卸船机智能化技术的应用_王澎.pdf

设备管理与维修2023 5（下）集压缩机喘振工况点数据方法绘制出多段线性喘振曲线更加准确、真实。在实际采集数据时采用 5 点测试法（即 70%、80%、90%、100%和 105%额定转速下喘振工况点）能够全面采集绘制曲线所需数据，保证喘振曲线在机组保护中充分发挥作用。喘振工况点测定过程中所监测变量趋势能很好反映机组是否进入喘振工况。喘振曲线绘制的具体方案适用于绝大部分压缩机组，具有良好的可操作性，可为以后海上同类型压缩机调试中喘振曲线绘制提供参考。（2）在进行防喘控制器参数整定时，适当扩大喘振响应曲线右偏移量，消除喘振控制器调试过程中工况点波动导致机组实际喘振风险，最大程度保障机组在调试过程中处于安全区域，同时达到与未偏移喘振响应曲线进行参数整定相同效果，该方法在压缩机防喘控制器参数整定时值得学习和借鉴。（3）辅机系统在调试中容易被忽视，调试中发现的控制逻辑与设备问题具有代表性。通过修改压缩机密封气气动增压泵启动条件和各阶段气源压力，使压缩机干气密封在启机初始阶段就得到充分保护，避免未经过滤器天然气由迷宫密封进入干气密封对其产生污染。通过限制密封气加热器输出电流，消除密封气加热器选型不合理致使其经常由于超温跳闸、密封气温度波动。该思路为以后调试过程中解决类似问题提供参考。3调试注意事项海上气田采出的天然气属于高温、高压、易燃、易爆品，容易发生天然气泄漏、火灾、爆炸等事故，存在较大安全风险。在调试过程中要严格遵守各项规章制度，注意风险的识别和管控，制定相应的应急预案，明确各个相关岗位人员的应急职责，保证调试过程中的安全。海上气田天然气压缩机的调试是整个气田全面投产前的最后一项系统性的工作，一般情况下调试工期比较有限，要在调试前编制周全的调试方案与进度控制措施，及时发现调试过程中的问题并加以处理，以确保调试工作的顺利实施，为气田的全面投产赢得宝贵时间。电驱离心式压缩机属于大型综合类设备，在调试前要完成其他相关前置条件电气设备的调试工作，如发电机、配电柜、变压器、UPS、应急发电机等，确保电力系统的稳定供应，可以避免在调试过程中因电力系统不稳定导致的压缩机喘振等危害。整个调试过程应与工艺生产人员密切配合，确保天然气放空流程的稳定运行，并制定天然气放空的应急预案，避免出现因压缩机突然停机造成的气田工艺系统憋压等危害。4结束语天然气压缩机组的调试投用，标志着整个海上气田的全面投产，对海上气田电驱离心式天然气压缩机实施本地化调试过程中的关键步骤及容易发生的典型问题进行梳理分析，并给出相应的解决措施，保证海上平台压缩机调试工作顺利完成，为海上平台同类型压缩机的调试及运行维护提供参考。参考文献1张红武.SGT-700 透平发电机组安装调试 J.中国石油和化工标准与质量，2020（10）：121-122.2齐小平，杨震，于建峰，等.海洋石油平台建造项目电机设备安装调试管理 J.石油和化工设备，2021，24（11）：114-118.3刘宝军.汽轮机发电机组安装调试技术要点探讨 J.智能制造，2015（13）：166.4郝磊.气动调节阀常见故障原因及处理分析 J.科技风，2019（4）：155.编辑毕来金0引言靖江国信秦港港务有限公司现有抓斗式卸船机 4 台，其中3#、4#卸船机为二期工程新增卸船机，其额定生产能力 1600 t/h，最大生产能力 1920 t/h。为实现卸船机的无人化操作，自 2021年开始对 3#、4#卸船机进行智能化改造。抓斗式卸船机主要用于港口、码头大宗散料的卸船工作，主要包含大车、小车、起升、开闭、俯仰、料斗等机构。作业过程中，小车带动抓斗到达船舱上方抓斗开斗进入船舱抓斗闭合进行抓料抓斗闭合提出舱口小车带动抓斗到达料斗上方开斗1。1卸船机自动化作业技术难点（1）为实现卸船机的自动化作业，首先分析现有手动作业情况，为此，在卸船机正常作业过程中捕捉大量作业曲线进行分析（图1）。由于卸船机的抓斗和小车上架靠钢丝绳软连接，因此在自动化作业过程中必须保证钢丝绳始终处于竖直向下的状态，否摘要：随着自动化控制和通信技术的不断发展，港口、码头自动化程度日益提高，为改善电厂卸船机操作工作强度，提高电厂的技术水平及自动化率，自主研发卸船机智能化操作系统。引入先进的防摇及激光扫描技术，突破传统卸船作业的瓶颈，改善操作人员的工作环境，减少意外人为停机事故，提高工作效率。关键词：卸船机；自动；激光；防摇中图分类号：TP319文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.52卸船机智能化技术的应用王澎，吴秋鑫（江苏国信靖江发电有限公司，江苏泰州214500）119设备管理与维修2023 5（下）图 1卸船机手动作业曲线则当抓斗发生摇摆时，可能碰撞到船舱2。通过对手动作业曲线的分析发现，在卸船作业中，司机为保持抓斗稳定，需要不断调整小车，避免抓斗产生剧烈摇晃。因此，卸船机自动化作业的第一个难点是抓斗防摇。（2）不同于手动作业，司机人工确认卸船作业抓料点位置，自动作业过程中，如何确定船舱边界、甲板高度、物料信息、船舱倾斜程度、潮水涨落等因素，是需要首要考虑的一个因素。因此，卸船作业的抓取点确认是卸船机自动化作业的第二个难点。2卸船机自动化作业方案2.1抓斗防摇摆针对卸船作业中的抓斗防摇摆问题，整理卸船机作业过程中的相关参数，通过对各机构参数进行分析并通过 Matlab 对数据进行建模。现场作业时，小车正常加速过程中的速度可以表示为一个分段函数：v=at，0tt0v0，tt0（1）同理，小车正常减速过程也可以表示为一个分段函数：v=v0，0tt0v0-at，tt0（2）根据摇摆周期计算公式：T=2（l/g）（3）建立电子防摇控制系统数学模型。通过起升高度推算抓斗与小车架竖直距离角度变化，计算小车电机的速度、加速度、力矩及转动惯量，再将信号经过空间反馈验证、滤波、降噪输出给变频器，抵消抓斗产生的角速度及角加速度，最终保证小车架跟踪在抓斗的正上方。根据卸船机机械结构、抓斗规格以及钢丝绳缠绕方式等因素建立数学精确模型。经过验证，抓斗的实际角速度与数学模型计算出的角速度基本一致（图 2）。凭借精确的模型计算，能够在启动后的第一个摇摆周期就将抓斗角速度基本抵消（图 3）。2.2抓取点确认针对卸船自动作业中的抓取点确认难点，引入激光传感器解决方案，其中，激光传感器的安装位置尤其重要。卸船机激光传感器安装位置只有前大梁和司机室两个区域，干散货码头常见船舶可分为 1 万吨、2 万吨、4 万吨以及 10 万吨等多种类型。前大梁定点安装的方式无法满足多船型的需要，司机室作为传统卸船作业的操作中心，在整个卸船作业过程中始终处于船舱上方，各种船型可以始终保持良好的作业视角，最终确认司机室安装扫描仪的方案。在此基础上，研发船型扫描传感装置。采用激光传感器对作业船舶进行扫描，对激光点云数据进行处理，通过船型检测算法检测出舱口的位置，确定自动化作业过程中的船舱区域、船体倾斜程度、物料信息等。为保证扫描数据的实时性与准确性，扫描系统在每斗作业结束的间隙，对船舱进行重新扫描，建立实时船舱模型，使船舱及物料信息实时可控，确保操作人员能够直观地掌握卸船机作业信息。另外，在建立船舱扫描模型的同时，通过最新的视频监控技术，建立遍布整台卸船机的船舱监控系统，同时，在卸船作业的关键部位引入抗黑洞及自动跟踪技术，将视觉与激光建模相结合，建立一套安全可控的船型及设备监控系统。该模型采用分层渲染技术，针对不同的物料高度采用不同的颜色，可以清晰地表现出不同作业区域的物料高度，同时通过后台处理，系统实时计算船舱物料高度，通过黄点显示当前作业区域最佳抓取范围，大大提高作业效率。3卸船机自动技术的应用本次研发的核心目的是卸船机的智能化改造，在提高智能化的基础上，兼顾日常卸船作业过程中的安全问题，是本次研发的重中之重。基于此，在单机 PLC 控制系统的基础上，添加一套新的 PLC 模块，将智能化作为一套独立的操作系统，依托到单机程序，通过 DP Coupler 模块，将两者结合，在保证安全的基础上，深入开发卸船机的智能化系统。图 4 为卸船机智能化系统作业流程，当卸船机处于自动模式时，操作人员按下自动化启动按钮，此时，智能化 PLC 对扫描软件发出扫描指令，判定 PLC 与扫描软件通信是否正常，是否找到船舱边界，是否找到物料，若判定通过，将相关数据发送给智能化PLC，智能化 PLC 将大车机构、小车机构、起升机构、开闭机构的绝对值编码器的当前值与扫描软件的给定值做比较，根据比较的差值，产生对应机构的动作指令，再将相关指令发送给单机 PLC，PLC 按预先设定好的数据，对相应机构的电机发出旋转方向及速度给定指令，使相应机构以恰当的速度和方向运行，直至编码器测量反馈的实际位置信号与给定位置吻合，进行下一步动作；当司机室扫描系统检测到当前排作业平均高度下降一定数值后，将图 2抓斗角速度对比图 3防摇控制系统抵消抓斗角速度120设备管理与维修2023 5（下）相关信号及下一排大车位置发送给智能化 PLC，PLC 再控制卸船机到达指定位置，进行新的卸船作业。若判定未通过，则给智能化PLC 发送 error 指令，并告知 PLC 错误类型，重新进行检验。在卸船作业中，若遇到意外需要中断自动化作业，只需司机手动动作手柄，对其进行打断，只需要保持设备仍处于自动的接管状态，则可以手动作业至合适时机重新启动自动化，PLC 会根据设备当前状态，恢复自动作业3。在卸船作业过程中，扫描系统实时开启，PLC 系统实时掌握船舶的动态信息，若因为潮汐原因导致船舶的甲板高度发生变化，扫描软件会将实时信息发送给 PLC，PLC 根据实际情况决定每一斗的回程点高度。潮汐及卸船作业会影响到船舶的倾斜角度，通过智能扫描系统，可以对船舱四个边与地面的之间的高度进行扫描，根据这四点高度判断船舶是否有倾斜的情况，实时对卸船机抓料点进行调整，以保证船舶稳定（图 5）。当扫描系统检测到船舶的倾斜角度发生较大变化时，会给 PLC 发送报警信号，PLC 收到报警信号中断自动化作业，抓斗安全平稳的停留在料斗上方，由操作人员确认是否继续进行手动作业。卸船机作业过程中，抓斗防摇是必不可缺的内容，通过抓斗防摇控制系统对起升、开闭绝对值编码器检测，对抓斗由于惯性产生的摇摆、倒斗、扭转等情况进行改善，降低抓斗自身产生的惯性影响，保证抓斗在小车方向、大车方向的稳定性。同时，在此基础上，进一步对抓斗的掏舱功能进行了探索，在保证安全的前提下，实现对小车方向部分暗舱的掏舱作业。为保证作业过程的安全性与可靠性，在卸船机司机室增加含自动跟踪及抗黑洞功能的摄像系统以模拟司机作业视角，时刻观察抓斗姿态，另外，通过对现有船型的分析，确定船舱的大体区域，并增加一体化摄像系统观察船舱边沿，减少远程中，由于视觉误差对操作人员判断的影响，进一步提高系统的安全性及可靠性。目前，针对 3#、4#卸船机开发的智能化操作系统，利用空间精确定位技术、视频监测技术、智能控制技术、智能防摇技术、安全防范技术、激光扫描技术等，通过对船舱及物料的扫描建模，计算物料数据，协调控制大车、小车、抓斗协同作业，实现卸船机的全自动作业（图 6）。智能化整体采用星形结构，通过 Profibus、TCP/IP 等多种通信方式进行数据交换，将需监控的数值，通过 CMS 进行显示，中控 CMS 系统实时读取单机及智能化的运行状态、故障信息，通过画面进行显示，并通过模型进行作业模拟，传输到中控视频监控系统，中控操作人员可以直观地了解卸船机的作业状态。4结语卸船机现场工作环境恶劣，由于长时间的卸船作业，卸船机司机职业病尤为严重，卸船机智能化作业，能够有效减少粉尘气体对现场人员的健康损害，减少意外人为停机事故，提高工作效率。展望未来，卸船机智能化作业的全面实施，可以简化港口操作流程，降低操作人员劳动强度，全面实现一键式启动卸船机，在国家建设交通强国的战略要求下，打造全新的智慧港口。参考文献1王晨，康立乾，杨洋.浅谈港口桥式抓斗卸船机钢丝绳“颠倒”式更换新工艺 J.中国设备工程，2021（15）：207-208.2王鹏.关于桥式抓斗卸船机科学运用钢丝绳的研究 J.机电信息，2021（30）：28-30.3李鹏飞.电气自动化在电气工程中融合运用的分析 J.工程建设与设计，2022（11）：74-76.编辑李波图 6卸船机智能化架构图 4卸船机自动作业流程图 5船舶扫描121