港口设备电气自动化技术分析

曹端亮

国家能源集团黄骅港务公司 河北沧州 061113

港口运输效率直接受到港口自动化程度影响，为满足日益增长的进出口贸易量需要，如何进一步提升港口自动化程度已成为业界关注焦点，本文研究的港口设备电气自动化技术属于实现这一目标的关键。

1 港口设备电气自动化的意义和推行策略

1.1 港口设备电气自动化的意义分析

对于港口运输效率来说，港口设备的自动化程度及运行稳定性带来的影响极为深远。在我国港口设备建设过程中，很多港口在技术方面投入的资金并不大，这虽然一定程度上节约了成本，但同时也导致港口设备电气自动化水平逊色于发达国家。对于我国现阶段港口设备的更新和发展来说，提升电气自动化水平属于必须达成的目标，以此提升港口设备运行效率，进出口贸易量日益增长催生的相关需求方可顺利满足。为保证经济建设与发展中港口充分发挥自身作用，应关注电气自动化技术在港口设备中的应用，港口设备的效率和安全可由此更好得到保障，进出口贸易需求的满足也可同时获得有力支持，本文研究的现实意义可见一斑[1]。

1.2 推行港口设备电气自动化的策略

为扫平电气自动化技术在港口设备中的应用障碍，真正推行港口设备电气自动化，本文建议从四个方面入手开展相关探索。第一，转变建设观念。为保证电气自动化技术较好应用于港口设备的更新与改造，人力和资金的支持必不可缺，这样港口的安全性和运行效率方可得到保障，因此，相关单位必须一改传统观念，以往 “经济利益大于天” 的思想必须被舍弃，同时需要做到对长远利于和短期利益的正视。港口设备使用人员也需要认识到电气自动化的重要性、必要性及意义，以此提供人力、物力、精神、物质等方面的共同支持，即可有效推进港口电气自动化；第二，积极学习国内外先进港口经验。考虑到电气自动化技术在港口设备中的应用会涉及重点技术种类和技术难点，为及时改善和解决相关问题，国内外优秀现代化港口的建设经验必须充分学习，由此从港口设备电气自动化探索问题中吸取经验，即可在推行电气自动化技术的过程中规避同类问题；第三，引进先进的管理技术。电气自动化技术既广且杂，因此相关单位需强化与电气自动化企业间的联系，在推进港口设备电气自动化改造的过程中，还需要同时改善管理技术，以此将管理技术与电气自动化技术相结合，港口设备运行的安全性、稳定性、高效性即可更好得到保障；第四，提升相关人员专业技术水平。对于港口设备的正常运转来说，基层人员在其中发挥着关键性作用，因此电气自动化技术在港口设备中的应用必须重点培养和提升基层人员的技术能力，通过针对性强化，即可保证基层人员更好服务于港口设备电气自动化操作，港口设备电气自动化技术应用中的可行性保障、优势发挥也能够顺利实现，保证港口安全、稳定、高效运转[2]。

2 港口设备电气自动化技术的应用路径

对于港口设备电气自动化技术的应用来说，基于PLC 技术的相关探索近年来大量涌现，这是由于PLC 技术具备操作简单便捷、硬件优越性突出、性价比高、快速处理信息、智能化、自动化等优势，因此本节将结合PLC 技术从三方面简单探讨港口设备电气自动化技术的应用路径。

2.1 港口传送带运输机

对于港口大量布置的传送带运输机，可依托PLC 技术建设PLC 控制系统，以此实现电气自动化。传送带运输机中的PLC 控制系统需采用分布式控制结构，具体应由现场监测装置、现场控制装置、控制站组成，同时还需要结合实际需要设置集中控制器、工作人员操作装置、现场监控屏幕、服务器装置。一般情况下，根据现场监测装置传递的信息，控制站即可自动开展分析并发出信息至控制装置，集中控制器在这一过程中发挥协同作用，为PLC 控制系统和中央控制中心的数据通讯及交互共享（TCP/IP 协议下）提供服务。在PLC 技术的支持下，港口传送带运输机的自动化应用和远距离控制均可顺利实现，这种电气自动化探索能够保证无人状态下港口传送带运输机的平稳、安全运行，在节省人力的同时顺利完成货物传输任务。

2.2 港口散货智能堆场

对于散货港口堆场的吞吐能力直接决定了港口的吞吐能力。基于PLC 技术的电气自动化建设可实现散货堆场的智能化。黄骅港运营经验证明了基于PLC 的智能化堆场是可行的，也是很有意义的。堆场是港口生产的缓冲点，既要通过对堆料设备的合理利用，最大化满足卸车需求；同时要最大化挖掘取料设备的性能，尽快完成装船作业。智能堆场系统的目的是改变现有堆场单机的运行操作模式，实现堆场单机的安全自动作业。在系统设计时，需要优先明确系统细致功能需求以及系统总体结构。黄骅港智能堆场系统主要由7 个子系统构成：堆场定位系统、堆场模型系统、单机防碰撞系统、堆场管理系统、取料机自动控制系统、堆料机控制系统以及集控系统[3]。

2.3 港口集装箱桥式起重机

对于港口生产来说，集装箱桥式起重机的重要性极高，一般港口会在集装箱桥式起重机中设立装卸桥，港口集装箱运输可由此获得便利，集装箱运输效率也能够得到保障。为保证港口集装箱桥式起重机的安全稳定运行，电气自动化技术的应用需结合其工作性质，同时还需要关注其存在的较强系数数据交互能力。在PLC 技术的应用中，需充分利用其逻辑编程系统，以此实现数据交互的网络化，信息共享系统可同时依托PLC 技术形成，PLC 技术负责控制命令的提供，自动化技术需负责进行港口集装箱桥式起重机数据信息监测，由此建成的系统即可为运输传送效率提升、运行稳定性保障提供支持。结合不同机构的实际运行数据，PLC 技术可收集数据并以此为依据开展针对性的维护，基于PLC 技术的数据驱动、自我检测、故障警报、数据收集反馈等功能也可同时实现。在PLC 技术支持下，港口集装箱桥式起重机的故障发生几率降低和故障处理速度提升均可顺利实现。

3 港口设备电气自动化技术的应用实践

3.1 思路分析

传统的集装箱起重机往往在自动化方面存在欠缺，这种欠缺与传统设计理念和设计方法存在密切关联，因此本文结合电气自动化技术，从结构优化设计角度提出了新的港口设备电气自动化技术应用路径。对于港口自动化集装箱起重机来说，其由5 个主要设备组成，包括智能起重配装器、上/ 下平衡集装梁、自动化机械轴子、箱体称重机构，各设备均在装卸任务完成中发挥关键性作用。结合相关实践，本文将结合电气自动化技术优化智能起重配装器接入操作、上/ 下平衡集装梁受力分配、自动化机械轴子结构、箱体称重机构。

3.2 接入操作优化

接入操作优化需围绕智能起重配装器入手，基于装卸需求，该部件可实现对集装箱体质量的整体确定。同时能够对起重机压力分布比例进行科学设定，智能起重配装器连接状态直接影响受力分配，上/ 下平衡集装梁受到的影响极为深远，为提升其电气自动化性能，必须优化接入操作。在港口装卸货物的过程中，结合轮距设备数据传输机构，智能起重配装器可由此转换压力信息为特征参数，并向机械配置库传输特征参数，接入操作可由此完成。如机械配置库的连接需求能够由特征参数所满足，配装器中的压力信息即可由数据传输机构继续转换，而考虑到这一过程中可能出现的转换失败问题，为规避该问题，可降低10% 的压力上限值，以此进一步开展转换，直至机械配置库的接入要求能够由特征参数满足。通过上述方式优化接入操作，上/ 下平衡集装梁的受力分配即可更好获得智能起重配装器的支持[4]。

3.3 受力分配优化

受力分配优化需围绕上/ 下平衡集装梁展开，结合上文提及的相关优化，需从设计层面开展受力分配的分析。考虑到集装箱起重机装卸传输与上平衡集装梁构造相关，且上平衡集装梁在货物装卸过程中主要负责局部压力的缓解，因此需要存在舒展、平直的上平衡集装梁结构。结合实物进行分析可以发现，引绳连接处为上平衡梁中间的突起部分，该部分可为绳索连接提供辅助，如上平衡集装梁承载极限远高于装卸货物总质量远，引绳连接结构也可不单独设置。对于较大的装卸货物总质量，为避免箱体在装卸过程中的倾斜，可科学设立固定连接结构，具体位置为上平衡集装梁表面，数量为2 个，用于两端连接绳索和智能起重配装器的相关连接，根据箱体质量的不同，可针对性调节绳索长短，由此可保证始终存在处于额定限度下的上平衡集装梁承受承载力；分析下平衡集装梁可以发现，两片梁体挡板分别在两端设置，梁体挡板同时负责辅助平衡和预防平衡勾滑行。多个平衡勾设置于下平衡梁的正下端，以此强化传输铁索连接，具体需结合梁面长短针对性控制平衡勾的数量，在加设平衡勾、附着挡板、固定螺母支持下，对上/ 下平衡集装梁进行优化分配，实现平直状态的控制，设备运行效率即可得到保障。

3.4 结构优化

结构优化需围绕自动化机械轴子展开，在集装箱起重机顶部设置有自动化机械轴子，其作用效果直接受到上/ 下平衡集装梁存在的倾斜角度影响，因此自动化机械轴子结构的设定需要以处于平直状态的上/ 下平衡集装梁为前提。结合上文提及的受力分配结果，可实现自动化机械轴子内部结构的优化设置，货物下滑作用可同时规避。作为重要的连接结构，港口集装箱起重机中的自动化机械轴子需要适当固定各项起重操作，无需具备高强度物理压力承载能力。对于具备相对较轻物理承压能力的平型轴子来说，底部平面的平坦设计可保证机械轴子压力的分配均匀，避免相关损坏问题。对于具备防止货物下滑能力的中空型轴子来说，中空型轴子的侧平面与底部可直接穿过传输线索或铁索，装卸货物时的起重机可自由滑动于线索（或铁索）上，货物下滑问题可由此规避。自动化机械轴子的组成较为复杂，包括外固定结构、机械主轴、固定杆、机械空腔、稳定槽、自动滑块、机械连接轴、轴顶、轴顶帽体、前机械轴。轴顶保护结构为轴顶帽体，负责物理压力承载，自动滑块的自由移动可基于装卸作业进度控制，如存在过大的物理压力承载，明显下降的轴顶所在结构体会因此出现，而在机械空腔支持下，即可规避损坏问题，这源于机械空腔在可压缩能力方面具备的优势。

3.5 箱体称重机构优化

箱体称重机构相较于港口自动化集装箱起重机的核心执行单元，上文提及的自动化机械轴子、智能起重配装器等则属于不同硬件单元。对于具备数据统计、载重等功能的箱体称重机构来说，在保持不变的装卸货物质量前提下，基于集装箱称重情况，参数信息可通过智能起重配装器针对性反馈，这一过程中可确定载重数值，这里涉及的箱体称重机构属于典型的中介性结构，可用于同其他设备结构的连接，图1 为港口集装箱起重机整体框架图。

3.6 港口自动化集装箱起重机结构参数优化

为更好应用电气自动化技术，还需要针对性优化港口自动化集装箱起重机结构参数。对于港口集装箱起重机来说，结构参数带来的影响极为关键，因此必须对结构参数进行重点设置和调整，以此保证灵活装卸目标能够顺利实现，同时实现自动化程度提升。具体优化可结合基于多自由度的自动化设计方法，通过获取多自由度参数，进而针对性开展全局坐标系设置和约束计算，即可在ANSYS 软件支持下完成建模，最终可顺利实现相关参数的高精度获取，港口设备电气自动化技术的优势自然可更好发挥。具体优化需关注多自由度参数获取、全局坐标系建立、约束性参数耦合、参数化模型建立，模型需涉及平均装卸时间、装卸移动距离、水平全局系数、竖直全局系数等参数，以此更好为电气自动化技术应用奠定基础。

4 结语

综上所述，港口设备电气自动化技术的实用价值极高。在此基础上，本文研究的相关内容则为该技术的应用提供了现实路径，如港口集装箱桥式起重机、港口散货智能堆场等内容。为更好为港口设备提供服务，电气自动化技术的应用还需要进一步强化对现代港口大型化、智能化、自动化建设需求的研究，以此科学引入和利用物联网、云计算等新型技术，这属于笔者下一步的研究重点。