بخشی از مقاله
بررسی روشهای مکانیزه در اتوماسیون تجهیزات بندری
چکیده:
هدف از این مقاله ارائه روشهای اتوماسیون و کنترل تجهیزات بندری که نقشی کلیدی در چرخه عملیات بندری و هم چنین اقتصاد کشور ایفا می کنند، می باشد . بنابراین یافتن روشهای مهندسی جهت بهینه سازی عملیات بندری و کنترل تجهیزات ویژه مورد استفاده در بنادر از جمله پروژه های ملی محسوب میگردد از جمله این تجهیزات انواع جرثقیل ها شامل گنتری کرینها و ترانستینرها می باشند. با توجه به گستردگی محوطه ها و در نتیجه پراکندگی تجهیزات و نیز هزینه گزاف تعمیرات و نگهداری این جرثقیلها، کنترل عملکرد و مونیتورینگ آنها از اهمیت ویژه ای برخودار می باشد، چرا که بروز کوچکترین خرابی یا سانحه ای منجر به خارج از سرویسی و صرف هزینه های هنگفت جهت راه اندازی دستگاه خواهد شد. لذا در این مقاله ابتدا شناخت اجمالی نسبت به سیستم کنترلی جرثقیل و سیستمهای اتوماسیون پیشرفته و نهایتاً ارائه سیستم کنترلی جهت کنترل تمامی آنها از طریق شبکه کامپیوتری، توسط کامپیوتر مرکزی خواهیم پرداخت .
کلمات کلیدی : اتوماسیون - تجهیزات بندری - سیستم کنترل خود کار - شبکه کامپیوتری - گنتری کرین
مقدمه:
طراحی مکانیزمهای هوشمند جهت نیل به اتوماسیون تجهیزات بندری نقش بسزایی در افزایش بهره وری و کاهش مذت زمان تخلیه و بارگیری و در نتیجه افزایش نرم عملیاتی و هم چنین افزایش ایمتی، کاهش خطای نیروی انسانی، کاهش سوانح تجهیزات و ایجاد قابلیتهای ویژه در امر تعمیرات و نگهداری این تجهیزات و خصوصاً مونیتورینگ تجهیزات که جزء سرمایه های ملی محسوب می گردند، خواهند داشت. گنتری کرینها و ترانستینرها ( شکل ۳ و ۴-جرتقیل های دروازه ای ) از جمله مهمترین تجهیزات در جابجایی کانتینر در بنادر دنیا محسوب می گردند. این جرثقیل ها از طریق سیستم های پیشرفته کنترلی PLC و درایو کنترل می شوند. در حالت معمولی عملیات آنها توسط نیروی انسانی یعنی اپراتور انجام می شود. با توجه به تعداد زیاد آنها و نیز پراکندگی آنها در محوطه های عملیاتی ، مدیریت تجهیزات و خصوصاً مونیتورینگ وضعیت آنها امری ضروری است. لذا در این مقاله به یررسی نحوه اجرای روشهای اتوماسیون و کنترل این تجهیزات خواهیم پرداخت.
۱- معماری سیستم کنترلی
در این سیستم یک master controller یا کنترل کننده مرجع برای هماهنگی کلیه درایوهای شبکه بکار میرود. ارتباط دهنده رابط اپراتور( input/output device (operator interface و سیستم مدیریت محوطه ها ( yard management System) از سیستم چشمی جهت خودکار کردن عملیات جرثقیل بهره می گیرد. در پروتکل های ارتباطی و تبادل اطلاعاتی باز برای ارتباط تنگاتنگ با سیستم ثالث، ماکزیموم انعطاف پذیری برای ارتقاء آتی سیستم و می نیمم ریسک خارج از سرویسی می بایست لحاظ گردد. استفاده از ارتباطات Ethernet از طریق شیکه کامیوتری بین کنترلرها، رابط اپراتور بوده و سیستم مدیریت محوطه ها باعث افزایش سرعت ارتباطات و کاهش چشمگیر هزینه ها و نیز در دسترس بودن قطعات استاندارد خواهد شد.
ابزار تنظیمات بر سبنای WindoWS بوده که بسیار راحت جهت کاربران همه قسمتهای سیستم می باشد.( شکل ۱)
۲- سیستم های جرثقیل
۱-۲ سیستم کنترل دستی جرثقیل
در این سیستم کنترل ، از درایوهای سرعت متغیر، برای کنترل سرعت جهت حرکت موتورهای محرک گنتری یا همان جرثقیل دروازه ای ، استفاده می شود.( شامل ترولی ، بوم ، قرقره کابل قدرت فشار قوی و هویست)". سرعتها و جهتها توسط اپراتوری که جو پستیک اصلی را حرکت می دهد، کنترل می شود. که در واقع سیگنالها را به کنترلر از طریق Input/Output rack وارد می کند. یک شبکه داخلی سرعت بالا (LAN) سیگنالهای کنترل را به درایوهای سه فاز با جریان AC و فرکانس متغیر انتقال می دهد. یک نوع سیستم کنترل دستی در شکل 2 نشان داده شده است. در سیستمهای جرثقیل های قدیمی تر از موتورها و درایو های جریان مستقیم (DC) استفاده می شد. اما در اکثر نقاط جهان امروزه از تکنولوژی AC بدلیل سادگی کنترل و قیمت تمام شده استفاده می کنند. سیستم کنترل دستی دارای کنترل سریع موتور از طریق جویسنیک می باشد و هم چنین سیستمهای مونیتوری دوربینی قابلیت اضافه شدن به دستگاه را دارند تا جرثقیل بصورت کاملاً خودکار کار کرده و نیازی به حضور اپراتور نباشد.
۲ - ۲ سیستم کنترل آتوماتیک جرثقیل
جهت اتوماتیک کردن کلیه حرکات جرثقیل و در واقع حذف اپراتور همانطور که اشاره شد، می توان از سیستمهای چشمی استفاده نمود. سیستم برای کنترل کامپیوتری طراحی می شود اما این امکان را می دهد که در صورت بروز مشکل ، امکان کنترل دستگاه توسط اپراتور با جویستیک اصلی وجود داشته باشد. یک نوع سیستم کامپیوتری انومانیک در شکل ۵ نمایش داده شده است. جهت کاملاً اتوماتیک کردن پروسه موارد ذیل را می بایست به سیستم اضافه نمود: ۱- اسکنرهای لیزری که موقعیت ترولی، گنتری و اسپریدر را تعیین نمایند.
۱- دوربین های شناسایی کانتینر که شماره کانتینر یا همان ID کانتینر را خوانده و مستقیماً با کامپیوتر محوطه تبادل اطلاعات انجام میدهند.
۲- موقعیت گنتری نیز با استفاده از سیگنالهای ماهواره ای مشخص می شوند.این حرکتها در شکل ۶ بطور کامل شرح داده شده اند.
۳- سیستم های اتوماسیون پیشرفته در این سیستمها سنسورهای پیشرفته جهت اندازه گیری قطعات متحرک و بار مربوطه روی جر تقیل نصب می شوند. بنابراین جر تقیل قابلیت کار کرد بصورت اتوماتیک را دارا خواهد بود. همانطور که از شکل ۶ مشخص می باشد جهت تشخیص موقعیت حرکت ترولی و تراول از اینکودرهایی که توسط لیمیت سوئیچ بطور اتوماتیک کالیبره می شوند استفاده می گردد. هم چنین جهت حرکت تراول و سیستم ضد برخورد از سیستم لیزری DME و جهت حرکت هویست از اسکنرهای لیزری استفاده می گردد. ( شکل ۶) ۱-۳ سیستم نشاندهنده موقعیت اتوماتیک (API)" این سیستم (API) اندازه گیری مستقیم موقعیت حرکت گستری (تراول )، ترولی و هویست را یا استفاده از سیستم لیزری انجام میدهد، بدون اینکه تحت تاثیر کشیدگی و ایر و یا لغزش چرخها واقع شود. چرا که بصورت اتوماتیک موقعیت خود را خطایابی نموده و خود را مجدداً کالیبره می نماید.
۳- ۲ - مکان یاب موقعیت تر اول (API)
یک آنتن ( شاخک ) سیگنال را از فرستنده خودکار که در روی سطح زمین کار گذاشته شده دریافت می کند. یک کارت مترجم "سیگنال کد مربوطه را تولید می کند و به واحد کنترل گنتری می فرستد. بنابراین گنتری بطور دقیق موقعیتش مشخص می شود. هم چنین همانطور که قبلاً اشاره گردید از طریق سیستم ماهواره (GPS) نیز می توان بعنوان جایگزین در اینجا استفاده نمود. سیستم چشمی توضیح داده شده امکان اندازه گیری ها حتی در مقطع عمودی را فراهم می نماید تا امکان عملیات دستی و یا کاملاً اتوماتیک را از طریق ریموت کنترل فراهم نماید.
۳-۳- سیستم اسکنر جرثقیل (CSS)"
این سیستم اندازه گیری همزمان موقعیت هدف و اسپریدر را در طول عملیات تخلیه و بارگیری فراهم می نماید.T ܀ بنابراین بار می تواند در موقعیت دقیق خود روی زمین قرار بگیرد. این امر جهت عملیات خودکار ضروری است،زیرا در عمل کانتینرها همیشه در موقعیت ایده آل خود قرار نگرفته اند و نیز همیشه از مسیرهای پیش بینی شده عبورنمی کنند. ( شکل ۸) در واقع اسکنرهای لیزری نصب شده روی ترولی یا کالسکه دستگاه موقعیت اسپریدر نسبت به کانتینر زیرین را اندازه گیری می کند. با این اندازه گیری امکان قرار دادن کانتینر روی زمین و یا روی کشنده یه دقت امکانپذیر خواهد بود.
۳- - سیستم رؤیت محوطه و کشتی
این سیستم لیزری یک مقطع عمودی از کانتینرهای روی کشتی پا در محوطه را جهت ایمنی و کارایی عملیات در دو حالت دستی و اتوماتیک تهیه می نماید. این پروفایل چیدمان کانتینرها، توسط سیستم اتوماسیون جرثقیل برای محاسبه دائم ارتفاع ایمن اسپریدر در جابجایی های اتوماتیک بکار میرود.
۳- - نسیستم شناسایی گانتینر
سیستم شناسایی نوری (OCR)"، توانایی شمارش لحظه ای کانتینرها و ارائه فهرست آنها را بطور اتوماتیک دارد. دوریین های نصب شده روی پایه های گلتری کرین کد شناسایی کانتینر یا ID کانتینر را اسکن کرده و اطلاعات را به شرح ذیل به دفتر مرکزی ارسال می کند:
هنگامی که یک کانتینر در حال وارد شدن باشد، کنترلر جرثقیل سیگنال میدهد و دوربین های نصب شده روی پایه گشتری کانتینر را شناسایی می کنند.
هنگامی که کانتینر در حال عبور است دوریین ها هنگام بارگزاری یا باریرداری عکس یرداری و اطلاعات را ذخیره می کنند. در این حالت قابلیت کار با تمامی انواع کانتینر ( ft 20 و ft 40 و ft 45 و ft 20*2) وجود دارد. سیستم OCR کد شناسایی روی کانتینر را می خواند . که سرعت عمل در این بخش بسیار سریع بوده و خروجی طی چند ثانیه در دستری خواهد بود. ( شکل ۹)
با وصف فوق، یک شبکه یا لینک وایرلس اطلاعات زیر را به سیستم ترمینال انتقال می دهد:
*تصویر کانتینر
c. زمان و موقعیت بارگیری d. زمان و موقعیت تخلیه
۴- سیستم راهنمای کشنده ها
این سیستم راننده کشنده را به موقعیت دقیق مورد نظر زیر جرثقیل برای بارگیری کانتینر هدایت می کند. اندازه گیری های تهیه شده توسط سیستم اسکنر، جرثقیل را برای رسیدن به عملیات اتوماتیک دقیق در بهینه ترین زمان راهنمایی می کند. شکل ۱۰، صفحه نمایش واقعی و چگونگی تشخیص توسط اسکنر مادون قرمز مربوط به قمست جلوی کشنده ، قسمت عقب و شاسی و سطح زمین را نشان می دهد. ویژگیهایی که سیستم در اینجا می بایست داشته باشد:
- چراغهای ترافیکی و چراغهای عقب مستقیما راننده را در موقعیت صحیح قرار دهد.
- اسکنرها نسبت به رنگ شاسی و کانتینرها حساس باشند
. - این سیستم امکان سرویس در تمامی شرایط آب و هوایی را دارا باشد.
- اسکنرهای لیزری قابلیت اتوماتیک همر استایی و تنظیم خود را دارا باشند.
- یک شبکه داخلی Ethernet پرسرعت با سیستم کنترلی جرثقیل ارتباط برقرار کند.
الکترونیکی بدون سنسور
این سیستم نوسانات اسپریدر را ناشی از حرکت تر اول و یا ترولی دستگاه بطور اتوماتیک کاهش می دهد، در عملیات دستی اپراتور یک سرعت مرجع را برای گرفتن کانتینر می فرستد.(خطوط نقطه چین آبی در نمودار زمانی شکل ۱۱ ). گرفتن کانتینر بصورت دستی کار مشکلی است و همه اپراتورها توانایی انجام این کار را ندارند. ( خط چین سبز حرکت نوسانی بار را نشان میدهد.) در عملیات خودکار ، سیستم نحوه گرفتن کانتینر را محاسبه و سرعت اسپریدر را کنترل می کند. بدلیل اینکه حرکت ترولی و هویست همزمان کنترل می شوند، سرعت عملیات در این روش سریعتر می باشد. مزایا و ویژگیهای سیستم ضد تاب " : anti Swing : سیستم مجاز به حرکات سریعتر و در نتیجه زمان سیکل کمتر خواهد بود. - سنسورهای سخت افزاری نیاز نیستند، بنابراین هزینه عملیات و راه اندازی کمتر است و قابلیت اطمینان نیز بیشتر است.
- سیستم به شرایط جوی مانند برف و باران وابسته نیست. - تصب و راه اندازی مسریعتر است چرا که هیچ سنسوری جهت کالیبره کردن نیاز نیست. - کنترل سوئینگ مانند حالت اتوماتیک خودکار در حالت دستی نیز قابل استفاده می باشد. - نوسان ترولی و گنتری ۵۰ میلی متر می باشد که قابل بهبود نیز می باشد. - می کم بسیار ارزانتر و قابلیت اعتماد بیشتری نسبت به می تم های آنتی سوئینگ هیدرولیک دارد. ( شکل ۱۱)
۵ - اتوماسیون و کنترل چندین جرثقیل
جرتقبل های چندگانه با سیستم مدیریت محوطه ای" می با پست از طریق کابل های فیبر نوری ارتباط برقرار می کنند. کابل از طریق قرقره کابل به سمت شیار میرود و به یک hub قیر نوری اترنت متصل می شود. به جای فیر نوری از ارتباط و ایرلس نیز می توان استفاده نمود. شبکه بطور استاندارد پروتکل اینترنت (IP) را جهت کنترل و سیگنالهای ویدئویی بکار می برد. شبکه heartbeat جهت ایمنی و Emergency Stop استفاده می شود. بدلیل نبودن مجال بحث از ذکر جزئیات بیشتر خودداری و تنها در این بخش بطور شماتیک نحوه ارتباط تجهیزابت نشان داده شده است. ( شکل ۱۲) هم چنین برای نشان دادن هر چه بهتر سیستم و نحوه ارتباط تجهیزات، در شکل ۱۳، چگونگی جریان اطلاعات و کنترل تجهیزات در محوطه اسکله بطور شماتیک نشان داده شده است.
۸- نتیجه گیری
با بررسی صورت گرفته مشخص می گردد که در صورت استفاده از این روش و ابزار هوشمند و اجرای اتوماسیون در تجهیزات بندری نتایج شگرفی که مهمترین آنها رشد رویه واردات و صادرات کالا که از نظر اقتصادی شاخص توسعه اقتصادی یک کشور است، حاصل خواهد گردید. نتایج دیگر عینی که در بندر شاهد آنها خواهیم بود متعاپارتنل- از :
• افزایش سرعت عملیات و در نتیجه، افزایش نرم عملیات تخلیه و بارگیری کالا و یا کانتینر
• کاهش خطای تیروی انسانی و در نتیجه کاهش سوانح تجهیزات که باعث بروز خسارت به تجهیز ، کالا و یا کانتینر ، کشتی های پهلودهی شده، و یا حتی محوطه های اسکله های خدمات می گردد.
• امکان برنامه ریزی دقیق عملیاتی و ردیابی و مونیتورینگ کامل تجهیزات، که با توجه به گستردگی محوطه های اسکله ابزار مدیریتی بسیار سودمند می باشد.
• امکان مشاهده کلیه فالتها و خطاها و هشدارهای" اعلام شده توسط کنترلر کلیه دستگاه ها و بررسی علل خرابی و اعزام تیم تعمیراتی با علم به نوع خرابی و در نتیجه کوتاه شدن زمان تعمیرات و مدت زمان خارج از سرویسی دستگاه
• مدیریت کامل نرم افزاری دستگاه بدلیل ارتباط کامل با کنترلر دستگاه
• امکان ادامه عملیات در کلیه شرایط آب و هوایی از جمله هوای بارانی و مه گرفتگی و عدم توقف سرویس دهی به کشتی های بسیار بزرگ (Liner)
