伴隨人類文明的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟應(yīng)用，從工業(yè)4.0到中國(guó)制造2025，智能化鏈接的工業(yè)革命已經(jīng)在制造業(yè)展開(kāi)。

今年時(shí)值萬(wàn)福樂(lè)中國(guó)公司成立15周年，喜訊之一是合作伙伴振華重工的南非子公司獲得南非國(guó)家運(yùn)輸公司（Transnet）共計(jì)88臺(tái)港口跨運(yùn)車(chē)的大訂單。2018年7月，振華重工全球首臺(tái)無(wú)人駕駛跨運(yùn)車(chē)正式下地，在現(xiàn)代化、智能化碼頭的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，邁出了可喜的一步。作為智能化、數(shù)字化的配套需求，萬(wàn)福樂(lè)始終為跨運(yùn)車(chē)提供智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓控制，包括硬件和軟件的配套。

作為振華重工的合作伙伴，萬(wàn)福樂(lè)中國(guó)公司在過(guò)去幾年相繼為廈門(mén)港提供了現(xiàn)代化自動(dòng)化碼頭的液壓系統(tǒng)，也為青島港自動(dòng)化碼頭以及洋山港四期自動(dòng)化碼頭的建設(shè)，提供了液壓系統(tǒng)成套。之前，碼頭集裝箱因?yàn)檩d荷不均衡導(dǎo)致起吊后發(fā)生位置偏差，容易引發(fā)失控傾翻。為了解決這個(gè)問(wèn)題，這10多年來(lái)的現(xiàn)代化碼頭建設(shè)從早些年集裝箱同步控制，采用總線技術(shù)，采集4個(gè)角的實(shí)際位置，通過(guò)數(shù)字輸入到控制器，與設(shè)定值比較，從而計(jì)算出偏差信號(hào)予以糾正，實(shí)現(xiàn)同步控制，到后來(lái)的AGV小車(chē)（自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)），再發(fā)展到跨運(yùn)車(chē)，再進(jìn)步到采用無(wú)人駕駛模式，一步一步地打造出今天高度自動(dòng)化的無(wú)人碼頭。

在岸橋集裝箱起重機(jī)同步控制技術(shù)落地

傾轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)可以縮短吊具與集裝箱的對(duì)箱時(shí)間，提高碼頭的裝卸效率，在岸橋中起著非常重要的作用。岸橋吊具的傾轉(zhuǎn)動(dòng)作由4個(gè)油缸的不同組合實(shí)現(xiàn)，為保證集裝箱在空中的姿態(tài)和穩(wěn)定性，要求4個(gè)油缸在移動(dòng)中有較高的同步精度和平穩(wěn)性。將傾轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)作組合和PID閉環(huán)控制集成到MD2控制器中，簡(jiǎn)化了PLC中的同步程序，縮短控制的循環(huán)周期，提高了同步精度。MD2控制器通過(guò)BCD碼組合的方式通過(guò)普通I/O口接收PLC指令，簡(jiǎn)化了通訊方式，便于配合不同PLC控制器使用。MD2控制參數(shù)可以通過(guò)PASO軟件在線修改，人機(jī)交互界面良好，提高了系統(tǒng)在不同場(chǎng)合的適應(yīng)性。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，同步精度高于±2mm，有效提高吊具傾轉(zhuǎn)控制的精度。

岸橋也稱為岸邊集裝箱起重機(jī)，自1965年誕生以來(lái)得到了飛速的發(fā)展，改變了船運(yùn)和物流行業(yè)的格局，是現(xiàn)代化港口的重要組成部分。岸橋是港口的主要設(shè)備，目前正朝著大型化、智能化、低能耗的方向發(fā)展。港口的節(jié)能降耗就要從岸橋的裝卸效率入手。司機(jī)在操作岸橋的過(guò)程中，高效準(zhǔn)確的對(duì)箱、抓箱、放箱是裝卸效率的關(guān)鍵，但在船上的集裝箱常常會(huì)出現(xiàn)方向與水平面有一定的傾斜，平面有一定的傾斜，剖面母線與碼頭軌道不平行等。這些情況的出現(xiàn)給岸橋司機(jī)對(duì)箱作業(yè)造成極大困難。因此，岸橋的吊具必須具備左右傾、前后傾、水平回轉(zhuǎn)這3大功能。

傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理。傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以使吊具在空中實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的調(diào)整。根據(jù)安裝位置的不同，主要分為兩種：一種是獨(dú)立的系統(tǒng)安裝在吊具上;另一種是集成在防掛倉(cāng)系統(tǒng)中，組成多功能掛倉(cāng)液壓保護(hù)系統(tǒng)。后者不但具有防掛倉(cāng)的功能，同時(shí)還具備吊具傾轉(zhuǎn)的功能，因此成為主流。多功能掛倉(cāng)液壓系統(tǒng)相對(duì)于單獨(dú)掛倉(cāng)液壓系統(tǒng)只是增加了油缸的長(zhǎng)度，但要求4個(gè)油缸同步運(yùn)動(dòng)，這也正是傾轉(zhuǎn)控制的關(guān)鍵。

“左旋”“右旋”動(dòng)作的產(chǎn)生原理是位于小車(chē)上的起升鋼絲繩前后滑輪的間距比吊具上的前后滑輪的間距大，所以吊具上前后兩根鋼絲繩之間形成一個(gè)三角形的夾角，兩根鋼絲繩分別有一個(gè)向前、向后的分力。

傾轉(zhuǎn)控制與實(shí)現(xiàn)。吊具的傾轉(zhuǎn)控制關(guān)鍵是4個(gè)油缸的同步。通常采用的方法是主控PLC通過(guò)比例放大器控制比例閥，從而控制4個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)。油缸高精度的同步需要閉環(huán)控制，因此油缸中安裝位移傳感器來(lái)檢測(cè)位置。

主控PLC控制整個(gè)岸橋的各個(gè)動(dòng)作，檢測(cè)所有設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，這些自然增加了程序的運(yùn)行周期，同時(shí)各種中斷程序的調(diào)用也會(huì)增加程序周期的不確定性。采用主控PLC執(zhí)行同步閉環(huán)控制的時(shí)候會(huì)影響同步精度。同步控制程序?qū)帉?xiě)、調(diào)試有較高的要求，因此主控PLC中的同步控制經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)振蕩、油缸竄動(dòng)等現(xiàn)象。這些對(duì)于懸在空中40噸的集裝箱來(lái)說(shuō)影響是巨大的，如果產(chǎn)生共振，結(jié)果將是災(zāi)難性的。

對(duì)于傾轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的同步控制應(yīng)該由單獨(dú)的控制子站來(lái)完成，子站接收主站的控制指令，同時(shí)將運(yùn)行狀態(tài)傳遞給主站。傾轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)除了完成傾轉(zhuǎn)油缸運(yùn)動(dòng)的同步控制外，還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程就地控制的切換，這樣岸橋維修的時(shí)候就可以在后大梁上直接對(duì)傾轉(zhuǎn)油缸進(jìn)行控制。岸橋傾轉(zhuǎn)控制子站還要可以對(duì)油缸的零位自由設(shè)定，并且當(dāng)油缸在任意狀態(tài)下可以通過(guò)油缸復(fù)位的指令使所有油缸同時(shí)回到零位。針對(duì)這些要求在MD2控制器的基礎(chǔ)上針對(duì)傾轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了MD2AA同步控制器。MD2AA控制比例閥的8個(gè)比例電磁鐵S1～S8實(shí)現(xiàn)對(duì)吊具的控制。

無(wú)人駕駛跨運(yùn)車(chē)將有廣闊市場(chǎng)前景

跨運(yùn)車(chē)最早是1913年由Harry B.Ross發(fā)明的，用于運(yùn)送木材。隨著集裝箱海運(yùn)業(yè)的發(fā)展，集裝箱跨運(yùn)車(chē)（Container Straddle Carrier）在20世紀(jì)60 年代出現(xiàn)，并逐漸活躍于各大港口。跨運(yùn)車(chē)是將水平短距離運(yùn)輸、集裝箱堆碼和對(duì)集卡進(jìn)行裝卸融為一體的機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了取、放、送、運(yùn)一機(jī)多用，相比于門(mén)架式搬運(yùn)機(jī)和輪胎式起重機(jī)，其機(jī)動(dòng)性、靈活性更好。在貨物港口、集裝箱碼頭、物流場(chǎng)站和中轉(zhuǎn)站堆場(chǎng)等得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)混合動(dòng)力、無(wú)人駕駛跨運(yùn)車(chē)迅速發(fā)展，為港口的節(jié)能減排和智能化發(fā)展帶來(lái)新的動(dòng)力。

集裝箱跨運(yùn)車(chē)被廣泛應(yīng)用于許多國(guó)家的貨物港口、集裝箱碼頭。在歐美國(guó)家的大型集裝箱碼頭，如荷蘭鹿特丹港及阿姆斯特丹港、美國(guó)洛杉磯港、法國(guó)濱海福斯港和勒弗爾港、英國(guó)的利物浦港、北愛(ài)爾蘭的貝爾法斯特港等都有廣泛應(yīng)用。

國(guó)際市場(chǎng)上目前主要廠商有卡爾瑪（Kalmar）、諾爾（Noell ，2009年被科尼收購(gòu)）、科尼（Knonecranes， 2015年與特雷克斯合并）和特雷克斯（Terex）、維美德公司（Valmet）和利勃海爾（Liebherr）等幾家企業(yè)。產(chǎn)品主要有6輪和8輪兩種，6輪一般是堆一過(guò)一，8輪一般是堆一過(guò)二，或堆一過(guò)三，主要用于短中途集裝箱運(yùn)輸，跨運(yùn)車(chē)能更快捷地完成岸邊集裝箱起重機(jī)作業(yè)和更高效地完成陸側(cè)作業(yè)，故深受各運(yùn)營(yíng)商的青睞。

國(guó)內(nèi)的振華重工（ZMPC）于2018年發(fā)布了能夠無(wú)人駕駛的集裝箱跨運(yùn)車(chē)，有6輪和8輪兩種，首次采用液壓控制獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該智能型跨運(yùn)車(chē)無(wú)需預(yù)埋磁釘，可自主探測(cè)集裝箱，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)箱、跨箱和放箱操作。

跨運(yùn)車(chē)適用于在碼頭與堆場(chǎng)內(nèi)部中短途運(yùn)輸，由門(mén)形車(chē)架、動(dòng)力單元、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、集裝箱吊具與液壓轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)等組成。其以門(mén)形車(chē)架跨在集裝箱上，由裝有集裝箱吊具的升降系統(tǒng)吊起集裝箱，進(jìn)行搬運(yùn)堆碼。同時(shí)，跨運(yùn)車(chē)還能夠直接在集卡上抓箱或落箱。因此，它比集裝箱龍門(mén)起重機(jī)具有更大的機(jī)動(dòng)性?？邕\(yùn)車(chē)一般可將集裝箱堆碼3至4層高。由于具有機(jī)動(dòng)靈活、效率高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，跨運(yùn)車(chē)在國(guó)外碼頭已被廣泛使用。對(duì)于許多中型碼頭而言，以跨運(yùn)車(chē)為基礎(chǔ)的裝卸運(yùn)輸系統(tǒng)較為高效。

8 輪跨運(yùn)車(chē)可以向前、向后、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)行駛，轉(zhuǎn)向?yàn)槊枯啰?dú)立轉(zhuǎn)向，具有阿克曼轉(zhuǎn)向（AM）、蟹行轉(zhuǎn)向（CM）4、前輪轉(zhuǎn)向（FM）、后輪轉(zhuǎn)向（RM）4種轉(zhuǎn)向模式。

2018 年，為振華重工配套的8 輪跨運(yùn)車(chē)。

跨運(yùn)車(chē)的獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓控制，由萬(wàn)福樂(lè)整套提供。包含轉(zhuǎn)向控制器、方向盤(pán)編碼器、各輪角度編碼器、比例換向閥、壓力傳感器等。轉(zhuǎn)向控制器和車(chē)輛控制器之間采用CAN總線通訊，同時(shí)輔助I/O點(diǎn)進(jìn)行安全校驗(yàn)。轉(zhuǎn)向控制器與方向盤(pán)編碼器之間采用兩路CAN總線連接，保證足夠的安全冗余。轉(zhuǎn)向控制器按照相應(yīng)的轉(zhuǎn)向模式發(fā)出控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的比例閥，驅(qū)動(dòng)油缸動(dòng)作。各輪角度編碼器符合SIL II標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)一路單獨(dú)的CAN總線將位置信息反饋給轉(zhuǎn)向控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，從而保證各輪高精度的獨(dú)立轉(zhuǎn)向。

港口內(nèi)集裝箱的水平運(yùn)輸大體上分為兩類，一為跨運(yùn)車(chē)，二為集卡。在歐美集裝箱碼頭采用跨運(yùn)車(chē)的比較多，在國(guó)內(nèi)碼頭以集卡和AGV為主。振華重工研發(fā)的無(wú)人駕駛跨運(yùn)車(chē)，放棄了磁釘定位的方式。采用全新的多傳感器融合技術(shù)，通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)和視覺(jué)辨識(shí)環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)定位，自主導(dǎo)航避障和路徑規(guī)劃。當(dāng)多輛跨運(yùn)車(chē)在同一區(qū)域中作業(yè)時(shí)，可以合理優(yōu)化路徑，充分發(fā)揮效能，實(shí)現(xiàn)集裝箱在港口封閉區(qū)域內(nèi)高效運(yùn)輸和裝卸，為智能無(wú)人化碼頭推廣奠定了基礎(chǔ)。2019年3月瑞典8臺(tái)8輪跨運(yùn)車(chē)項(xiàng)目合同的正式簽訂，標(biāo)志著全球自動(dòng)化碼頭產(chǎn)品家族中又一個(gè)全新產(chǎn)品落地。該跨運(yùn)車(chē)整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)裝配，柴電混合動(dòng)力，輪邊同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，獨(dú)立轉(zhuǎn)向，可在自動(dòng)、人工駕駛模式下切換，定位精準(zhǔn)度和控制水平居世界前列。

目前，有4000多臺(tái)跨運(yùn)車(chē)在全球1000多座集裝箱碼頭中運(yùn)營(yíng)，海外港口中半數(shù)以上使用跨運(yùn)車(chē)作業(yè)，多數(shù)為人工駕駛，無(wú)人駕駛跨運(yùn)車(chē)所占的比例小于5%。隨著智能無(wú)人跨運(yùn)車(chē)的批量生產(chǎn)，單機(jī)成本大大降低。預(yù)計(jì)未來(lái)跨運(yùn)車(chē)的自動(dòng)化率將達(dá)到20%。隨著智能制造的發(fā)展，無(wú)人駕駛的跨運(yùn)車(chē)將會(huì)有更為廣闊的市場(chǎng)前景。

鄧凌生簡(jiǎn)介：

瑞士萬(wàn)福樂(lè)中國(guó)區(qū)CEO、總裁、高級(jí)工程師

1991年發(fā)表論文《多繩絞車(chē)液壓制動(dòng)系統(tǒng)》

2003年發(fā)表論文《驚濤小舟電液伺服模擬系統(tǒng)》

2003年，上海音樂(lè)廳平移工程，頂升和平移液壓系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)和設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮

2010年被授予“中國(guó)經(jīng)濟(jì)百名杰出人物”

2012年被授予“中國(guó)經(jīng)濟(jì)新領(lǐng)軍人物”

2013 年發(fā)表論文《MD2控制器在岸橋傾轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用》

2019年被授予“國(guó)際先鋒職業(yè)經(jīng)理人”