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1、青岛港门机作业自动计量系统应用项目实施单位 青岛港（集团）有限公司专家点评:长期以来，港口行业存在的散货作业计量统计管理粗放，经济核算受技术手段限制无法实现精细化管理，难以进一步挖掘节能减排潜力，青岛港（集团）有限公司组织开发了“门机作业自动计量系统”，在港口装卸生产实践中取得了良好效果。 “门机作业自动计量系统”在设计与开发过程中充分体现了技术创新理念，设计人员在门机PLC可编程控制器通用控制基础上，结合港口门机散货作业特点，对现有的门机PLC电控系统进行了优化设计，并合理利用原起重力矩限制器硬件，通过对PLC主控程序与起重力矩限制器的信息交互与数据整合，开发了门机作业自动计量系统，实现了P
2、LC控制、自动计量、数据统计等功能，为进一步挖掘节能潜力奠定基础。 “门机作业自动计量系统”的应用取代了传统粗放的港口装卸计量统计模式，实现了对门机作业分货种、船型、工况等多变量的快速统计管理。对单机、单人、单日进行准确计量提高了装卸效率与安全生产水平。制定完善的管理和激励制度，实现了技术与管理机制的有机结合，为节能减排激励机制的实施提供了可靠的技术和数据支持。 “门机作业自动计量系统”的应用，实现了精细化技术手段与激励型管理模式的有机结合，经在青岛港（集团）前港分公司22台各类门机上的应用，实现设备作业增效17.77、节能13.08%，节能增效绩效突出；该系统运行稳定、操作简便、投入少、效益
3、显著，具备了在同类型交通运输行业中推广的条件。“青岛港门机作业自动计量系统应用”推广材料交通运输部节能减排专家工作组 一、概况 青岛港始建于1892年，是具有117年历史的国家特大型港口。拥有可停靠15000标准箱船舶的集装箱码头，可停靠30万吨级超级巨轮的矿石码头、原油码头，10万吨级煤炭码头。2008年完成港口吞吐量3亿多吨，居世界第七位，完成集装箱吞吐量1002万标准箱，居世界第十位。2008年，青岛港年耗电达2.1亿多度，耗煤6610多吨，耗油31000多吨，综合能源单耗5.16吨标煤/万吨吞吐量，是我国港航系统的用能大户，在资源节约型、环境友好型社会建设中担负着重要的社会责任。 多年
4、来，我国港口行业的散货作业计量统计管理，基本一直处于粗放式管理状态，由于缺乏较好的技术手段，单台门机设备的作业量及耗电量等数据无法实现精细化的统计管理，原因主要有二点；其一，各港口的门座起重机（以下简称门机）上安装的起重力矩限制装置，主要用作重量超载保护或过力矩保护，虽然个别产品附带载荷累加功能，但因其不能识别门机的作业状况，也无法进行真实载荷识别、分类统计和管理，数据无法作为节能减排、单机经济核算精细化统计管理的重要依据；其二，门机原PLC控制系统仅实现门机基本作业的速度控制，不具备作业计量所需的各类控制功能。由于各港口对门机散货作业量统计一直通过调度员看被装、卸船的吃水线来确定，存在数据误
5、差，无法保证单车核算的准确性。 就门机散货作业而言，单车、单人干多干少，耗电多少，操作吨多少都不易量化，存在操作吨平分的大锅饭现象，既不利于调动职工的积极性，更无法将节能减排体现在操作岗位上，激励考核机制也无法进一步实施。这种现象已成为我国各港口急需解决的难题。 青岛港（集团）前港分公司是青岛港（集团）下属的专业从事煤炭、矿石等散货装卸作业的流程化装卸公司，是中国目前最大的矿石中转基地和五大煤炭出口基地之一；青岛港（集团）前港分公司门机队现配备25吨、32吨、40吨等各类门机共22台，主要从事铁矿石、煤炭、铝矾土等散货的装卸作业，年吞吐量4200万吨，年电力消耗1000多万千瓦时，是耗能大户。
6、为进一步贯彻国家建设资源节约型、环境友好型社会的要求，促进港口生产的节能减排，降低运营成本，解决长期存在的单台门机设备作业量及耗电量等数据精细化计量与统计管理的难题，青岛港（集团）前港分公司组织门机队开展了“门机作业自动计量系统”开发工作。 技术人员通过长期深入分析研究门机散货作业工况，借助原起重力矩限制器硬件，对门机PLC控制程序和起重力矩限制器软件进行了信息交互和数据整合，成功研发了“门机作业自动计量系统”。实现了门机多货种、多船舶、多工况等多变量散货作业的轻松、快速、精确统计管理，实现了单车经济核算定量分析，使门机PLC具备了智能的、自动准确计量等功能。结合制定完善的管理和激励制度，实现
7、了技术与管理机制的有机结合，极大地提高了司机的节能减排意识，提高了装卸效率，降低了能源消耗，推动了节能减排工作深入开展，维护了船东、货主、港口三方的共同利益。二、系统主要功能介绍 该管理系统分为两个部分：数据采集控制子系统和数据统计分析子系统，如图1所示，下面具体介绍两个子系统的主要功能。图1门机单车散货作业量自动统计管理系统示意图 （一）数据采集控制系统 该系统通过门机PLC控制程序和起重力矩限制器程序（图2）协调控制，优化了门机操作过程，增加了对司机操作失误的主动干预，改善了门机受力状态，实现了门机从跳变的负荷中正确识别真实载荷、智能动态去“皮”（“皮”指抓斗及货物残余重量）等功能，使作业
8、时间、作业量、作业状况等管理数据自动准确采集。该系统使门机繁杂的散货作业实现了自动、精确的科学统计管理。图2超负荷限制器程序与PLC控制程序联合开发示意图 1、对冲击载荷的主动干预功能 因散货船型越来越大，门机抓斗抓货时多处于司机视线盲区，司机掌握不了抓斗在船舱内的位置、货物情况以及钢丝绳的松弛状况，只能依靠舱口指挥手的手势来操作抓斗，因人机配合中各类因素的影响，经常引起操作中冲击载荷的产生，不仅造成门机钢结构、钢丝绳等的损伤，还因载荷较大跳变引起保护误动。门机队技术人员特别在软件开发中增设了“冲击载荷主动干预功能”，通过单机构重量识别和PLC主程序的联合控制，减少起钩时的冲击和单机过载，该控
9、制过程不需要人工干预，控制系统自动完成，提高了操作过程的控制质量，增加了门机安全运行系数，减少了载荷数据中杂波的干扰。 2、智能动态去“皮”功能 由于货种属性等原因，粘矿经常粘在抓斗斗体上，影响了抓斗的皮重，计量精确度出现误差。该系统实现了抓斗“智能动态去皮功能”，使每抓斗的撒货重量因粘货的多少而发生变化，确保数据准确。 3、作业工况、货种分类功能 现场作业过程中，各个作业区工况较为复杂，人工统计存在费时、费力、现场情况掌握不及时等因素，而且作业功能随时调整，人工统计很难动态响应，这给作业量的统计工作带来极大的不便，而且存在误差。该系统根据重量显示器操作面板“货物种类”、“工况选择”功能栏进行
10、扩展应用（图3）。利用“货物类别”、“工况选择（装、卸船及其它作业）”功能栏，制定相应的编码，在数据统计分析分系统中设置相应的解码，实现各种货物的总动分类统计功能，确保数据的精确性和准确性，做到作业工况数据的动态响应。图3显示器面板 4、安全保护功能 针对作业过程中因操作失误造成的刮舱口等超载现象，增设了“安全保护功能”，实现了特殊情况的快速保护，确保了设备本质安全。 （二）数据统计分析系统根据现场实际和管理目标的要求，组织开发“数据统计分析系统”，安装在数据统计微机上，对门机的作业工况数据（储存在CF卡中）进行读取，并对数据进行归档、分析、汇总。三、节能减排原理 “门机作业自动计量系统”设计
11、人员在PLC通用控制技术基础上，结合港口门机散货作业特点，对现有的门机PLC电控系统进行了优化设计，并合理利用原起重力矩限制器硬件，实现了PLC主控程序与起重力矩限制器程序的同步开发，优化了门机散货装卸作业自动控制功能，实现了PLC控制功能与自动计量功能、数据统计分析功能的集成。 “门机作业自动计量系统”PLC功能的应用，改进了门机装卸作业工艺，增加了对司机操作失误的主动干预，优化了门机操作过程，减少了非正常作业时间及电力消耗，提高了装卸效率与安全生产水平；其自动计量功能应用，取代了传统粗放的港口装卸计量统计模式，实现了单机、单人、单日计量，为节能减排激励机制实施提供了准确的数据支持。 通过“
12、门机作业自动计量系统”，能够把节能减排的经济指标直接落实到单车、单人。利用系统的单车核算定量分析功能，班组每天按卡统计每个职工的操作吨等数据，根据能源消耗和作业量等统计数据实行多劳多得、用电多省多奖激励考核机制，进一步激发职工练技术、争一流的主观能动性，实现了科技、管理、操作节能，形成了新的分配模式。通过装卸技术能力的提高，避免无效作业对电能和时间的浪费，实现全员、全时、主动节能增效。四、实施方案 （一）系统安装使用 前港分公司门机队共有各类门机22台，其中M32-38型带斗门机3台，MQ2533型带斗门机1台，MQ2533型门机10台，M4040型门机8台，其中采用美国GE 公司PLC电控系
13、统门机2台，采用日本YASKAWA公司PLC电控系统20台，均先后于2008年底全部安装应用了“门机作业自动计量系统”。 （二）配套制度的准备 门机队相继配套出台了CF卡使用管理规定、CF卡操作吨分配实施办法、节能减排管理实施细则、班组承包指标责任书等一系列管理制度，并得到切实的执行。 （三）具体实施方法 门机司机人手一张磁卡（CF卡），“数据统计分析系统”对CF卡中的数据进行读取、储存、归档，并对每名司机当班作业情况（作业时间、作业吨数、作业货种、作业性质、作业钩数）进行统计、分析（图4）。图4门机作业工况分析、统计数据管理系统界面 具体实施办法是：作业前，司机将卡插入司机室读卡器，“CF卡
14、”就真实地记录了当班作业的工况、电耗、作业时间和作业量，下班后，将每人的磁卡在微机上轻轻一刷，计算机系统就自动进行分类统计，干多干少、用电多少，一目了然（图5）。图5插入读卡器读卡 “门机作业自动计量系统”将门机操作吨的成本数据及司机的技术状况用数据真实、准确地显现出来，使管理人员随时掌握现场作业人员的作业效率和作业成本，及时进行评价管理，每月技术人员根据系统采集数据进行单车、单船核算，总结经验教训，提出改进意见，并将分析结果反馈给每一名司机，供司机学习、研究，确保节能减排绩效（图6）。 图6 单车数据统计分析 （四）实施效果 通过“门机作业自动计量系统”的应用，在人员、设备、电能消耗未增加的
15、情况下，每小时可多装卸51吨货。使用该系统后，门机队的生产作业纪录和电力成本纪录不断刷新，创出了单船小班（7.5小时）接卸4.1万吨，班组小班（门机四班7.5小时）接卸7.7万吨，单车小班（70#门机7.5小时）作业7060吨及40吨门机（74#）单车191.87千瓦时/千吨的最高纪录。五、项目成效 （一）经济效益 以2008年1月至10月和2009年1月至10月为例，对20台门机改造前后进行了对比说明，见图7图9。图7作业效率对比图8千吨单耗对比图9改造前后作业效率和千吨单耗对比 自系统成功运行以来，门机综合电力消耗由改造前的261.19千瓦时/千吨，降低到227.03千瓦时/千吨，节能13.08%；设备综合作业效率由改造前的287吨/小时，提高到目前的338吨/小时，设备增效17.77，若按吞吐量4200万吨计算，年可节电143.47万千瓦时，折合标准煤约合119.98万元（按均价0.836
