探究门座式起重术机自动化技
引言
门机智能化自动化改造可以提供诸多益处，包括提高效率、增强安全性、降低成本和提升操作便捷性。使用传感器技术、控制系统、数据分析与处理以及人工智能和机器学习等多种技术，可以实现门机的智能化自动化。
在过去的时间中，新一代信息技术的高速发展让自动化码头变成中国智慧港口建设的主要表现。相关研究人员指出，与传统码头相对比，自动化码头能够实现散货的装卸和水平运输等步骤的全步骤自动化作业。智慧港口将云计算、物联网以及大数据等全新信息技术和港口运输业务全面融合作为核心，表现了生产的智能化、管理智慧化和保障有力等鲜明特点。智慧港口系统中包括智慧物流、智慧调度以及智慧决定、智慧监督以及智能支撑保证等子系统。最近几年来，港口智能化程度已经变成判断港口竞争力的主要指标。我国各个港口抓住数字经济发展的时机，建设智慧港口，带领全球港口实现高速发展，争取在智能港口领域取得领先地位。
1、门座式起重机的结构及运行原理
门座式起重机的结构主要包括门座、吊臂、起重机构、回转机构、行走运行机构还有支撑机构等部分。门座为起重机基座，吊臂借助回转机构和门座相连，可以自由旋转。起重机构安装在吊臂的一端，可以通过升降和横移来实现物品的吊装和搬运。支撑机构和行走机构保证起重机在工作时的稳定性和移动性。
门座式起重机的工作原理基于物体的力学和机械传动原理。通过起重机构的升降和横移，可以实现物品的垂直吊装和水平搬运。回转机构可以使吊臂进行360度旋转，适应不同的工作角度。支撑机构和行走机构则保证起重机在工作时的稳定性和移动性。
2、自动化控制技术在门座式起重机上的应用
PLC自动化控制原理具体包含对数字量、模拟量等数据信息的输入与输出管控环节，而且要结合指定的编程设计准则与算法步骤，精确的评判与辨别计算结果的精准性与合法性。PLC技术可以被广泛地运用在相关工业技术领域中，表现出比较强大的自动管控效果，还可以提高工业控制系统装置的综合性运用效果。
2.1 门座式起重机自动控制技术实现
门机自动化能够让系统实现全自动化的运转。其中，三维激光扫描仪主要扫描船舱口以及内部的物料情况，从而形成三维信息数据库。数据收集控制器对信息船舶信息还有外部天气信息进行收集与整理，研究外部因素对作业的影响程度，从而逐渐的优化控制计算方法。在操作过程中，能够经由司机亲自操作触摸屏料堆的三维立体图形，选定抓斗的位置。而且，可以借助智能三维数据收集和处理软件，自动算出最精准的抓料位置，司机结合实际状况，确定好自动作业方式。
2.2 远程控制技术
在PLC站内进行编程，能够实现门机的自动化操作。在司机室联动台的位置，设定远程操作面板，实现作业操作。例如，开关按钮、手柄等，进而实现远程化的操作。而且，操作站还需配备一个与中控室PLC站实现即时性通信的HMI操控系统，借助HMI人机交互界面能够对门机开展参数设计和状态显示。这样，就可以在远程操作站上通过HMI系统对门机进行远程控制和监控。
2.3 视频监控技术
门机监控系统包含高清摄像头、显示器、硬盘、录像机等机构。其借助网络实现联通，能够实时性的活动每个位置的电视数字监控系统的视频信息。视频监控系统建设的目标是为了实现对门机作业的远程监控。通过调节和更新门机当前的视频监控系统，而且增加摄像头总数，可以实现良好的监控效果。门机监控系统摄像头分布如图1。
图1门机监控系统摄像头分布
2.4 远程通信技术
为了实现门机与中控室之间的远程通信，要对原本的通信路由进行改进。尤其是要解决门机上部旋转结构与下部结构件借助滑环连接线缆，从而保证信号的平稳传播。结合用户现场设施以及线缆的实际状况，需要制定适当的方案。
目前，可以采用光纤或无线通信模块来实现远程通信。光纤通信可以提供高速、稳定的信号传输，适用于较长距离的通信需求。而无线通信模块可以选择工业无线通信电台或5G通信技术，可以提供灵活的无线连接，适用于中小距离的通信需求。
2.5 高精度定位技术
为了实现定位的精准性，能够结合每一个机构的特征以及安装的方法，增设不同的定位装置。其中，常用的定位装置包括增量型编码器、绝对值编码器以及北斗/GPS差分定位系统等。增量型编码器可以通过测量机构的线性或旋转位移，提供准确的相对位置信息。绝对值编码器可以提供每个位置的独立编码，以实现精确的绝对位置测量。RFID位置检测系统可以通过无线射频信号识别门机所处的位置，提供实时的定位信息。北斗/GPS差分定位系统则可以通过卫星定位和差分校正，提供精确的全局定位信息。
2.6 激光扫描技术
为了更好地实现门机的远程化作业以及全自动化作业，可以考虑在门机上安装高精度的激光扫描仪，并开发相应的三维图像处理软件。通过设置激光扫描仪，能够实现即时性地了解作业现场的船舶、料堆以及料斗的情况。扫描仪将采集到的点云数据传输至三维图像处理软件。
根据图2所示，激光雷达可以安装在带斗门机的适当位置，以实现对作业现场的准确扫描和数据采集。安装高清准度的激光扫描仪，了解现场作业情况。开发三维图像处理分析软件，把激光扫描仪所收集的云数据做出调节与精准的计算，之后转换成为三维图像而且形象的呈现在画面之中，提取卸料还有抓料以及防撞程序要监控的数据内容，同时计算出船舱物料的实际体积、重量等情况，并且回馈到管控系统。带斗门机激光雷达安装位置见图2。
图2带斗门机激光雷达安装位置
2.7 防碰撞技术
针对门机臂架防碰撞方面的问题，能够使用软件以及硬件防碰撞2种方案。其中，所谓的软件防碰撞是借助门机机构的建模与实时性的定位，结合船舶和地面固定构筑物的三维建模的实际情况，计算出空间范围，进而确定门机与船舶，相邻门机以及地面固定构筑物事项相互的动态性防碰撞的安全距离。软件会实时监测门机结构的位置和动作状态，并根据预设的安全距离参数进行判断和预警，以避免发生碰撞事故。硬件防碰撞方案就是在门机的大车机构与变幅机构上面安装有防碰撞的雷达器。这些传感器会实时监测周围环境中的障碍物，并根据设定的参数确定安全距离。当门机接近或超过安全距离时，传感器会向控制系统发送信号，触发相应的防碰撞措施，如停止或调整门机的运动轨迹，以确保安全作业进行。
2.8、防摇技术
对于门机抓斗的防摇问题，可以采用仿真建模、速度计算和力学分析等多种手段来实现动态防摇的处理方法。这是实现门机全自动化以及远程化的主要效应。
综合性采用仿真建模、力学分析以及速度计算等不同的方法，可以组成一套全面的抓斗防摇的解决方案。通过预测和优化门机运动轨迹、控制运动速度和优化结构设计，可以有效地实现动态防摇，保证作业效率，同时提高抓斗的稳定性和安全性。这将为门机的远程化、全自动化作业提供可靠的支持，并克服防摇问题在实施方案中的瓶颈。
3、门机自动化作业流程
3.1 半自动流程
半自动流程需要门机的司机手动进行起升的高度还有卸料的具体位置，同时系统的记录相关的内容。司机手动选择取料的位置，而且管控抓斗确保其降落在取料点的位置上，激活半自动的运转，这时半自动控制系统负责提升、变幅还有回转机构的管理，将抓斗闭紧以后提高到设计的安全高度，之后平稳的、无摆动的把抓斗移动到料斗上面，并且自动定位到所设计好的卸料地点以后打开斗，放料，放料结束以后抓斗就会自动回到原来的取料点。司机能够随时手动进行管控，半自动程序在司机手动介入的时候自动的消除。
3.2 全自动流程
门机司机手动设计好卸料点的位置，系统记录下有关的位置，司机手工控制料斗降落到取料点的物料上方。这个时候，结合实际作业所需选择船只的型号还有作业的数据以及模式以后，开启激光扫描系统，在激光扫描系统扫描完成之后，司机按下启动按钮，将全自动系统激活运转，门机会按照自动生成的作业目标点按照顺序分别抓取。在门机完成抓取、卸料以后，会自动地运转到下一个取料地点进行作业，实现全自动化的抓取和卸货。物料在转移的环节中，抓斗保持平稳的状态，没有任何摇摆，并且可以高效的避免和船舱以及船舷发生碰撞，整个过程不需要司机进行操作。司机能够随时地进行手动控制，全自动程序在司机手动介入的时候会自动地解除。全自动作业仅仅局限于船舱物料之中，在船舱内物料比较少或者是在清仓作业的时候，能够开展手动作业或者是半自动作业。
4、门座式起重机定位检测
4.1 起升机构定位检测
在卷筒输出轴的位置安装绝对值编码器以及凸轮限位，经过卷筒转动的圈数以及角度计算出抓斗的高度，借助绝对值编码器转换成为起升的运转长度。
4.2 变幅机构定位检测
在变幅机构的位置上安装绝对值编码器，对变化的角度进行精准的计算，应用臂架的实际变换角度与长度，计算出臂架的真实高度数值。在大臂底部设置传感器，检测变幅的角度以及检验绝对值编码器。
4.3 回转机构定位检测
将从动齿轮安装在门机大齿圈的位置上，同时将多圈绝对值编码器安装在从动小齿轮转轴的位置上，利用编码器读数计算门机回转的度数。在门机大齿圈处，设置一个感应块，同时配备两个电感式接近开关（角度为180度）。每一个电感式接近开关感应到感性块的位置为确定好的回转角度（+90度与-90度），在回转机构转到相对应的角度，对应的感应开关动作。使用这一感应开关的动作当成回转角度编码器数值，进而矫正位置。
4.4 行走机构定位检测
在门机行走机构的位置安装1个自由轮，安装绝对值编码器在自由轮的出轴上侧，利用自由轮的恒定半径计算经过的整个距离。
4.5 抓斗防摇、定位改造
抓斗防摇
因为门座式起重机拥有360度旋转机构，在旋转方向上会产生变幅方向的离心力，使得旋转方向上的摆动还有变幅方向上的摇晃加在一起，增添了防摇定位的困难度。为了符合自动化运转对防摇定位系统的精确度以及实时性的基本要求，要借助变频器对变幅与旋转机构开展实时性速度管控，进而去除摆角。为了实现最好的防摇效果，使用内置防摇定位功能板块的变频器实现抓斗的防摇定位，会让这个系统具备各个机构联动情况之下的自动防摇效果。
抓斗定位
借助对固定卸料点位置的分辨或者是设计，在抓斗运转到这个点的正上方的时候，并且垂直距离在设定的范围之内的时候，搭配防摇技术，抓斗可以稳定地停留在目标位置上，也就是自动定位的功能，并且在起升，变幅以及回转机构上安装绝对值编码器从而实现精确的定位。
5、结论
门机的自动化革命，相比于传统的现场人工手动操作设备，具有非常明显的优点：一是，更加安全，在改造门机自动化以后，相比之前更加的精确，从根本上解决因人为操作造成的机损或者是安全事故等。与此同时，因为现场工作人员的大幅减少，出现人员受伤等安全事故的概率会显著降低。二是更高效，在门机实现自动化升级改造以后，门机单斗循环的时间可以实现人工作业的平均值，而且每一次斗抓取的效率相比之前更加地高，这会让装卸作业的工作效率明显提高。除此之外，门机司机的工作环境也有了明显的改进。他们从以往的机上高强度现场手动操控改变为中控室的自动模式下开展的远程监控。这不但让工作更加的舒心，而且也减轻了劳动强度。另外，经过自动化升级改造后，门机的作业线上人员可减少70%以上，这能够有效地降低港口的人力成本支出，具备更好的经济效益。
