劉成龍 及朋成

（河北華電曹妃甸儲(chǔ)運(yùn)有限公司，河北唐山 063200）

0 引言

近年來，隨著我國海上貿(mào)易的繁榮發(fā)展，港口貨物吞吐量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，港口作業(yè)的質(zhì)量、效率、技術(shù)水平等方面也提出了更高要求。在此背景下，傳統(tǒng)時(shí)期人工化、半自動(dòng)化的作業(yè)模式、技術(shù)機(jī)制已經(jīng)無法滿足實(shí)踐需求，港口作業(yè)的現(xiàn)代化、自動(dòng)化與智能化改革勢(shì)在必行。所以，有必要從港口機(jī)械作業(yè)優(yōu)化的視角出發(fā)，對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)及其控制運(yùn)用展開研究探討。

1 港口機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制的運(yùn)用原理

在港口作業(yè)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)會(huì)在不同機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出差異化的運(yùn)用效果，但其基本運(yùn)用原理與底層控制邏輯是相對(duì)統(tǒng)一的。具體來講，可歸納為采集、處理、輸出、刷新4 個(gè)階段。

第一，采集階段。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的有效采集是港口機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)揮控制調(diào)節(jié)作用的前提和基礎(chǔ)。一方面，系統(tǒng)控制中心可通過機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的通信結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備各部位、各電機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行獲取，從而明確設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，系統(tǒng)控制中心還可通過溫度、影像、光學(xué)、掃描等多種傳感裝置對(duì)港口機(jī)械所處的工況環(huán)境做出感知。這樣一來，控制前港口作業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息便能全面輸入自動(dòng)化系統(tǒng)，為后續(xù)的控制行為提供指令條件與執(zhí)行依據(jù)。

第二，處理階段。在完成港口作業(yè)數(shù)據(jù)信息的采集獲取后，自動(dòng)化系統(tǒng)便會(huì)執(zhí)行多種處理程序，對(duì)工況環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)條件等進(jìn)行運(yùn)算分析。在此背景下，一方面，系統(tǒng)可以按照預(yù)設(shè)程序?qū)Ω劭跈C(jī)械的作業(yè)行為進(jìn)行自動(dòng)規(guī)劃；另一方面，也可以對(duì)機(jī)械設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)的達(dá)標(biāo)性進(jìn)行評(píng)估判斷。若有參數(shù)處在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間以外，則需要運(yùn)算具體的控制變化數(shù)值，并以此作為港口機(jī)械控制調(diào)整的輸出量。

第三，輸出階段。自動(dòng)化系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)信息的分析處理后，控制中心便會(huì)基于輸出量發(fā)出控制指令，從而通過驅(qū)動(dòng)設(shè)備電機(jī)、調(diào)節(jié)工作參數(shù)、切換作業(yè)模式等方式對(duì)港口機(jī)械實(shí)際的作業(yè)情況進(jìn)行控制。在此基礎(chǔ)上，若存在聯(lián)動(dòng)、告警等需求，控制中心還可向總控平臺(tái)、遠(yuǎn)程終端等發(fā)送數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)港口生產(chǎn)作業(yè)情況的有效反饋[1]。

第四，刷新階段。一個(gè)周期的控制流程運(yùn)行結(jié)束后，自動(dòng)化系統(tǒng)便可將輸出量或?qū)崪y(cè)量重新作為輸入量，并再次按照特定的程序邏輯、順序規(guī)則實(shí)施控制行為，循環(huán)運(yùn)行采集、處理、輸出、刷新等各個(gè)階段。如此一來，便能達(dá)到動(dòng)態(tài)化、精確化的技術(shù)運(yùn)用效果，并保證港口機(jī)械控制活動(dòng)始終與生產(chǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求相契合。

2 港口機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

將電氣自動(dòng)化技術(shù)及相關(guān)控制機(jī)制運(yùn)用到港口機(jī)械作業(yè)實(shí)踐中，主要可表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

第一，控制標(biāo)準(zhǔn)化。在港口作業(yè)領(lǐng)域，無論是各類機(jī)械設(shè)備的施工動(dòng)作、運(yùn)行參數(shù)，還是港口貨物的裝載時(shí)間、卸貨方位、堆垛安全距離等都有著相當(dāng)高的精確度、標(biāo)準(zhǔn)化要求。然而，人工化、半自動(dòng)化的機(jī)械控制模式難免存在一定波動(dòng)性，難以充分滿足實(shí)際作業(yè)要求。相比之下，自動(dòng)化系統(tǒng)具有程序控制、信息量化的特點(diǎn)，因此能保持高精度、高穩(wěn)定性的指令輸出與動(dòng)作執(zhí)行效果，實(shí)現(xiàn)港口機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化控制。第二，響應(yīng)及時(shí)化。在實(shí)際運(yùn)行過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)與各類傳感裝置、通信裝置建立持續(xù)協(xié)作關(guān)系，全程化、動(dòng)態(tài)化地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況、設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行采集與分析。所以，一旦出現(xiàn)工況變化或設(shè)備異常，自動(dòng)化系統(tǒng)能第一時(shí)間感知和定位，并隨即做出針對(duì)性的指令反饋與控制動(dòng)作。這樣一來，既能將港口作業(yè)的效率、質(zhì)量提升至較高水平，也能避免設(shè)備處在帶病運(yùn)轉(zhuǎn)、故障延伸的消極狀態(tài)中，從而有效防止港口生產(chǎn)事故的發(fā)生。第三，管控綜合化。在電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制的運(yùn)用背景下，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)港口機(jī)械的控制并不限于機(jī)械設(shè)備本身，還強(qiáng)調(diào)港口作業(yè)的整體協(xié)調(diào)與全面優(yōu)質(zhì)。例如，在實(shí)際運(yùn)行過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)可對(duì)上一環(huán)節(jié)的施工進(jìn)度、工況信息進(jìn)行采集分析，并據(jù)此對(duì)港口機(jī)械的運(yùn)行動(dòng)線、作業(yè)參數(shù)實(shí)施針對(duì)性的規(guī)劃調(diào)整。由此，港口作業(yè)體系中各環(huán)節(jié)的銜接流暢度將大幅提升，機(jī)械控制的效果也會(huì)更好。

3 港口機(jī)械電氣自動(dòng)化技術(shù)與控制的運(yùn)用表現(xiàn)

3.1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口機(jī)械裝卸控制中的運(yùn)用

在港口貨物的裝卸施工方面，電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠發(fā)揮出可觀的運(yùn)用效力。

首先，在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的支持下，自動(dòng)化系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的多種裝卸設(shè)備實(shí)施協(xié)調(diào)化、流程化控制，從而保證各裝卸環(huán)節(jié)的密切銜接、高效運(yùn)作。例如，在貨運(yùn)船舶進(jìn)入裝卸區(qū)域穩(wěn)定?？亢?，系統(tǒng)控制中心可通過GPS 定位器、現(xiàn)場(chǎng)影像傳感器對(duì)船舶位置進(jìn)行及時(shí)感知。在此基礎(chǔ)上，以采集到的空間信息為依據(jù)，控制多臺(tái)卸船機(jī)移動(dòng)到船舶貨艙處，并對(duì)船上貨物進(jìn)行卸貨處理。通過指令操控的方式引導(dǎo)卸船機(jī)將已卸貨物轉(zhuǎn)移至帶式傳送機(jī)上，從而將貨物運(yùn)送到駁船、運(yùn)輸車或陸地卸貨點(diǎn)?；谔囟ǖ膭?dòng)線、定位信息發(fā)出運(yùn)輸指令，引導(dǎo)海上運(yùn)輸工具或陸地運(yùn)輸工具將貨物轉(zhuǎn)移到堆場(chǎng)倉儲(chǔ)區(qū)域或用戶收貨地。一方面能保證卸貨作業(yè)有條不紊地運(yùn)行，從而避免人工作業(yè)可能導(dǎo)致的流程混亂、低效生產(chǎn)等問題；另一方面，基于自動(dòng)化系統(tǒng)控制中心的整體規(guī)劃、聯(lián)動(dòng)管控，各作業(yè)環(huán)節(jié)也不會(huì)出現(xiàn)信息不對(duì)等的情況，從而有效規(guī)避銜接、輸送等過程中的偏誤風(fēng)險(xiǎn)[2]。

其次，在港口機(jī)械的裝貨作業(yè)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)也能做到保質(zhì)量、保效率、保安全。一方面，在正式開展裝貨作業(yè)之前，自動(dòng)化系統(tǒng)可以通過采取各項(xiàng)定位數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)信息對(duì)裝貨流程、裝貨動(dòng)線形成清晰的規(guī)劃安排，并通過大數(shù)據(jù)算法保證流程結(jié)構(gòu)、動(dòng)線方案的最優(yōu)化。這樣一來，斗輪機(jī)、皮帶機(jī)、裝船機(jī)、起吊機(jī)等機(jī)械設(shè)備便能在高效、順暢的程序控制下完成裝貨作業(yè)任務(wù)；另一方面，與傳統(tǒng)人工控制模式相比，電氣自動(dòng)化技術(shù)的系統(tǒng)控制更具穩(wěn)定性與精確性。因此，機(jī)械設(shè)備在執(zhí)行吊裝、移動(dòng)、下放等貨物裝載動(dòng)作的過程中，能全程做到勻速、平穩(wěn)，既有助于保障港口作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、貨的安全性，也能將實(shí)際作業(yè)質(zhì)量維持在理想范圍內(nèi)[3]。

最后，在實(shí)施港口機(jī)械裝卸控制的過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3 個(gè)層次的監(jiān)控，分別為過程控制層、控制管理層和生產(chǎn)管理層。在此背景下，系統(tǒng)不僅能分析工況信息、發(fā)出控制指令、規(guī)范設(shè)備動(dòng)作，還能通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或智能物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)港口生產(chǎn)信息發(fā)送給管理計(jì)算機(jī)、主站服務(wù)器、監(jiān)控工作站、遠(yuǎn)程操作站、移動(dòng)終端設(shè)備等多個(gè)對(duì)象，并實(shí)現(xiàn)具體數(shù)據(jù)信息的圖形、報(bào)表等可視化呈現(xiàn)。相關(guān)工作人員便能對(duì)港口機(jī)械裝卸作業(yè)的實(shí)際情況充分掌握，并據(jù)此實(shí)施決策、調(diào)度、干預(yù)、檢修等后續(xù)工作。

3.2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口機(jī)械堆垛控制中的運(yùn)用

在港口作業(yè)領(lǐng)域，倉儲(chǔ)堆垛是十分重要的施工環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中，將電氣自動(dòng)化技術(shù)作為核心，實(shí)現(xiàn)傳感、測(cè)量、通信等多種技術(shù)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)用，達(dá)到規(guī)范化、理想化的機(jī)械作業(yè)控制效果。

首先，可將不同種類貨物的堆垛形式、堆垛要求輸入程序信息，并配以針對(duì)性的控制機(jī)制。通過視覺傳感器、編碼掃描儀等裝置采集到貨物種類信息，系統(tǒng)便可驅(qū)動(dòng)堆垛機(jī)械執(zhí)行高匹配度的作業(yè)行為。例如，在貨物運(yùn)至堆場(chǎng)后，系統(tǒng)若掃描識(shí)別貨物為角鋼、扁鋼等型鋼材料，可自動(dòng)控制堆垛機(jī)械將貨物堆垛為一字垛型。若掃描識(shí)別貨物為卷鋼板、盤圓等材料，則可自動(dòng)控制堆垛機(jī)將貨物堆垛為梯垛型[4]。

其次，港口貨物的堆垛間距存在諸多控制要求。例如，在同一堆場(chǎng)中，相鄰貨物堆垛之間的距離應(yīng)在0.5m以上。同時(shí)，若堆垛現(xiàn)場(chǎng)存在機(jī)械作業(yè)區(qū)、軌道設(shè)施等，貨物堆垛與機(jī)械、軌道等的間距應(yīng)控制在1.5m 以上。此外，貨物堆垛還應(yīng)與消防設(shè)施保持一定的安全距離，最小不應(yīng)低于1m。對(duì)此，若采取手動(dòng)測(cè)量、人工處理的堆垛間距控制方式，既難以做到精準(zhǔn)無誤，也不利于堆場(chǎng)空間的高效利用。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用背景下，自動(dòng)化系統(tǒng)一方面能依托機(jī)器人視覺技術(shù)與激光測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)貨物堆垛安全距離的精準(zhǔn)控制；另一方面，也能統(tǒng)籌分析場(chǎng)地面積、貨物堆垛數(shù)量、單體堆垛面積等多項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)港口貨物的堆場(chǎng)平面實(shí)施網(wǎng)格化分區(qū)處理，從而達(dá)到提高堆場(chǎng)空間資源利用率的目的。

最后，受惠于電氣自動(dòng)化技術(shù)的功能支持，堆垛機(jī)械還能建立變頻調(diào)速的控制機(jī)制，進(jìn)而在連續(xù)堆垛作業(yè)中實(shí)現(xiàn)“前后慢，中間快”的變速處理。既能保證貨物在移動(dòng)堆垛過程中的穩(wěn)定性、安全性，也能避免因運(yùn)行速度過快而出現(xiàn)的堆垛距離不精確問題，從而實(shí)現(xiàn)堆垛質(zhì)量與堆垛效率的同步提升[5]。

3.3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口機(jī)械故障處理中的運(yùn)用

將電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到港口機(jī)械故障處理中，對(duì)于保障港口生產(chǎn)安全與設(shè)備使用壽命具有重要意義。一方面，傳統(tǒng)時(shí)期的機(jī)械故障檢修行為大多開展在停機(jī)階段，既難以保證故障感知、故障處理的及時(shí)性，也難以判定故障或隱患發(fā)生的時(shí)間。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下，這種問題可以得到有效解決。在裝卸、運(yùn)輸、堆垛等港口機(jī)械的作業(yè)實(shí)踐過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并將其與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間進(jìn)行同步比對(duì)。在此前提下，一旦設(shè)備發(fā)生故障問題，或出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行、故障臨界運(yùn)行等情況，其運(yùn)行參數(shù)勢(shì)必出現(xiàn)異常變化。此時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)便能直接感知，并在發(fā)出調(diào)節(jié)、告警等指令的同時(shí)，對(duì)相關(guān)故障點(diǎn)位、故障時(shí)間、故障類型、變化數(shù)值等信息進(jìn)行記錄[6]。這樣一來，便可達(dá)到在線診斷、在線處理的效果，并為后續(xù)的檢修處理工作提供可靠依據(jù)。另一方面，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)港口機(jī)械故障問題的分析并不限于實(shí)際工況，還可做到趨勢(shì)分析、前瞻分析、模擬分析等。所以，通過運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，系統(tǒng)或人員還可對(duì)港口機(jī)械可能發(fā)生的變化趨勢(shì)、故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提前感知，從而做出預(yù)先性的控制行為，以降低機(jī)械運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，為機(jī)械設(shè)備作業(yè)質(zhì)量的提升與使用壽命的延長(zhǎng)提供切實(shí)保障[7]。

3.4 電氣自動(dòng)化技術(shù)在港口機(jī)械操作識(shí)別中的運(yùn)用

在港口機(jī)械作業(yè)中，要嚴(yán)格保證專人、專崗、專機(jī)。一旦出現(xiàn)越權(quán)操作、違規(guī)作業(yè)等情況，將對(duì)港口作業(yè)的安全性與穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。將電氣自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到港口機(jī)械的控制實(shí)踐中，能夠顯著增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)駕駛者、操控者的身份識(shí)別能力[8]。首先，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有港口生產(chǎn)作業(yè)的組織結(jié)構(gòu)與崗位體系，將人員身份、權(quán)限等級(jí)、設(shè)備編號(hào)等相關(guān)信息輸入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，從而夯實(shí)港口機(jī)械操作識(shí)別的控制基礎(chǔ)。其次，建立射頻卡片識(shí)別、人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、密碼識(shí)別等識(shí)別機(jī)制，并做好相關(guān)軟硬件設(shè)施的配置工作。最后，編制自動(dòng)化的身份識(shí)別與權(quán)限認(rèn)證程序，并實(shí)現(xiàn)控制中心、數(shù)據(jù)庫與識(shí)別模塊的連通。當(dāng)人員進(jìn)入機(jī)械設(shè)備駕駛艙或后臺(tái)控制區(qū)，并申請(qǐng)執(zhí)行設(shè)備控制動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)便可通過射頻識(shí)別器、人臉識(shí)別裝置等對(duì)人員信息進(jìn)行采集分析。若人員身份合格，則港口機(jī)械可順利開放操控權(quán)限。反之，若人員身份比對(duì)不正確，系統(tǒng)將不予啟動(dòng)。通過這樣的方式能夠保證港口機(jī)械操控的專業(yè)性和合規(guī)性，進(jìn)而從主體角度保證機(jī)械作業(yè)的落實(shí)質(zhì)量[9]。

4 結(jié)論

將電氣自動(dòng)化技術(shù)及其控制機(jī)制運(yùn)用到港口機(jī)械作業(yè)當(dāng)中，能夠促進(jìn)作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)效率、作業(yè)安全等多方面的同步提升。在相關(guān)實(shí)踐中，基于電氣自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)械控制系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)工況、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行充分感知，并結(jié)合預(yù)設(shè)程序、控制邏輯規(guī)劃出標(biāo)準(zhǔn)化的控制決策。由此，便能對(duì)港口機(jī)械實(shí)施自動(dòng)化、精確化的控制調(diào)節(jié)，將整體作業(yè)效果維持在較高水平。