分析卸船机智能化控制系统的构建

2021-11-20黄志平郭建军王博强

电子技术与软件工程 2021年19期

黄志平郭建军王博强

（国能常州发电有限公司江苏省常州市 213000）

如今，进行国内贸易的最主要的现代交通枢纽就是港口，各式各样的运输都离不开港口作为转运站，这也就为我国的自由贸易提供了机会，在促进我国经济不断发展的同时，对现代国际贸易生产和运输都具有重要的历史意义。通过对码头先进控制系统和管理技术进行分析，应用相关先进的控制系统和管理系统，从而促进卸船机智能化控制系统的构建。

1 工程概况

某有限公司卸煤码头布置两台功率为1600t/h的卸装机，每台现装机有各自的任务来开展相关的运输处理工作，并且主要有八大单元构成，分别是：起升、开闭、小车、俯仰、大车、料水、接料、司机室。电厂对码头进行相关的环境保护工作并且对#1进行相关改造工作，对机械料斗部分进行全部改造，可以增强其除尘能力，减少对环境的污染，并且采取智能化技术来对卸船机的智能控制系统进行全方位改造，以达到自动化的最终目的。提高一定的环保效力从而满足我国关于生态制定的有关规定，满足长江流域的环保要求。

2 智能化功能要求

卸船机控制系统在智能化上进行升级改造，能够更好的服务于国内的煤炭运输，在适应于环保改造要求的同时，通过建立一系列的智能化全自动卸船机系统，可以有效的防止操作失误的出现，保证设备的高效运行。

目前我国在卸船机发展上也在不断的进步，针对生产率较大的卸船机，不仅可以满足手动和半自动的操作要求，还可以进行全自动操作。有利于进行相关维护和避免产生恶劣问题的影响。在进行安装的同时，检测电气设备一定要做好监测工作，分析问题并及时的解决，避免出现因为外部问题而产生对卸船机的破坏现象。可以进行有效的开环控制，避免因为外界因素造成一个闭环控制，这样会导致人工的介入，不能实现系统的自动化，会造成常规不能全自动，需要在机制上及时进行补偿。如果出现了物料供给不均衡等问题，就可以通过设备感应与调整对物料进行晃动，从而实现均匀分布。

2.1 智能化功能

如今，随着我国科学技术的不断发展，卸船机的部分难点问题得到了有效的解决，促进工业传感器及通信信息的快速发展，为提高设备的自动化水平、安全性优化、工作效率，开展全自动化研发测试内容如下：

2.1.1 安装卸船机自动化系统

通过安装新的卸船机自动化系统实现自动化操作，并且可以进行抓斗放料的准确控制，避免因破坏空气质量而产生一些灰尘的污染。经过不断的实践测试和优化升级，从而实现根据不同情况而制定的卸船策略。

2.1.2 安装 3D 扫描进行船型及船舱物料扫描

随着我国科学技术的不断进步，可以通过安装扫描传感器系统来对船舱边缘以及物料进行扫描，从而可以精准的进行抓取点控制，减少劳动力成本并且防止发生碰撞事故。

2.1.3 安装高清摄像头捕捉抓斗轨迹，对抓斗实时跟踪

2.2 系统说明

2.2.1 3D自动扫描系统

抓斗式卸船机，需要采用过多的人工手段来对船舱的散装物料进行抓取工作。但是由于港口的工作环境较差，针对散装货物的堆积情况较难解决，为了提高相关的自动化水平以及工作能力，就需要采取相关的自动扫描系统来进行扫描工作，例如3D自动扫描系统可以对散装货物进行扫描工作。为了避免卸船的抓斗和舱口之间发生的冲撞问题，主要是通过采取扫描设备的防撞保护系统来进行保护工作，从而避免该类情况的发生。主要的工作原理是在司机室的底部安装3D扫描装置，该装置是由扫描装置和控制扫描系统组成的，通过相关线路进行电脑PSPC的连接，可以对相关货物进行传感信息，利用摄像头并且可以通过对摄像头角度的控制来进行全方位扫描，从而避免事故的发生。通过电脑和起重机进行数据交换，并且采用相关的线路进行连接网络，起重机PLC可以对电脑传输过来的信息进行及时的分析然后选取卸船的坐标，积极的完善对小车和大车的控制，每一步的循环促进了自动化卸船系统的逐步操作。并且在起重机PLC将被定位进行对电脑传输信息的处理，在相关的船舱内和矿石的外围进行信息扫描，从而作为船舱的边缘保护工作。

2.2.2 抓斗姿态检测系统

在抓斗高速工作的过程中，会出现一些摇摆和晃动现象。所以需要及时稳住抓斗的位置使用相关的姿态监测系统，准确的定位抓斗的位置和姿态。在一个稳定的基础上，控制抓斗姿态，并且避免倒斗与船舱发生碰撞。关于抓斗位置，要制定相关的合理方案，提供电源的合理位置，及时的对设备安全进行保护，降低系统的故障问题产生。

2.2.3 全自动功能说明

通过三维激光来进行扫描工作，尤其是抓取料时，卸船机的驾驶室下方需要进行激光器的扫描。通过该系统的完善和进步，可以及时的进行系统控制并且发出指令。通过高速的运转效果以及各个角度的分辨度逐点进行测量工作。关于测量的大量数据要通过相关软件在数据库进行储存，通过云数据采用特殊的算法进行相关信息的处理，通过对数据的转换位置和信息的描述，可以将这些信息准确的进行上层控制并且及时完成抓取工作。不过由于卸船机在工作中会释放一定的粉尘，可以采取特殊的算法防治粉尘对激光扫描的干扰。

2.2.4 防撞功能说明

采取防撞功能来防止卸船机之间产生碰撞问题，大车在运行过程中可进行激光的扫描，及时观测平面与平面之间的位置。从而使激光器开启防撞模式，及时进行减速，急停等功能。例如，有物体进入指定区域的时候，达到一定的数值，激光器就会发出信号来警告。

3 智能化系统构成部分

3.1 控制中心机柜

控制中心需安装网络机柜，以及光纤结构，为网络交换设备以及数字解码设备等等服务器提供信息传输与交换的系统化控制。并且交换机需要连接多台的卸船机控制系统就需要扩展更多的接口以及容量。

3.2 卸船机就地控制柜

通过对卸船机司机室内增加就地控制柜，可以使司机室进行所有信号的检测，并且能够操控控制柜。该地控制柜中有诸多的数据接口进行控制，这些接口控制器主要负责定位以信号和控制相关信号的功能，并且把相关信号通过网络通讯传至电气房数据服务器。

3.3 安全防护系统

通过利用雷达传感器准确进行信号传感，主要安装于卸船机的大车底部位置以及两侧，用于防止发生碰撞现象。为了避免发生事故，通过对卸船机大车的头部和尾部都增加一定的避障装置可以进行避让工作，一旦相关范围之内出现一些物体或障碍物，就会停止行走并且及时发出警报，上传相关镜头视频，只有通过上级指令传达才可以解除警报进行系统的继续执行。

3.4 抓斗的位置和姿态测量装置

在卸船机的船梁部分安装检测摄像头可以准确的抓捕卸船机运动的整个过程。通过高速相机快速捕捉抓斗运动过程，并且将相关数据传输于后台进行计算机的控制，并采用信息图像处理技术以及相关方式方法进行抓斗位置与姿态研究。针对扫描所得的几万张照片进行深度的分析，勘测是否在进行抓斗过程中偏离了路线，如果发生问题，要及时改进抓斗装置避免出现因为抓斗晃动而造成的偏离中心线的偏移行为。控制系统会及时的向闭环软件系统进行偏离信息反馈，并启动高精度的防摇系统，调整抓斗姿态与角度，减少晃动影响。另外再结合上文提到的三维扫描采集数据，进行数据之间的相互引用可以十分便利的形成一个完整的数据，从而防止在进行抓斗的工作过程中出现碰撞现象。

3.5 船舱实时扫描装置

主要安装于卸船机驾驶室的下部，通过对扫描仪和云计算来对传播进行有效的扫描，及时的进行相关数据的采集和上传，进行分析和整理，通过互联网将相关的船舱位置，数据和轮廓数据发送至相关服务器为卸船机的工作提供基础，更好的保证卸船机全自动控制的推进工作。在进行装置工作范围一定要大于50mm，拥有标准的扫描角度，分辨率有一定的控制。扫描误差一定要控制一个正确的标准之内，从而确保矫正功能的实现，在进行网络的输出测量数据过程中，环境因素的影响要降到最低。

3.6 视频监控系统

通过该项目来进行视频监控系统的实现过程中，一定要拥有一个良好的摄像头来进行服务，具有一定的前段数字和清洁，防震，防腐蚀的功能。推荐国产品牌华为、海康威视等都可以进行配套装置为一体来进行数字，使得高清摄像头装备。其中中控室需要你用视频网络矩阵来进行图像的储存工作，这些数据储存在司机室的时间不能少于14天，相关的视频要与系统控制机型分开。通过控制中心来实现视频工作台工作，结合相关的键盘来对重点计算机进行云台的控制，故障报警信号发生要及时的采取措施进行信息的传输工作。

3.7 卸船机远程云平台搭建

卸船机远程云平台的搭建工作融合了先进的云技术、信息高效传输与智能化诊断分析技术。在大量港口进行设备的安装，从而可以进行通讯，数据采集和数据分析等等。对这些设备需要专人管理，及时进行控制，从而做好设备的检修和养护工作。

如今利用5G技术与平台的服务器进行控制系统云平台搭建，采取互联网技术来进行设备的数据采集和分析。对于相关的载体众多，比如说可以通过手机APP客户端来显示组态画面和分析结果，及时方便的进行信息的推送，对相关的维护人员要进行培训工作，保证卸船机运行效果。

3.8 智能操作台

智能操作台主要安装于控制中心楼，来对全部的卸船机进行操作和管理工作，通过设置一定的控制装置，可以发送信号，及时的让卸船机停止工作。对卸船机主要进行全方位的总控工作，比如可以设置自动操作或人工操作。通过操作台来进行操作工作以及相关的图像管理工作，各个视频都可以通过网络键盘机型画面的分组显示和播放。通过设置三个液晶显示器可以有效的播放两个卸船机的工作画面，及时的开展记录工作进行分析。这两台显示画面，其中一个显示卸船机的所有状态，另一台主要是通过操作进行相关功能的操作过程，可以采取手动操作模式来驱动卸船机，工人可以通过控制操控盘来辅助智能化系统进行卸船机控制。