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[摘 要]近几年来，随着信息化的发展，各行业在工作中逐渐实现了以自动化、智能化控制为主的新型工作流程和工作模式。港口散货装卸设备作为目前水路运输系统中最值得我们关注和重视的一环，也是目前工作中最受人们欢迎和青睐的一种新型的结构工作流程和工作体系。本文就某港口全自动散货装卸设备的研究与应用进行了分析，提出了相关工作要点，以供同行工作参考。
[关键词]港口 散货装备 自动控制 装卸设备
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0054-02
目前的社会发展中，随着计算机技术、微机技术、智能技术和自动化技术的不断完善与优化，以综合性工程体系为主的新型建筑物和基础设施结构模式越来越受到人们的关注与重视，已成为目前整个工程项目中不可缺少的一部分和关键环节。尤其是以货运港口为主的货物流通港口工作中，实现PLC为基础的智能化可编程控制已成为实现港口自动化大型装卸设备现代化控制的关键。ControlLogix PLC＼作为目前港口工作中最为常见的一项，也是保障其煤炭运输系统正常持续发展的关键所在和工作流程。
一、ControlLogix PLC控制系统概述
ControlLogix PLC操作系统是一项十分简单且性能卓越的控制软件之一，可以说是目前业内诸多控制系统中的典范。在目前的港口工作中，由于其主要是以現代化的专业输送港口为基础的一种工作体系和工作流程，因此在目前的各种装卸系统中都是以翻车机、堆料机和都轮取料机等多种系统共同组成的，这也是目前现代化港口的重要组成部分和工作模式。
ControlLogix PLC是一个集先进的控制平台与智能控制体系为一体的综合性质量模式和管理流程，这也是现代化社会发展中的核心工作流程和工作理念。这种技术控制平台是以顺序控制、运动控制、过程控制等多种控制体系和控制技术于一身的综合性管理策略和控制模式，其在应用的过程中最大的特点就是可以实现网络相互连接，从而实现了各种那个信息之间的相互转变与优化，同时也促使了港口在工作中实现了自动化、智能化控制流程和控制模式。
ControlLogix PLC与传统的智能控制体系相比较较有着极为明显的优势，也是目前整个工程项目中受到人们关注最多的一种控制结构体系，其在应用中是一种任意尺寸上进行优化和改进，从而使得整个港口这项要求都能够达到工作预计标准和工作流程。其在目前的应用中与传统的控制体系相比较存在着极大的优势，主要有以下几个方面：
1、无连接
在港口工程中，这种系统的采用是一种无需要大量网线进行链接的过程，而且直接可以在工作中进行相互连接和相互管理，从而实现一体化控制和管理要求。同时这种控制器在应用的过程中兼容性和信息传递速度尤快，极容易在工作中形成全面系统的工作流程和管理控制模式，从而实现综合化的管理控制。
2、速度快
ControlLogix PLC控制系统在应用的过程中是一个信息传递速度超快的工作模式，其在结构背板上提供出数据传输的高速传输总线，从而使得各项数据都实现了全面系统的传输与完善，从而保证了传输流程和效率。
3、可组态
可根据工业生产的需要增减控制器和通信模板的个数，可在1个机架内使用多个控制器。
4、工业化
ControlLogix提供了高强度平台，可耐受振动、高温及各种工业环境下的电气干扰。除此之外，其结构紧凑，可有效减少配电盘的空间；可无须控制器而在网络间实现桥接；多个控制器、I/O模板及通信模扳可任意组合。此外，可带电拔插1个模块而无需断开系统的其他模块，并提供可拆卸接线端子排，使用方便，易于维护。Control2Logix系统采用RSLogix5000编程软件，能运行于WindowsNT32b操作系统下，性能优越；提供了可靠的通信功能及诊断特性，具有通用的用户界面和特性设置；配有灵活、易操作的编辑器，可点击进行I/O组态。该系统采用RSView32中文监控软件，中文显示，修改方便，易于操作。
二、ControlLogix系统组成
ControlLogix控制系统以微处理器为核心，把进的控制技术、通讯技术、计算机技术、CRT技术与现场仪表有机地结合起来，实现对生产过程的集中监视、集中操作和分散控制，为生产提供了强有力的保证。由于该系统的内存量、控制器个数和网络类型可以根据具体应用来选择，所以相对于其他可编程控制系统而言，其结构更加灵活，使用更为方便。我港装卸设备采用的ControlLogix控制系统结构。
Logix5550控制器—ControlLogix系统的核心，其处理速度为0.08ms/k指令，标准内存配置为160kB，可扩展至2MB，1个Logix5550控制器支持12800个离散的或4000个模拟的I/O点，符合IEC1131-1的操作系统提供多任务环境，最多可支持32个任务，其中31个时间片可由用户设定，支持长文件、变量名。Logix5550以微处理器为核心，采用了先进的过程控制技术、通讯技术、计算机技术，负责对生产过程进行检测和控制，是数据采集、过程控制部分。通过组态和编程，具有丰富的运动控制功能、顺序控制功能、传动及过程控制功能、运算功能，可直接采集来自现场的各类工艺过程数据，经处理、运算后，将检测信号送至操作站进行监视，将控制信号送至现场。具有可靠性高，扫描处理速率高等特点，并具有自诊断功能。上位机（RSView32）是操作人员和ControlLogix系统的人机接口，能够对大范围的生产过程进行监视和操作，同时，还能够对收集到的信息加工处理和保存，对工艺参数进行实时显示和报警，实现对生产的集中监视、集中操作、集中显示、集中处理，具有数据处理、历史数据保存、报警显示及打印、报表生成、多种显示及对控制回路实施操作等功能，方便对生产的控制和管理。主机架是控制站的核心部分，主要由控制器（Logix5550）、电源模块、通讯模块（CNBR）、输入/输出模块（I/O）等组成。扩展机架（Power）由各种信号输入/输出模件组成，这些模件主要包括模拟量输入/输出模块、高速计数模块、220VAC开关量输入/输出模块以及通信模块。以太网（Ethernet）使用标准的“简单网络管理协议（SNMP）”，利用以太网处理器内置的通信能力，使用以太网和标准指令可获得高性能的对等通信。基于Windows95/NT操作系统的主计算机，通过RSlinx软件，其应用程序可直接在以太网处理器之间建立通信；使用RSLogix5000编程软件对处理器控制程序进行远程编程、调试；用RSView32人机界面软件进行综合数据采集和信息管理。 控制网主要实现控制器、输入/输出模块以及（上位机）间的通讯，是联系上位机和下位机的桥梁。ControlNet建立在开放性网络技术的革新方案Producer/Consumer方式上，该方式允许网上所有节点同时读取一个数据源同样的数据，因而具有较高的吞吐量，而多点传送通讯能力使许多控制器可以分享输入数据和对传互锁数据，以达到更好的性能，并减少编程的需求。采用A、B两根通讯线为系统提供了冗余度，提高了系统的可靠性，在1根通讯线出现故障的情况下可自动切换到另1根，正常情况下，总是只有1根处于工作状态。
通信模块（CNBR）是联系机架与系统的纽带，可用于系统间数字量、模拟量的数据传递与交换。通信模块支持开放式网络，如Etherner，ControlNet和Devi2ceNet，也支持A-B公司的DH+网和RIO网。
三、某港口智能装卸设备的特点
某港口是我国较大的港口之一，它的设备是通过采用远距离物料轮廓的检测为主，以计算机网络技术、自动化控制技术和智能辅助技术为综合的一种全面决策体系。这种体系的应用实现了港口作业的高效、快速、便捷流通，同时也形成了以自动装卸和堆场作业为一体的综合性工作模式和工作流程。
该港口就近几年的发展趋势分析，其平均以每年13.5%的發展趋势迅速扩张，预计在为而来的几年时间里，这种趋势还会持续上涨。其干散货的比重已经超过了全国的四成以上，因此其发展前景尤为可观。但是究目前的港口装卸设备的应用分析，其中还是较多的采用了人工操作的装卸设备，这种装卸设备的应用安全与工作效率完全取决于工作人员的工作经验和熟练度，同时也在工作中为了达到更加科学和高效的工作要求，通常都是采用了半自动控制功能下的装卸设备，这些设备的应用主要是采用了多种控制体系综合形成和探索，也是整个工程项目中最值得我们关注和研究的以一部分。
四、港口主要自动化装备
4.1由于船舱内物料的变化以及涨落潮的影响，船身会产生倾斜或上浮，这时采用半自动方式卸船就存在抓斗撞船的危险；（2）由于舱内散货物料分布的不规则，为了尽量达到满斗，避免空抓、少抓及埋斗等现象，司机在启动自动循环时，仍然需要手动设定下一个循环船舱上方的返回点，自动操作和司机手动调整很难协调。
全自动散货抓斗卸船机在现有手动和半自动卸船功能的基础上，增加船舱及物料扫描设备，即目标位置扫描系统（以下简称TPS），实现船舱位置和物料分布的自动检测，完全取代司机的手动设置和操作，实现整舱的连续自动卸船功能，提高了作业效率和安全性能。在卸船机自动化方案中，利用TPS传感器实现船舱位置检测、物料分布检测和返程点检测3个主要功能。在司机室平台前方安装TPS，卸船作业时，司机室首先运行到作业船舱的中心上方，此时TPS扫描窗正对水面，扫描范围覆盖整个作业船舱。全自动散货抓斗卸船机利用激光测距检测技术，实现了多目标自动检测与识别：自动识别船舶所在的位置、船舱的位置、舱口和舱底的高度。以及船舱内的物料种类及其分布情况。
4.2全自动散货装船机
目前装船作业均采用人工操作方式，装船作业范围及装船机各机构运动均由司机通过操作台控制。当前装船工艺主要问题是装船机的司机室位于臂架正上方，在作业过程中视线被挡，司机无法观测到溜筒的落料情况及臂架正下方的物料分布情况，难以观测到船体倾斜情况，难以准确定位溜筒。因此在散货装船作业时，需在船上另设1名观测人员，与司机配合实现装船作业。全自动散货装船机具有船舱检测功能、流量检测功能、物料检测功能和视频监视功能，可面向不同的船型和连续作业时货物的物料面，自动、高效地规划装船路径，还能减少物料转接点的扬尘、振动和噪声，确保装船作业均匀平稳地完成，实现了散货自动装船的目标。
自动装船系统工作流程如下：
（1）司机启动激光雷达自动检测系统后，激光雷达系统对船舱进行扫描，进行边缘辨识，计算出舱口尺寸和位置，与码头中央控制室的装船任务中船舶数据进行比对，经人工确认数据正确；
（2）自动检测系统扫描船舱内料堆，取得堆形数据，司机设定一系列放料点后，启动自动装船。
4.3全自动斗轮堆取料机
安装在斗轮机顶部的TPS系统作为检测装置，对堆场的料堆进行实时扫描、三维重建并计算料堆参数，控制斗轮机进行自动堆取料作业。TPS的安装位置位于堆取料机竖梁顶部中央。与悬臂对齐。TPS安装在角度可调节的支架上，通过拉杆调节安装角度。支架通过铰链或焊接同定在堆取料机竖梁顶部中央，扫描窗口对准悬臂，并与水平方向成一定倾角。在竖梁顶部设置检修平台，供调试和检修使用。
五、关键技术
5.1轮廓检测技术
港口散货装卸作业中，作业料堆的堆形分布、最大高度、最小高度等都需要进行实时监视，经过一定规则的计算来确定后续作业的工作参数。利用直尺等常规测量工具，都无法实现不规则的料堆的高度、体积等参数的测量。目前。这些数据由司机肉眼观测估计，或通过安装摄像机来辅助观察，但人工观测结果会受到司机经验、情绪、天气等多方面因素干扰，精度难以保证，司机稍有疏忽或计量精度失控，就很容易产生沉船、翻船、舱壁（底）损毁、堆场地面损坏等事故。
5.2 TPS对作业区域内的物料进行船体横向的二维扫描，获得物料表面轮廓的数据，经过数据预处理后，可以得到物料的二维轮廓曲线。大车移动一段距离后，可进行下一个料堆横向剖面的扫描，得到另一条二维轮廓曲线。将1个船舱内的多条横向轮廓曲线进行三维重构后，可以得到料堆的三维轮廓曲面。将此曲面以图形的方式显示在司机室的显示屏上，司机可以根据物料的分布情况选择合适的卸船策略。
结束语
在目前的社会发展中，各个港口为了适应散货装卸设备的专业化、高效化、实用化、安全化的发展趋势，不断的引进国内外各种先进技术体系，从而以自动化、信息化和智能化为基础对于码头散货的装卸设备进行优化与改进，以此来提高港口的工作效率和市场竞争力，保障其快速平稳的发展。
[关键词]港口 散货装备 自动控制 装卸设备
中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0054-02
目前的社会发展中，随着计算机技术、微机技术、智能技术和自动化技术的不断完善与优化，以综合性工程体系为主的新型建筑物和基础设施结构模式越来越受到人们的关注与重视，已成为目前整个工程项目中不可缺少的一部分和关键环节。尤其是以货运港口为主的货物流通港口工作中，实现PLC为基础的智能化可编程控制已成为实现港口自动化大型装卸设备现代化控制的关键。ControlLogix PLC＼作为目前港口工作中最为常见的一项，也是保障其煤炭运输系统正常持续发展的关键所在和工作流程。
一、ControlLogix PLC控制系统概述
ControlLogix PLC操作系统是一项十分简单且性能卓越的控制软件之一，可以说是目前业内诸多控制系统中的典范。在目前的港口工作中，由于其主要是以現代化的专业输送港口为基础的一种工作体系和工作流程，因此在目前的各种装卸系统中都是以翻车机、堆料机和都轮取料机等多种系统共同组成的，这也是目前现代化港口的重要组成部分和工作模式。
ControlLogix PLC是一个集先进的控制平台与智能控制体系为一体的综合性质量模式和管理流程，这也是现代化社会发展中的核心工作流程和工作理念。这种技术控制平台是以顺序控制、运动控制、过程控制等多种控制体系和控制技术于一身的综合性管理策略和控制模式，其在应用的过程中最大的特点就是可以实现网络相互连接，从而实现了各种那个信息之间的相互转变与优化，同时也促使了港口在工作中实现了自动化、智能化控制流程和控制模式。
ControlLogix PLC与传统的智能控制体系相比较较有着极为明显的优势，也是目前整个工程项目中受到人们关注最多的一种控制结构体系，其在应用中是一种任意尺寸上进行优化和改进，从而使得整个港口这项要求都能够达到工作预计标准和工作流程。其在目前的应用中与传统的控制体系相比较存在着极大的优势，主要有以下几个方面：
1、无连接
在港口工程中，这种系统的采用是一种无需要大量网线进行链接的过程，而且直接可以在工作中进行相互连接和相互管理，从而实现一体化控制和管理要求。同时这种控制器在应用的过程中兼容性和信息传递速度尤快，极容易在工作中形成全面系统的工作流程和管理控制模式，从而实现综合化的管理控制。
2、速度快
ControlLogix PLC控制系统在应用的过程中是一个信息传递速度超快的工作模式，其在结构背板上提供出数据传输的高速传输总线，从而使得各项数据都实现了全面系统的传输与完善，从而保证了传输流程和效率。
3、可组态
可根据工业生产的需要增减控制器和通信模板的个数，可在1个机架内使用多个控制器。
4、工业化
ControlLogix提供了高强度平台，可耐受振动、高温及各种工业环境下的电气干扰。除此之外，其结构紧凑，可有效减少配电盘的空间；可无须控制器而在网络间实现桥接；多个控制器、I/O模板及通信模扳可任意组合。此外，可带电拔插1个模块而无需断开系统的其他模块，并提供可拆卸接线端子排，使用方便，易于维护。Control2Logix系统采用RSLogix5000编程软件，能运行于WindowsNT32b操作系统下，性能优越；提供了可靠的通信功能及诊断特性，具有通用的用户界面和特性设置；配有灵活、易操作的编辑器，可点击进行I/O组态。该系统采用RSView32中文监控软件，中文显示，修改方便，易于操作。
二、ControlLogix系统组成
ControlLogix控制系统以微处理器为核心，把进的控制技术、通讯技术、计算机技术、CRT技术与现场仪表有机地结合起来，实现对生产过程的集中监视、集中操作和分散控制，为生产提供了强有力的保证。由于该系统的内存量、控制器个数和网络类型可以根据具体应用来选择，所以相对于其他可编程控制系统而言，其结构更加灵活，使用更为方便。我港装卸设备采用的ControlLogix控制系统结构。
Logix5550控制器—ControlLogix系统的核心，其处理速度为0.08ms/k指令，标准内存配置为160kB，可扩展至2MB，1个Logix5550控制器支持12800个离散的或4000个模拟的I/O点，符合IEC1131-1的操作系统提供多任务环境，最多可支持32个任务，其中31个时间片可由用户设定，支持长文件、变量名。Logix5550以微处理器为核心，采用了先进的过程控制技术、通讯技术、计算机技术，负责对生产过程进行检测和控制，是数据采集、过程控制部分。通过组态和编程，具有丰富的运动控制功能、顺序控制功能、传动及过程控制功能、运算功能，可直接采集来自现场的各类工艺过程数据，经处理、运算后，将检测信号送至操作站进行监视，将控制信号送至现场。具有可靠性高，扫描处理速率高等特点，并具有自诊断功能。上位机（RSView32）是操作人员和ControlLogix系统的人机接口，能够对大范围的生产过程进行监视和操作，同时，还能够对收集到的信息加工处理和保存，对工艺参数进行实时显示和报警，实现对生产的集中监视、集中操作、集中显示、集中处理，具有数据处理、历史数据保存、报警显示及打印、报表生成、多种显示及对控制回路实施操作等功能，方便对生产的控制和管理。主机架是控制站的核心部分，主要由控制器（Logix5550）、电源模块、通讯模块（CNBR）、输入/输出模块（I/O）等组成。扩展机架（Power）由各种信号输入/输出模件组成，这些模件主要包括模拟量输入/输出模块、高速计数模块、220VAC开关量输入/输出模块以及通信模块。以太网（Ethernet）使用标准的“简单网络管理协议（SNMP）”，利用以太网处理器内置的通信能力，使用以太网和标准指令可获得高性能的对等通信。基于Windows95/NT操作系统的主计算机，通过RSlinx软件，其应用程序可直接在以太网处理器之间建立通信；使用RSLogix5000编程软件对处理器控制程序进行远程编程、调试；用RSView32人机界面软件进行综合数据采集和信息管理。 控制网主要实现控制器、输入/输出模块以及（上位机）间的通讯，是联系上位机和下位机的桥梁。ControlNet建立在开放性网络技术的革新方案Producer/Consumer方式上，该方式允许网上所有节点同时读取一个数据源同样的数据，因而具有较高的吞吐量，而多点传送通讯能力使许多控制器可以分享输入数据和对传互锁数据，以达到更好的性能，并减少编程的需求。采用A、B两根通讯线为系统提供了冗余度，提高了系统的可靠性，在1根通讯线出现故障的情况下可自动切换到另1根，正常情况下，总是只有1根处于工作状态。
通信模块（CNBR）是联系机架与系统的纽带，可用于系统间数字量、模拟量的数据传递与交换。通信模块支持开放式网络，如Etherner，ControlNet和Devi2ceNet，也支持A-B公司的DH+网和RIO网。
三、某港口智能装卸设备的特点
某港口是我国较大的港口之一，它的设备是通过采用远距离物料轮廓的检测为主，以计算机网络技术、自动化控制技术和智能辅助技术为综合的一种全面决策体系。这种体系的应用实现了港口作业的高效、快速、便捷流通，同时也形成了以自动装卸和堆场作业为一体的综合性工作模式和工作流程。
该港口就近几年的发展趋势分析，其平均以每年13.5%的發展趋势迅速扩张，预计在为而来的几年时间里，这种趋势还会持续上涨。其干散货的比重已经超过了全国的四成以上，因此其发展前景尤为可观。但是究目前的港口装卸设备的应用分析，其中还是较多的采用了人工操作的装卸设备，这种装卸设备的应用安全与工作效率完全取决于工作人员的工作经验和熟练度，同时也在工作中为了达到更加科学和高效的工作要求，通常都是采用了半自动控制功能下的装卸设备，这些设备的应用主要是采用了多种控制体系综合形成和探索，也是整个工程项目中最值得我们关注和研究的以一部分。
四、港口主要自动化装备
4.1由于船舱内物料的变化以及涨落潮的影响，船身会产生倾斜或上浮，这时采用半自动方式卸船就存在抓斗撞船的危险；（2）由于舱内散货物料分布的不规则，为了尽量达到满斗，避免空抓、少抓及埋斗等现象，司机在启动自动循环时，仍然需要手动设定下一个循环船舱上方的返回点，自动操作和司机手动调整很难协调。
全自动散货抓斗卸船机在现有手动和半自动卸船功能的基础上，增加船舱及物料扫描设备，即目标位置扫描系统（以下简称TPS），实现船舱位置和物料分布的自动检测，完全取代司机的手动设置和操作，实现整舱的连续自动卸船功能，提高了作业效率和安全性能。在卸船机自动化方案中，利用TPS传感器实现船舱位置检测、物料分布检测和返程点检测3个主要功能。在司机室平台前方安装TPS，卸船作业时，司机室首先运行到作业船舱的中心上方，此时TPS扫描窗正对水面，扫描范围覆盖整个作业船舱。全自动散货抓斗卸船机利用激光测距检测技术，实现了多目标自动检测与识别：自动识别船舶所在的位置、船舱的位置、舱口和舱底的高度。以及船舱内的物料种类及其分布情况。
4.2全自动散货装船机
目前装船作业均采用人工操作方式，装船作业范围及装船机各机构运动均由司机通过操作台控制。当前装船工艺主要问题是装船机的司机室位于臂架正上方，在作业过程中视线被挡，司机无法观测到溜筒的落料情况及臂架正下方的物料分布情况，难以观测到船体倾斜情况，难以准确定位溜筒。因此在散货装船作业时，需在船上另设1名观测人员，与司机配合实现装船作业。全自动散货装船机具有船舱检测功能、流量检测功能、物料检测功能和视频监视功能，可面向不同的船型和连续作业时货物的物料面，自动、高效地规划装船路径，还能减少物料转接点的扬尘、振动和噪声，确保装船作业均匀平稳地完成，实现了散货自动装船的目标。
自动装船系统工作流程如下：
（1）司机启动激光雷达自动检测系统后，激光雷达系统对船舱进行扫描，进行边缘辨识，计算出舱口尺寸和位置，与码头中央控制室的装船任务中船舶数据进行比对，经人工确认数据正确；
（2）自动检测系统扫描船舱内料堆，取得堆形数据，司机设定一系列放料点后，启动自动装船。
4.3全自动斗轮堆取料机
安装在斗轮机顶部的TPS系统作为检测装置，对堆场的料堆进行实时扫描、三维重建并计算料堆参数，控制斗轮机进行自动堆取料作业。TPS的安装位置位于堆取料机竖梁顶部中央。与悬臂对齐。TPS安装在角度可调节的支架上，通过拉杆调节安装角度。支架通过铰链或焊接同定在堆取料机竖梁顶部中央，扫描窗口对准悬臂，并与水平方向成一定倾角。在竖梁顶部设置检修平台，供调试和检修使用。
五、关键技术
5.1轮廓检测技术
港口散货装卸作业中，作业料堆的堆形分布、最大高度、最小高度等都需要进行实时监视，经过一定规则的计算来确定后续作业的工作参数。利用直尺等常规测量工具，都无法实现不规则的料堆的高度、体积等参数的测量。目前。这些数据由司机肉眼观测估计，或通过安装摄像机来辅助观察，但人工观测结果会受到司机经验、情绪、天气等多方面因素干扰，精度难以保证，司机稍有疏忽或计量精度失控，就很容易产生沉船、翻船、舱壁（底）损毁、堆场地面损坏等事故。
5.2 TPS对作业区域内的物料进行船体横向的二维扫描，获得物料表面轮廓的数据，经过数据预处理后，可以得到物料的二维轮廓曲线。大车移动一段距离后，可进行下一个料堆横向剖面的扫描，得到另一条二维轮廓曲线。将1个船舱内的多条横向轮廓曲线进行三维重构后，可以得到料堆的三维轮廓曲面。将此曲面以图形的方式显示在司机室的显示屏上，司机可以根据物料的分布情况选择合适的卸船策略。
结束语
在目前的社会发展中，各个港口为了适应散货装卸设备的专业化、高效化、实用化、安全化的发展趋势，不断的引进国内外各种先进技术体系，从而以自动化、信息化和智能化为基础对于码头散货的装卸设备进行优化与改进，以此来提高港口的工作效率和市场竞争力，保障其快速平稳的发展。