之間的網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸，是我們最終實現(xiàn)完整的皮帶逆啟停工藝的關(guān)鍵。下面我們以秦皇島港二分公司卸車控制系統(tǒng)為例，簡單介紹一下多PLC之間的網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)傳輸。3個PLC控制系統(tǒng)分別通過光纜或屏蔽雙絞線的MB+通訊電纜連接。

5 結(jié)語

作為物流運輸行業(yè)節(jié)能減排工作的主體，國家節(jié)能減排工作的最重要一環(huán)，中國港口人通過自己不懈的努力，已經(jīng)在港口管理、能源利用和技術(shù)創(chuàng)新等方面取得了一系列的成果，效果顯著。伴隨著節(jié)能減排工作的不斷深入，港口節(jié)能減排技術(shù)必將得到更廣泛的發(fā)展，這將對構(gòu)建“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”港口企業(yè)發(fā)揮支撐作用，并將對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起到強有力的促進作用。

參考文獻

[1] 劉善平.港口裝卸工藝[M].北京：人民交通出版社，2010：291-300.

[2] 王為術(shù).節(jié)能與節(jié)能技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2012：107-116.

[3] 顧海紅.港口輸送機械與集裝箱機械[M].北京：人民交通出版社，2010：200-208.

[4] 廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014：49-53.