胡旻暉，陳 操

（上海振華重工電氣有限公司，上海 200125）

常規(guī)集裝箱岸橋的遠程控制改造研究與介紹

胡旻暉1，陳 操2

（上海振華重工電氣有限公司，上海 200125）

主要研究并介紹了適用于大部分常規(guī)集裝箱岸橋遠程自動化操作改造的方案，并提出未來發(fā)展的方向。

MBD；三坐標檢測；系統(tǒng)構建；系統(tǒng)集成

0 設備應用背景

在工業(yè)4.0、中國制造2025的大潮下，越來越多的全新自動化碼頭開始興建。目前我國廈門遠海自動化碼頭已建成商業(yè)運營；青島、洋山兩大自動化碼頭正處于系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段，將于今年投產(chǎn)；遠期京唐港自動化碼頭設備也正在制造調(diào)試階段。

在如此大潮的推動下，普通碼頭對于既有岸橋設備的智能化、自動化改造需求也日益增多。岸橋的遠程自動化操作改造是當下比較熱門的碼頭改造需求。

如今，正常運行在碼頭的絕大部分岸橋設備都是采用通用的PLC控制器加交流驅(qū)動的電控系統(tǒng)，此類系統(tǒng)擴展性較強，配有通用的現(xiàn)場總線ProfibusDP，同時起升、小車機構都由變頻器控制，調(diào)速性能較好。這些條件都為岸橋的遠程自動化改造打下良好的基礎。為此我們研究了一套適用于大部分常規(guī)岸橋的遠程操作控制系統(tǒng)，并在實際項目中得到了很好的應用。

1 詳細技術內(nèi)容

1.1 系統(tǒng)組成介紹

本系統(tǒng)主要由如下子系統(tǒng)構成，具體如下：

1）遠程操作臺

岸橋遠程操作臺可安裝于岸橋上固定司機室內(nèi)，該固定司機室可以安裝在岸橋的聯(lián)系梁上，也可以將安裝于大車行走的理貨室改造為固定司機室。如果岸橋上有光纜與碼頭中控大樓相連的話，遠程操作臺也可布置在大樓中，這將大大改善司機操作環(huán)境與勞動強度。

遠程操作臺布置有常規(guī)司機室相同的按鈕、手柄等硬件，也安裝有方便司機進行操作設置的觸摸屏。

2）視頻系統(tǒng)

為了方便司機在遠程操作臺上操作時盡可能了解設備的運行狀態(tài)，能夠無死角的將岸橋各部位情況展現(xiàn)出來，我們在岸橋上布置有20多個高清攝像頭，同時遠程操作臺上也布置有六個27英寸高清顯示器。

圖1 遠程操作臺實景

正常司機吊箱操作時，只需觀察安裝于傳統(tǒng)司機室底下的兩個攝像頭畫面，該畫面與傳統(tǒng)操作視角相同，若司機有需要，還可觀察其他位置的攝像頭畫面。當司機移動大車時，畫面將切換到四個大車門腿上的攝像頭以及大梁左右兩側(cè)的攝像頭，另外大車電纜卷盤的畫面也將顯示，此時司機可以很好掌握岸橋大車運行狀態(tài)，并對運行方向上的障礙物有直觀感受。當司機操作俯仰功能時，操作臺畫面將切換到梯形架頂端溝區(qū)攝像頭以及大梁兩側(cè)的攝像頭，此時司機可以觀察到俯仰運行階段所有可能發(fā)生風險的部位。

此外視頻系統(tǒng)還具備遠程喊話功能，方便司機與現(xiàn)場進行溝通。

3）船型掃描系統(tǒng)

船型掃描系統(tǒng)安裝于小車架，有三個激光器組成。在作業(yè)過程中，該系統(tǒng)可實時檢測船上輪廓信息，為半自動路徑規(guī)劃提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時船型掃描系統(tǒng)也將實時保護起升、小車運行方向上的碰撞風險，有必要時對起升小車進行限速操作。

4）集卡引導系統(tǒng)

該子系統(tǒng)目前已在大部分常規(guī)岸橋上得到了很好的應用，對于遠程操作系統(tǒng)，集卡引導可以輔助集卡司機將集卡停泊在準確的位置，方便司機遠程操作時進行對箱作業(yè)，減少司機由于集卡?？课恢闷疃ジ淖兊蹙呶恢?。

5）吊具位姿檢測系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過安裝在小車架上的攝像頭與吊具上架上的結構光源進行圖像識別處理，獲取吊具的實時位姿信息。

6）箱號識別系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可對岸橋裝卸的集裝箱進行拍照并箱號識別，供碼頭操作系統(tǒng)TOS使用，也可作為遠程理貨的信息來源。

7）自動化控制器

自動化控制器是岸橋起升、小車自動運行的核心控制器。我們采用貝加萊品牌的PLC，結合吊具位姿檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋，對岸橋的小車起升進行防搖控制，同時通過船型掃描系統(tǒng)獲取到的船舶輪廓信息，對起升小車的運行路徑進行最優(yōu)規(guī)劃。

自動化控制器經(jīng)過一系列算法處理，輸出起升、小車的實時速度給定到岸橋單機PLC，由單機PLC執(zhí)行該給定輸出到變頻器執(zhí)行?？梢孕蜗蟮恼J為對于單機電控系統(tǒng)，自動化控制器是另一位司機，與普通司機所做的事相同，即給出手柄速度。

8）岸橋作業(yè)管理系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可與碼頭操作系統(tǒng)TOS進行互聯(lián)，支持多種交互方式，可將TOS工作任務拆解為岸橋自動化控制器支持的作業(yè)指令，結合箱號掃描系統(tǒng)獲取到的信息，自動為司機選擇每次作業(yè)的目標位置。

1.2 系統(tǒng)架構簡介

目前，大部分碼頭岸橋電控PLC都帶有ProfibusDP通訊協(xié)議，那么自動化控制系統(tǒng)的核心（貝加萊PLC）可以作為DP從站與單機岸橋PLC進行數(shù)據(jù)交互，獲取遠程半自動化作業(yè)的基礎信息，速度給定等命令也通過DP總線輸出至單機PLC控制。

其他半自動化運行的子系統(tǒng)如船型掃描系統(tǒng)、吊具位姿檢測系統(tǒng)等通過各自的通訊方式直接與貝加萊PLC進行數(shù)據(jù)交互，以確保數(shù)據(jù)的實時性。

2 遠程操作流程介紹

遠程操作相對于常規(guī)岸橋司機室操作具有較大不同，常規(guī)司機室司機可以自由控制起升小車，并結合眼睛看到的、身體感受到的進行小車和起升的控制。而在遠程司機室進行控制室，如果不配合一些子系統(tǒng)的幫助，司機將無法很好地控制好岸橋，特別是小車的搖擺控制。所以遠程操作時，司機一般只需完成對集裝箱的抓放箱動作即可，小車的運行都由自動化控制器來自動執(zhí)行，這樣可以大大減小司機的勞動強度。

當然，岸橋自動化運行需要大量的外部數(shù)據(jù)支持，每次半自動運行的目標位置都是預先設置好的，為了便于自動化控制器對這些位置進行計算與排序，司機需要在遠程操作臺的觸摸屏上進行設置，設置的內(nèi)容包括所作業(yè)船舶的寬度、?？糠较虻刃畔?。司機設置完成后，自動化控制器將自動生成船舶上每排集裝箱所對應的小車位置。那么，半自動運行的目標排號就與該學習所得的位置得到了很好的匹配。

為了確保系統(tǒng)運行的安全與準確，司機操作大車換完貝后，系統(tǒng)將提示司機進行船舶輪廓信息的自動掃描，司機在觸摸屏上激活該功能后，起升將升至上停止位，小車將自動運行至前大梁頂端，這樣就完成了船舶輪廓信息的掃描，半自動路徑也將被準確規(guī)劃。

在船舶每個貝位作業(yè)時，司機也可通過觸摸屏對裝船、卸船模式進行設置，在設置完裝卸船順序后（主要是從海側(cè)到陸側(cè)、從陸側(cè)往海側(cè)、固定排位三種作業(yè)順序），半自動系統(tǒng)將在每次司機完成開閉鎖動作后，自動生成下一次半自動運行的目標位置，此時司機將不需操作其他按鍵，只需按下啟動按鈕，此后小車、起升將自動運行到目標集裝箱上方。小車運行到位后，司機接著完成著箱、開閉鎖等動作即可。當然在自動流程的過程中，司機也可自由指定新的目標位置，并激活半自動功能運行起升小車至目標位置。

3 總結

目前，該遠程自動化控制操作系統(tǒng)已在國內(nèi)某碼頭改造完成并投入實際作業(yè)，平均作業(yè)效率已達到每小時20循環(huán)，極端條件下可達到30個循環(huán)。該系統(tǒng)改造方案適用于大部分的常規(guī)岸橋，具有一定的通用性，未來具有廣闊的市場前景。

當然，隨著圖像識別技術、機器深度學習技術的日益流行，此類技術儲備也逐漸壯大，將來的岸橋遠程操作技術必將集成各種高精技術，輔助司機進行各種操作，使司機在減輕身體勞動強度的同時，也有著與傳統(tǒng)司機室相同的操作感受，遠程操作作業(yè)效率也將逐漸趕上甚至超越常規(guī)司機室操作效率。

[1] 陸青.集裝箱輪胎式起重機遠程作業(yè)的技術研究[J].起重運輸機械,2012.12.

Remote control renovation on traditional STS

HU Min-hui1, CHEN Cao2

TH215

：B

：1009-0134(2017)05-0122-02

2017-02-16

胡旻暉（1983 -），男，上海人，本科，主要從事集裝箱起重機電控設計和自動化設計的工作。