馬會軍+信毅+王洪亮

隨著世界經(jīng)濟總量的增長和國際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運輸業(yè)快速發(fā)展，各碼頭之間的競爭日趨激烈。傳統(tǒng)集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)受自然環(huán)境、技術發(fā)展等因素影響較大，在新形勢下，集裝箱碼頭在生產(chǎn)作業(yè)和操作管理模式方面的精細化、系統(tǒng)化、自動化要求更高。以自動化技術為核心的自動化集裝箱碼頭具有安全、高效、智能等優(yōu)點，正成為港口建設的新趨勢。我國自動化集裝箱碼頭發(fā)展尚處于起步階段，對現(xiàn)有設備操控網(wǎng)絡進行自動化改造是順應這一趨勢的重要途徑。

1 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)作用

集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)是集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，其主要有以下作用：（1）有利于降低軌道吊作業(yè)人員的勞動強度，簡化作業(yè)人員操作環(huán)節(jié)。（2）有利于提高設備利用率。由于碼頭作業(yè)存在忙閑時差異，導致軌道吊作業(yè)任務不均衡，通過遠程控制可以實現(xiàn)人機分離和一對多操作，大大提高單機利用率，充分發(fā)揮設備作業(yè)能力。（3）滿足建設智能化港口的需要。自動化集裝箱碼頭是未來港口發(fā)展的趨勢，將網(wǎng)絡化、信息化、自動化技術相結合，可以提升碼頭的現(xiàn)代化水平，降低運營成本，增強碼頭競爭力。

2 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)設計

2.1 設計目標

（1）效率目標：根據(jù)仿真結果，1個循環(huán)用時，因此作業(yè)效率為24自然箱/h。

（2）功能目標：在箱區(qū)內(nèi)實現(xiàn)自動翻箱和吊裝作業(yè)，當軌道吊吊具位于集卡上方時開始實行遠程人工操作；實現(xiàn)1人對3臺軌道吊的遠程操作。

2.2 設計方案

（1）自動化程度 軌道吊能夠自動接收碼頭操作系統(tǒng)發(fā)送的指令，并根據(jù)作業(yè)指令實現(xiàn)箱區(qū)內(nèi)堆碼箱的自動運行；由作業(yè)人員在遠程控制室內(nèi)完成集卡上方安全距離內(nèi)的操作，從而達到改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動強度的目的。

（2）單機效率 由于軌道吊靈活性差，無法形成局部設備集中作業(yè)，因此對單機運行效率有較高的要求，以保證高效生產(chǎn)。軌道吊作業(yè)步驟分解如圖1所示，軌道吊單機效率目標分解方案如表1所示。

圖1 軌道吊作業(yè)步驟分解

表1 軌道吊單機效率目標分解方案

（3）業(yè)務邏輯 由于堆場面積相對狹小，為平衡場地資源，提出“全場打散、提前吊箱”等操作方法，這需要通過軟件邏輯予以優(yōu)化實施。

（4）安全性 集裝箱軌道吊采用順岸式跨距內(nèi)作業(yè)方式，保證軌道吊、集卡及堆場集裝箱作業(yè)的安全銜接是集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)成功實施的關鍵。

3 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 單機設備優(yōu)化方案

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)只用于觀察大車運行時的軌道及其兩側是否存在障礙物，現(xiàn)增加觀察集卡車牌號、箱號及吊箱時鎖眼的高清相機，使遠程操作員能夠清楚觀察到集裝箱及集卡的狀態(tài)是否與作業(yè)指令一致。

（2）大車、小車和吊具冗余定位系統(tǒng) 為保證大車、小車、吊具運行位置的可靠性和準確性，在原有定位方式的基礎上，增加新的定位技術互為校驗。

（3）吊具定位系統(tǒng) 在吊具上架和小車架上加裝吊具定位系統(tǒng)，以檢測吊具與小車架的相對位置，起到防搖和精確控制吊具位置的作用。

（4）可編程邏輯控制器及工控機 為滿足自動運行時復雜邏輯的運算和編程要求，將功能更加強大的可編程邏輯控制器和工控機作為上位機控制原有可編程邏輯控制器，并與中控室進行信息交互。

（5）三維激光掃描裝置 在小車架上加裝高精度的三維激光掃描裝置，以掃描當前作業(yè)位置的箱區(qū)輪廓，保證吊具起升高度處于安全范圍內(nèi)，實現(xiàn)吊具、小車聯(lián)動時以最優(yōu)路徑運行，同時保證抓箱的準確性和碼箱的垂直度。

（6）集卡防吊起裝置 通過紅外線傳感器檢測集卡與集裝箱是否有效分離，避免因鎖銷未開引發(fā)安全事故。

（7）集卡、行人防碰撞裝置 在原有超聲波防撞裝置的基礎上，在大車四角加裝防碰撞傳感器，以保證軌道吊在無人操作時的安全運行。

（8）集卡識別和定位系統(tǒng) 在堆場內(nèi)集卡必經(jīng)地和軌道吊上設置有源RFID讀卡器，以獲取與集卡綁定的標簽信息。通過計算集卡速度、與目標位置的距離等，判斷軌道吊是否需要預執(zhí)行作業(yè)任務（如大車提前運行、提前進入場地內(nèi)抓箱等），以縮短集卡滯留時間。此外，當集卡在軌道吊下作業(yè)時，該系統(tǒng)可識別當前作業(yè)集卡是否與作業(yè)指令中的集卡一致。

3.2 中控室優(yōu)化方案

中控室內(nèi)主要設置遠程操控臺和數(shù)據(jù)服務器，設備數(shù)據(jù)通過光纖和數(shù)據(jù)服務器與遠程操控臺及操作系統(tǒng)進行信息交互。

3.3 系統(tǒng)軟件優(yōu)化方案

系統(tǒng)軟件主要包括對碼頭操作系統(tǒng)指令進行翻譯和優(yōu)化的接口軟件和對堆場內(nèi)設備和操控臺進行控制的堆場管理系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程

4 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)實施

效果

天津港五洲國際集裝箱碼頭軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)改造項目自2013年9月24日起正式施工，現(xiàn)已完成80%。在集卡飽和模擬作業(yè)指令的情況下，軌道吊從堆場到集卡的集裝箱作業(yè)能力為27.5自然箱/h，軌道吊從集卡到堆場的集裝箱作業(yè)能力為25.0自然箱/h。遠程操作員培訓周期為，單箱平均操作時間為30～/自然箱，1名操作員能夠遠程控制多臺軌道吊作業(yè)，有利于節(jié)省碼頭人力成本。軌道吊在箱區(qū)內(nèi)自動堆碼集裝箱作業(yè)時，上下兩層集裝箱在大車方向和小車方向上的偏差均不超過，有效保障堆場作業(yè)安全。

（編輯：謝塵 收稿日期：2014-11-26）

隨著世界經(jīng)濟總量的增長和國際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運輸業(yè)快速發(fā)展，各碼頭之間的競爭日趨激烈。傳統(tǒng)集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)受自然環(huán)境、技術發(fā)展等因素影響較大，在新形勢下，集裝箱碼頭在生產(chǎn)作業(yè)和操作管理模式方面的精細化、系統(tǒng)化、自動化要求更高。以自動化技術為核心的自動化集裝箱碼頭具有安全、高效、智能等優(yōu)點，正成為港口建設的新趨勢。我國自動化集裝箱碼頭發(fā)展尚處于起步階段，對現(xiàn)有設備操控網(wǎng)絡進行自動化改造是順應這一趨勢的重要途徑。

1 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)作用

集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)是集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，其主要有以下作用：（1）有利于降低軌道吊作業(yè)人員的勞動強度，簡化作業(yè)人員操作環(huán)節(jié)。（2）有利于提高設備利用率。由于碼頭作業(yè)存在忙閑時差異，導致軌道吊作業(yè)任務不均衡，通過遠程控制可以實現(xiàn)人機分離和一對多操作，大大提高單機利用率，充分發(fā)揮設備作業(yè)能力。（3）滿足建設智能化港口的需要。自動化集裝箱碼頭是未來港口發(fā)展的趨勢，將網(wǎng)絡化、信息化、自動化技術相結合，可以提升碼頭的現(xiàn)代化水平，降低運營成本，增強碼頭競爭力。

2 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)設計

2.1 設計目標

（1）效率目標：根據(jù)仿真結果，1個循環(huán)用時，因此作業(yè)效率為24自然箱/h。

（2）功能目標：在箱區(qū)內(nèi)實現(xiàn)自動翻箱和吊裝作業(yè)，當軌道吊吊具位于集卡上方時開始實行遠程人工操作；實現(xiàn)1人對3臺軌道吊的遠程操作。

2.2 設計方案

（1）自動化程度 軌道吊能夠自動接收碼頭操作系統(tǒng)發(fā)送的指令，并根據(jù)作業(yè)指令實現(xiàn)箱區(qū)內(nèi)堆碼箱的自動運行；由作業(yè)人員在遠程控制室內(nèi)完成集卡上方安全距離內(nèi)的操作，從而達到改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動強度的目的。

（2）單機效率 由于軌道吊靈活性差，無法形成局部設備集中作業(yè)，因此對單機運行效率有較高的要求，以保證高效生產(chǎn)。軌道吊作業(yè)步驟分解如圖1所示，軌道吊單機效率目標分解方案如表1所示。

圖1 軌道吊作業(yè)步驟分解

表1 軌道吊單機效率目標分解方案

（3）業(yè)務邏輯 由于堆場面積相對狹小，為平衡場地資源，提出“全場打散、提前吊箱”等操作方法，這需要通過軟件邏輯予以優(yōu)化實施。

（4）安全性 集裝箱軌道吊采用順岸式跨距內(nèi)作業(yè)方式，保證軌道吊、集卡及堆場集裝箱作業(yè)的安全銜接是集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)成功實施的關鍵。

3 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 單機設備優(yōu)化方案

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)只用于觀察大車運行時的軌道及其兩側是否存在障礙物，現(xiàn)增加觀察集卡車牌號、箱號及吊箱時鎖眼的高清相機，使遠程操作員能夠清楚觀察到集裝箱及集卡的狀態(tài)是否與作業(yè)指令一致。

（2）大車、小車和吊具冗余定位系統(tǒng) 為保證大車、小車、吊具運行位置的可靠性和準確性，在原有定位方式的基礎上，增加新的定位技術互為校驗。

（3）吊具定位系統(tǒng) 在吊具上架和小車架上加裝吊具定位系統(tǒng)，以檢測吊具與小車架的相對位置，起到防搖和精確控制吊具位置的作用。

（4）可編程邏輯控制器及工控機 為滿足自動運行時復雜邏輯的運算和編程要求，將功能更加強大的可編程邏輯控制器和工控機作為上位機控制原有可編程邏輯控制器，并與中控室進行信息交互。

（5）三維激光掃描裝置 在小車架上加裝高精度的三維激光掃描裝置，以掃描當前作業(yè)位置的箱區(qū)輪廓，保證吊具起升高度處于安全范圍內(nèi)，實現(xiàn)吊具、小車聯(lián)動時以最優(yōu)路徑運行，同時保證抓箱的準確性和碼箱的垂直度。

（6）集卡防吊起裝置 通過紅外線傳感器檢測集卡與集裝箱是否有效分離，避免因鎖銷未開引發(fā)安全事故。

（7）集卡、行人防碰撞裝置 在原有超聲波防撞裝置的基礎上，在大車四角加裝防碰撞傳感器，以保證軌道吊在無人操作時的安全運行。

（8）集卡識別和定位系統(tǒng) 在堆場內(nèi)集卡必經(jīng)地和軌道吊上設置有源RFID讀卡器，以獲取與集卡綁定的標簽信息。通過計算集卡速度、與目標位置的距離等，判斷軌道吊是否需要預執(zhí)行作業(yè)任務（如大車提前運行、提前進入場地內(nèi)抓箱等），以縮短集卡滯留時間。此外，當集卡在軌道吊下作業(yè)時，該系統(tǒng)可識別當前作業(yè)集卡是否與作業(yè)指令中的集卡一致。

3.2 中控室優(yōu)化方案

中控室內(nèi)主要設置遠程操控臺和數(shù)據(jù)服務器，設備數(shù)據(jù)通過光纖和數(shù)據(jù)服務器與遠程操控臺及操作系統(tǒng)進行信息交互。

3.3 系統(tǒng)軟件優(yōu)化方案

系統(tǒng)軟件主要包括對碼頭操作系統(tǒng)指令進行翻譯和優(yōu)化的接口軟件和對堆場內(nèi)設備和操控臺進行控制的堆場管理系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程

4 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)實施

效果

天津港五洲國際集裝箱碼頭軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)改造項目自2013年9月24日起正式施工，現(xiàn)已完成80%。在集卡飽和模擬作業(yè)指令的情況下，軌道吊從堆場到集卡的集裝箱作業(yè)能力為27.5自然箱/h，軌道吊從集卡到堆場的集裝箱作業(yè)能力為25.0自然箱/h。遠程操作員培訓周期為，單箱平均操作時間為30～/自然箱，1名操作員能夠遠程控制多臺軌道吊作業(yè)，有利于節(jié)省碼頭人力成本。軌道吊在箱區(qū)內(nèi)自動堆碼集裝箱作業(yè)時，上下兩層集裝箱在大車方向和小車方向上的偏差均不超過，有效保障堆場作業(yè)安全。

（編輯：謝塵 收稿日期：2014-11-26）

隨著世界經(jīng)濟總量的增長和國際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運輸業(yè)快速發(fā)展，各碼頭之間的競爭日趨激烈。傳統(tǒng)集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)受自然環(huán)境、技術發(fā)展等因素影響較大，在新形勢下，集裝箱碼頭在生產(chǎn)作業(yè)和操作管理模式方面的精細化、系統(tǒng)化、自動化要求更高。以自動化技術為核心的自動化集裝箱碼頭具有安全、高效、智能等優(yōu)點，正成為港口建設的新趨勢。我國自動化集裝箱碼頭發(fā)展尚處于起步階段，對現(xiàn)有設備操控網(wǎng)絡進行自動化改造是順應這一趨勢的重要途徑。

1 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)作用

集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)是集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，其主要有以下作用：（1）有利于降低軌道吊作業(yè)人員的勞動強度，簡化作業(yè)人員操作環(huán)節(jié)。（2）有利于提高設備利用率。由于碼頭作業(yè)存在忙閑時差異，導致軌道吊作業(yè)任務不均衡，通過遠程控制可以實現(xiàn)人機分離和一對多操作，大大提高單機利用率，充分發(fā)揮設備作業(yè)能力。（3）滿足建設智能化港口的需要。自動化集裝箱碼頭是未來港口發(fā)展的趨勢，將網(wǎng)絡化、信息化、自動化技術相結合，可以提升碼頭的現(xiàn)代化水平，降低運營成本，增強碼頭競爭力。

2 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)設計

2.1 設計目標

（1）效率目標：根據(jù)仿真結果，1個循環(huán)用時，因此作業(yè)效率為24自然箱/h。

（2）功能目標：在箱區(qū)內(nèi)實現(xiàn)自動翻箱和吊裝作業(yè)，當軌道吊吊具位于集卡上方時開始實行遠程人工操作；實現(xiàn)1人對3臺軌道吊的遠程操作。

2.2 設計方案

（1）自動化程度 軌道吊能夠自動接收碼頭操作系統(tǒng)發(fā)送的指令，并根據(jù)作業(yè)指令實現(xiàn)箱區(qū)內(nèi)堆碼箱的自動運行；由作業(yè)人員在遠程控制室內(nèi)完成集卡上方安全距離內(nèi)的操作，從而達到改善作業(yè)環(huán)境、降低勞動強度的目的。

（2）單機效率 由于軌道吊靈活性差，無法形成局部設備集中作業(yè)，因此對單機運行效率有較高的要求，以保證高效生產(chǎn)。軌道吊作業(yè)步驟分解如圖1所示，軌道吊單機效率目標分解方案如表1所示。

圖1 軌道吊作業(yè)步驟分解

表1 軌道吊單機效率目標分解方案

（3）業(yè)務邏輯 由于堆場面積相對狹小，為平衡場地資源，提出“全場打散、提前吊箱”等操作方法，這需要通過軟件邏輯予以優(yōu)化實施。

（4）安全性 集裝箱軌道吊采用順岸式跨距內(nèi)作業(yè)方式，保證軌道吊、集卡及堆場集裝箱作業(yè)的安全銜接是集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)成功實施的關鍵。

3 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 單機設備優(yōu)化方案

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng) 原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)只用于觀察大車運行時的軌道及其兩側是否存在障礙物，現(xiàn)增加觀察集卡車牌號、箱號及吊箱時鎖眼的高清相機，使遠程操作員能夠清楚觀察到集裝箱及集卡的狀態(tài)是否與作業(yè)指令一致。

（2）大車、小車和吊具冗余定位系統(tǒng) 為保證大車、小車、吊具運行位置的可靠性和準確性，在原有定位方式的基礎上，增加新的定位技術互為校驗。

（3）吊具定位系統(tǒng) 在吊具上架和小車架上加裝吊具定位系統(tǒng)，以檢測吊具與小車架的相對位置，起到防搖和精確控制吊具位置的作用。

（4）可編程邏輯控制器及工控機 為滿足自動運行時復雜邏輯的運算和編程要求，將功能更加強大的可編程邏輯控制器和工控機作為上位機控制原有可編程邏輯控制器，并與中控室進行信息交互。

（5）三維激光掃描裝置 在小車架上加裝高精度的三維激光掃描裝置，以掃描當前作業(yè)位置的箱區(qū)輪廓，保證吊具起升高度處于安全范圍內(nèi)，實現(xiàn)吊具、小車聯(lián)動時以最優(yōu)路徑運行，同時保證抓箱的準確性和碼箱的垂直度。

（6）集卡防吊起裝置 通過紅外線傳感器檢測集卡與集裝箱是否有效分離，避免因鎖銷未開引發(fā)安全事故。

（7）集卡、行人防碰撞裝置 在原有超聲波防撞裝置的基礎上，在大車四角加裝防碰撞傳感器，以保證軌道吊在無人操作時的安全運行。

（8）集卡識別和定位系統(tǒng) 在堆場內(nèi)集卡必經(jīng)地和軌道吊上設置有源RFID讀卡器，以獲取與集卡綁定的標簽信息。通過計算集卡速度、與目標位置的距離等，判斷軌道吊是否需要預執(zhí)行作業(yè)任務（如大車提前運行、提前進入場地內(nèi)抓箱等），以縮短集卡滯留時間。此外，當集卡在軌道吊下作業(yè)時，該系統(tǒng)可識別當前作業(yè)集卡是否與作業(yè)指令中的集卡一致。

3.2 中控室優(yōu)化方案

中控室內(nèi)主要設置遠程操控臺和數(shù)據(jù)服務器，設備數(shù)據(jù)通過光纖和數(shù)據(jù)服務器與遠程操控臺及操作系統(tǒng)進行信息交互。

3.3 系統(tǒng)軟件優(yōu)化方案

系統(tǒng)軟件主要包括對碼頭操作系統(tǒng)指令進行翻譯和優(yōu)化的接口軟件和對堆場內(nèi)設備和操控臺進行控制的堆場管理系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件優(yōu)化后的設備控制流程

4 集裝箱軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)實施

效果

天津港五洲國際集裝箱碼頭軌道吊遠程自動控制系統(tǒng)改造項目自2013年9月24日起正式施工，現(xiàn)已完成80%。在集卡飽和模擬作業(yè)指令的情況下，軌道吊從堆場到集卡的集裝箱作業(yè)能力為27.5自然箱/h，軌道吊從集卡到堆場的集裝箱作業(yè)能力為25.0自然箱/h。遠程操作員培訓周期為，單箱平均操作時間為30～/自然箱，1名操作員能夠遠程控制多臺軌道吊作業(yè)，有利于節(jié)省碼頭人力成本。軌道吊在箱區(qū)內(nèi)自動堆碼集裝箱作業(yè)時，上下兩層集裝箱在大車方向和小車方向上的偏差均不超過，有效保障堆場作業(yè)安全。

（編輯：謝塵 收稿日期：2014-11-26）