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【摘 要】 随着我国加入世贸组织后，我国与世界各国的贸易量越来越多，随之的货物运输急剧上升，其中大部分是通过港口装卸的，这就对港口的机械设备提出了更高的要求，怎样快速高效的作业就成了当务之急，本文分析了怎样提高设备的电气控制系统，希望帮助港口设备提高作业效率。港口设备有几百种，常用的有几十种，本文以其中的门座式起重机为例阐述其电控系统的发展应用。
【关键词】 港口设备；电气控制；研究发展
一、门座式起重机的工艺特点及电气设备配置要求
门座式起重机是港口码头前沿的主要装卸机械，一般由行走、变幅、旋转和起升四大机构组成。如有抓斗作业，则起升机构由两套对称的机构：支持和开闭组成，以完成抓斗的开合。为了维修方便，二套机构完全一致。其突出特点是：（1）可以根据需要换装各种索具，如吊钩，抓斗等满足各种作业要求（2）空间立体作业，机动，灵活，速度快，生产率高。门座式起重机的工艺特点决定对其配套的电气设备的要求：（a）操作频繁，每小时接通1×10次起升、制动为正常工作情况，要求电动机、变频器、开关、接触器等设备适应其要求。（b）露天作业，受灰尘、气候影响，工作环境恶劣。（c）三维作业随机性大，要求控制系统有多重完善的保护功能，故障远程操控与显示报警功能，远程监控功能等。
二、门座式起重机的电气传动系统
交流传动为门座式起重机的首选方案。因为当今的变频技术已发展到普及阶段，而且技术性能也具与直流传动的可比性，系统力能指标效率和功率因数又远高于直流系统，电网公害低，大型机械应用变频调速。我国港门机主要电气传动调速方式有：
1、交流绕线式异步电机转子串电阻调速。方案虽古老，但系统简单、直观、成本低，使用维修都方便，只要调节转子外串电阻的大小就可以使电动机获得不同的运转状态，且过载能力起动、力矩较大，因此对调速不高的装卸门座起重机至今仍在广为应用。2、交流异步电机变频调速。这是交流电机最完善的调速方式，速度可在整个调速范围内连续控制，调速平滑、精度高。有恒转矩和恒功率控制性能，对负载突变有极好响应。系统基波功率因数近于1.0，对前级电源的容量配置要求低，且谐波等电网公害小，力能指标远优于其他方式。在港口起重设备中对要求平滑启动的行走机构上应用的较多。但也有缺点，变频调速式门机电气控制相对复杂、前期投入略高，并且对设备维修人员技术水平有较高的要求。随着高口作业的的要求，变频调速以其较高的稳定性逐渐会成为港口设备电机调速的发展方向。
三、门座式起重机的电气控制系统
在较早的门座式起重机的电气控制系统只是采用了继电器控制，通过复杂的电气连线来实现简单的控制，由于其工作环境的特点，这种控制方式耐久性很差，系统不稳定，故障率很高，故障的查找非常困难，往往花费大量时间，严重地影响生产，造成了设备的工作效率低，随着港口装卸的效率要求逐渐增加，较老的设备控制已经影响了其工作进度。为了寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加可靠、更能适应经常变动的工艺条件，可编程控制器（PLC）被引进了港口设备的控制系统中。PLC取代继电器的控制，减少了线路工程，提高了自动化水平，大大提高了作业的效率。
1、PLC系统的主要特点有：
1.1、编程方法简单易学。梯形图是使用最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。校对形图语言形象直观，易学易懂。熟悉继电器电路图的电气技术人员只要略花时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
1.2、功能强，性能价格比高。一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，具有很强的功能，可以实现非常复杂的控制。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。
1.3、触点，可靠性高，抗干扰能力较强。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器，时间继电器。触点和接线一样多，难免接触不良，因此很容易出现故障，影响生产。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统的接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良的故障减少了很多，大大的提高了港口的装卸运行效率。可编程序控制器采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自远程操控、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障小时达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的起重机机房里。可编程序控制器以被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
2、门座式起重机的控制系统其核心是用PLC进行集中控制，以各机构变频控制进行各部分的分散控制，各变频控制与PLC之间通过总线或以太网线进行连接，實现控制命令和各机构状态的传送和接收。其主要原理为：司机操作主令控制器，PLC接到主令控制器的的信号后，对执行机构发布动作命令，执行机构开始按照PLC的命令进行动作，同时把各机构的运行状态反馈到PLC控制系统，以便PLC对机构运行状态进行监控及故障反馈信息报警，从而达到更精确、安全的控制过程。
四、控制系统中网络的应用
随着自动化系统的发展，网络的应用也成为了控制系统智能化标志性之一。如下图1所示为某型号门座式起重机控制系统的网络拓扑图：
主要元件有PLC系统、故障显示单元、各机构变频器、编码器等组成。PLC和故障显示单元通过SNP网络连接实现数据的交换；PLC与各机构变频器通过Profibus总线连接实现数据交换。各机构变频器、编码器通过Profibus总线连接实现数据共享。
本机应用网络系统，使各控制柜之间除去控制线的连接，用网络通信线替代电线，大大减少了柜间接线，节约了成本及现场接线工作量。同时网络的应用改变了模拟量仪表的数据不精确的现及不稳定的现状，实现了全数字化的结构，提高了工作的精度和准确性，更体现了自动化系统的智能性和方便性。检修及维护相对方便，系统如要改造、扩展也只需要针对相关机构进行，为用户根据需要决定最佳的规模组合和构成系统提供了最大的方便。
五、远程监控系统的应用
随着港口经济的发展，港口装卸设备也日益向大型化、高速化、自动化方向发展。应用集成信息技术和监控技术的现代远程监控系统，将显著改善目前港口装卸设备的监控状况，提高港口管理的现代化水平。远程监控系统是基于Web的远程对港口装卸作业机械设备的运行状态进行检测盒控制，实现由上而下的集中管理、分散控制，特别是能够通过互联网实现远程的检测。远程监控系统的应用将逐渐成为电气控制系统在港口装卸设备的发展方向。
如图2所示，港口设备中远程监控系统的方案布置图。各摄像系统对各机构进行摄像传输到电气室的中继装置、司机室内进行本地监控显示、电气室的中继装置进行各摄像系统的数据采集，并通过综合电缆把各摄像系统画面传到司机室进行监控，同时通过以太网线把摄像数据传输到远程监控发射装置，在中控室的远程监控接收装置通过无线接收到现场的摄像数据在中控室进行监控显示，实现了监控系统的远程监控。
六、结语
随着信息技术的不断发展，港口设备的远程操控技术也在不断地提高，伴随着计算机技术应用的范围日渐广泛，其现代电控系统的远程操控技术，也在促进设备维护与管理方面起着重要的作用。目前，国内港口码头都已开始或计划对港口装卸机械的进行自动化的升级，都希望能够融入这种技术改革的潮流，加大对电气控制系统的研发。使港口机械自动化作业能力提高，直接的影响就是效率提高、节约成本、降低能耗等多方面的优点，可以说也是港口机械的发展方向。
参考文献：
[1]许若平.论港口机械的使用与维护[J].中国水运（下半月），2012（12）.
[2]邓文胜.港口机械设备的故障远程操控与应对措施[J].硅谷，2012（15）.
[3]王秋.港口装卸设备远程监控系统[J].中国港湾建设，2008（5）.
【关键词】 港口设备；电气控制；研究发展
一、门座式起重机的工艺特点及电气设备配置要求
门座式起重机是港口码头前沿的主要装卸机械，一般由行走、变幅、旋转和起升四大机构组成。如有抓斗作业，则起升机构由两套对称的机构：支持和开闭组成，以完成抓斗的开合。为了维修方便，二套机构完全一致。其突出特点是：（1）可以根据需要换装各种索具，如吊钩，抓斗等满足各种作业要求（2）空间立体作业，机动，灵活，速度快，生产率高。门座式起重机的工艺特点决定对其配套的电气设备的要求：（a）操作频繁，每小时接通1×10次起升、制动为正常工作情况，要求电动机、变频器、开关、接触器等设备适应其要求。（b）露天作业，受灰尘、气候影响，工作环境恶劣。（c）三维作业随机性大，要求控制系统有多重完善的保护功能，故障远程操控与显示报警功能，远程监控功能等。
二、门座式起重机的电气传动系统
交流传动为门座式起重机的首选方案。因为当今的变频技术已发展到普及阶段，而且技术性能也具与直流传动的可比性，系统力能指标效率和功率因数又远高于直流系统，电网公害低，大型机械应用变频调速。我国港门机主要电气传动调速方式有：
1、交流绕线式异步电机转子串电阻调速。方案虽古老，但系统简单、直观、成本低，使用维修都方便，只要调节转子外串电阻的大小就可以使电动机获得不同的运转状态，且过载能力起动、力矩较大，因此对调速不高的装卸门座起重机至今仍在广为应用。2、交流异步电机变频调速。这是交流电机最完善的调速方式，速度可在整个调速范围内连续控制，调速平滑、精度高。有恒转矩和恒功率控制性能，对负载突变有极好响应。系统基波功率因数近于1.0，对前级电源的容量配置要求低，且谐波等电网公害小，力能指标远优于其他方式。在港口起重设备中对要求平滑启动的行走机构上应用的较多。但也有缺点，变频调速式门机电气控制相对复杂、前期投入略高，并且对设备维修人员技术水平有较高的要求。随着高口作业的的要求，变频调速以其较高的稳定性逐渐会成为港口设备电机调速的发展方向。
三、门座式起重机的电气控制系统
在较早的门座式起重机的电气控制系统只是采用了继电器控制，通过复杂的电气连线来实现简单的控制，由于其工作环境的特点，这种控制方式耐久性很差，系统不稳定，故障率很高，故障的查找非常困难，往往花费大量时间，严重地影响生产，造成了设备的工作效率低，随着港口装卸的效率要求逐渐增加，较老的设备控制已经影响了其工作进度。为了寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加可靠、更能适应经常变动的工艺条件，可编程控制器（PLC）被引进了港口设备的控制系统中。PLC取代继电器的控制，减少了线路工程，提高了自动化水平，大大提高了作业的效率。
1、PLC系统的主要特点有：
1.1、编程方法简单易学。梯形图是使用最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。校对形图语言形象直观，易学易懂。熟悉继电器电路图的电气技术人员只要略花时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
1.2、功能强，性能价格比高。一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，具有很强的功能，可以实现非常复杂的控制。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。
1.3、触点，可靠性高，抗干扰能力较强。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器，时间继电器。触点和接线一样多，难免接触不良，因此很容易出现故障，影响生产。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统的接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良的故障减少了很多，大大的提高了港口的装卸运行效率。可编程序控制器采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自远程操控、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障小时达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的起重机机房里。可编程序控制器以被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
2、门座式起重机的控制系统其核心是用PLC进行集中控制，以各机构变频控制进行各部分的分散控制，各变频控制与PLC之间通过总线或以太网线进行连接，實现控制命令和各机构状态的传送和接收。其主要原理为：司机操作主令控制器，PLC接到主令控制器的的信号后，对执行机构发布动作命令，执行机构开始按照PLC的命令进行动作，同时把各机构的运行状态反馈到PLC控制系统，以便PLC对机构运行状态进行监控及故障反馈信息报警，从而达到更精确、安全的控制过程。
四、控制系统中网络的应用
随着自动化系统的发展，网络的应用也成为了控制系统智能化标志性之一。如下图1所示为某型号门座式起重机控制系统的网络拓扑图：
主要元件有PLC系统、故障显示单元、各机构变频器、编码器等组成。PLC和故障显示单元通过SNP网络连接实现数据的交换；PLC与各机构变频器通过Profibus总线连接实现数据交换。各机构变频器、编码器通过Profibus总线连接实现数据共享。
本机应用网络系统，使各控制柜之间除去控制线的连接，用网络通信线替代电线，大大减少了柜间接线，节约了成本及现场接线工作量。同时网络的应用改变了模拟量仪表的数据不精确的现及不稳定的现状，实现了全数字化的结构，提高了工作的精度和准确性，更体现了自动化系统的智能性和方便性。检修及维护相对方便，系统如要改造、扩展也只需要针对相关机构进行，为用户根据需要决定最佳的规模组合和构成系统提供了最大的方便。
五、远程监控系统的应用
随着港口经济的发展，港口装卸设备也日益向大型化、高速化、自动化方向发展。应用集成信息技术和监控技术的现代远程监控系统，将显著改善目前港口装卸设备的监控状况，提高港口管理的现代化水平。远程监控系统是基于Web的远程对港口装卸作业机械设备的运行状态进行检测盒控制，实现由上而下的集中管理、分散控制，特别是能够通过互联网实现远程的检测。远程监控系统的应用将逐渐成为电气控制系统在港口装卸设备的发展方向。
如图2所示，港口设备中远程监控系统的方案布置图。各摄像系统对各机构进行摄像传输到电气室的中继装置、司机室内进行本地监控显示、电气室的中继装置进行各摄像系统的数据采集，并通过综合电缆把各摄像系统画面传到司机室进行监控，同时通过以太网线把摄像数据传输到远程监控发射装置，在中控室的远程监控接收装置通过无线接收到现场的摄像数据在中控室进行监控显示，实现了监控系统的远程监控。
六、结语
随着信息技术的不断发展，港口设备的远程操控技术也在不断地提高，伴随着计算机技术应用的范围日渐广泛，其现代电控系统的远程操控技术，也在促进设备维护与管理方面起着重要的作用。目前，国内港口码头都已开始或计划对港口装卸机械的进行自动化的升级，都希望能够融入这种技术改革的潮流，加大对电气控制系统的研发。使港口机械自动化作业能力提高，直接的影响就是效率提高、节约成本、降低能耗等多方面的优点，可以说也是港口机械的发展方向。
参考文献：
[1]许若平.论港口机械的使用与维护[J].中国水运（下半月），2012（12）.
[2]邓文胜.港口机械设备的故障远程操控与应对措施[J].硅谷，2012（15）.
[3]王秋.港口装卸设备远程监控系统[J].中国港湾建设，2008（5）.