劉楊得志

上海國(guó)際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

大型自動(dòng)化集裝箱碼頭采用雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱岸橋)。自動(dòng)化雙小車岸橋配有兩部可以獨(dú)立運(yùn)行的起重小車。通過程序?qū)﹄姎庠O(shè)備的控制，使岸橋達(dá)到高度自動(dòng)化，岸橋操作員只需在主小車對(duì)箱時(shí)進(jìn)行人工操作，門架小車完全自動(dòng)運(yùn)行，可有效提高裝卸效率[1]。岸橋上的中轉(zhuǎn)平臺(tái)作為主門小車抓放箱過程中的緩存區(qū)域，設(shè)有2個(gè)供集裝箱放置的臺(tái)座，并且工人拆裝鎖扭流程在中轉(zhuǎn)平臺(tái)上進(jìn)行。作為人機(jī)交互作業(yè)的重要區(qū)域，中轉(zhuǎn)平臺(tái)上的流程規(guī)劃和安全管理至關(guān)重要[2]。

2 分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)介紹

自動(dòng)化雙小車岸橋兩部起重小車分別工作在不同軌道上，互不干擾，其中主小車沿岸橋大梁上的軌道運(yùn)行，門架小車的運(yùn)行軌道敷設(shè)在門框聯(lián)系梁上。雙小車岸橋?qū)鹘y(tǒng)岸橋的一次性抓箱到軌內(nèi)集卡車上的流程改進(jìn)為主小車負(fù)責(zé)船舶作業(yè)，抓箱后放到中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座，再由門架小車自動(dòng)運(yùn)行至平臺(tái)上方并抓箱，吊運(yùn)至目標(biāo)AGV(Automated Guided Vehicle，自動(dòng)導(dǎo)引車)車道放箱運(yùn)送到堆場(chǎng)。其中，遠(yuǎn)程操作員只需手動(dòng)操作主小車對(duì)箱過程，其余流程均為自動(dòng)運(yùn)行。

雙小車岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)不僅承擔(dān)主門小車中轉(zhuǎn)接力的作用，同時(shí)，鎖扭工拆裝鎖扭作業(yè)也從傳統(tǒng)碼頭的軌內(nèi)轉(zhuǎn)移到中轉(zhuǎn)平臺(tái)上進(jìn)行，是自動(dòng)化岸橋上唯一人機(jī)交互作業(yè)的區(qū)域。中轉(zhuǎn)平臺(tái)一般設(shè)計(jì)在岸橋陸側(cè)下橫梁上，平臺(tái)海陸兩側(cè)分別設(shè)有1個(gè)臺(tái)座，每個(gè)臺(tái)座可以放置單40 ft或雙20 ft集裝箱。臺(tái)座周圍設(shè)有安全通道供人員作業(yè)。傳統(tǒng)整體式雙小車岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)布置見圖1，每個(gè)臺(tái)座下方留有4個(gè)鎖扭框空間，用于放置鎖扭框儲(chǔ)存鎖扭，鎖扭框與臺(tái)座集成一體。人員安全通道設(shè)置在臺(tái)座內(nèi)部，為3條左右行走通道，為了保證人員作業(yè)安全，鎖扭工被強(qiáng)制要求在候工室等待直到中轉(zhuǎn)平臺(tái)抓放箱作業(yè)完成。

圖1 傳統(tǒng)中轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

根據(jù)全自動(dòng)化集裝箱碼頭特點(diǎn)和作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，將中轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)為分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)(見圖2)。分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)對(duì)臺(tái)座、鎖扭框、導(dǎo)向架以及人員安全通道均進(jìn)行了改造。集裝箱臺(tái)座改為固定式，鎖扭框與臺(tái)座分離放置在平臺(tái)海陸兩側(cè)布置的2組鎖扭架內(nèi)，鎖扭架可以單獨(dú)起吊，每組鎖扭架可以存放8個(gè)鎖扭框。人員安全通道取消原有的兩臺(tái)座之間的通道，新增3條海陸方向通道，可供鎖扭工更高效進(jìn)行單20 ft或雙20 ft工況鎖扭拆裝作業(yè)。

圖2 分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3 中轉(zhuǎn)平臺(tái)拆裝鎖扭流程規(guī)劃

中轉(zhuǎn)平臺(tái)作為鎖扭工拆裝鎖扭的主要區(qū)域，對(duì)鎖扭工作業(yè)流程制定規(guī)范，在主、門小車對(duì)中轉(zhuǎn)平臺(tái)放箱過程中，作業(yè)人員要站在候工室旁等候，當(dāng)作業(yè)提示燈綠燈閃爍，有鎖扭需要拆裝時(shí)，人員按下“進(jìn)臺(tái)座”按鈕，自動(dòng)流程中止；進(jìn)入安全通道完成作業(yè)任務(wù)后，人員回到操作盒旁，按下“鎖扭確認(rèn)”，自動(dòng)流程繼續(xù)門架或主小車對(duì)平臺(tái)抓箱。

中轉(zhuǎn)平臺(tái)通常配置1～2名鎖扭工進(jìn)行拆裝鎖扭作業(yè)，針對(duì)不同工況合理規(guī)劃作業(yè)路線，可以有效地減少拆裝時(shí)間，加快集裝箱裝卸速度。以單人單吊具雙20 ft箱工況為例，傳統(tǒng)平臺(tái)裝卸路線見圖3(a)，分離式平臺(tái)裝卸路線見圖3(b)。

圖3 單人單吊具雙20 ft箱工況

2種作業(yè)路線主要區(qū)別在于分離式平臺(tái)設(shè)有海陸方向通道，根據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖安全通道長(zhǎng)度l=15 m，寬度w=2.9 m。拆裝鎖扭所用時(shí)間T可以分為人員行走所需時(shí)間和拆裝鎖扭所需時(shí)間。通常情況下，人員在2種平臺(tái)上的步行速度與拆裝速度都是相同的。因此，只對(duì)2種平臺(tái)人員作業(yè)時(shí)的路線用時(shí)進(jìn)行比較：

(1)

式中，t傳統(tǒng)為整體式平臺(tái)用時(shí)；t新為分離式平臺(tái)用時(shí)；v為人員步行速度。

Δt=t傳統(tǒng)-t新

(2)

將式(1)代入到式(2)中，得到兩者時(shí)間差并將尺寸數(shù)據(jù)代入，計(jì)算出比傳統(tǒng)路線減少用時(shí)25.7%。同理，可得到其余工況用時(shí)情況，見表1。

表1 鎖扭工單次路程所用時(shí)間比較

通過分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)與傳統(tǒng)平臺(tái)在多種工況下鎖扭拆裝所需時(shí)間的對(duì)比，分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)作業(yè)流程更加高效，可以有效地縮短鎖扭拆裝工程所用時(shí)間。

4 中轉(zhuǎn)平臺(tái)安全設(shè)施分布與安全管理

岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)需要同時(shí)保證生產(chǎn)效率和人員安全。分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)在提升人工作業(yè)效率的同時(shí)，設(shè)置多種安全措施并制定安全管理細(xì)則，包括多組鎖扭操作盒、LED作業(yè)提示燈、光柵安全檢測(cè)、緊急停止按鈕等裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的安全防護(hù)。

中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座兩側(cè)各設(shè)有1個(gè)操作盒，操作盒上面布置3種功能按鈕。其中， “鎖扭異?！卑粹o用于集裝箱鎖扭無(wú)法拆除的異常工況；“進(jìn)臺(tái)座”按鈕用于作業(yè)人員準(zhǔn)備進(jìn)入安全通道進(jìn)行鎖扭拆裝，提示遠(yuǎn)程操作員此時(shí)通道內(nèi)有人員作業(yè)，岸橋自動(dòng)化流程中止，設(shè)備只能手動(dòng)操作，需要設(shè)備控制員重發(fā)指令恢復(fù)自動(dòng)運(yùn)行；“鎖扭確認(rèn)”按鈕用于平臺(tái)作業(yè)人員完成鎖扭拆裝后，退出平臺(tái)已到達(dá)安全位置，岸橋自動(dòng)化流程繼續(xù)對(duì)箱作業(yè)。每個(gè)操作盒旁均設(shè)置1塊LED作業(yè)提示燈，作業(yè)提示燈使用紅綠兩色，現(xiàn)場(chǎng)人員根據(jù)提示判斷工況，其中燈熄滅時(shí)，表示當(dāng)前不進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)，人員可以自由進(jìn)出平臺(tái)；紅燈閃爍時(shí)，表示當(dāng)前正在作業(yè)，提示人員不允許進(jìn)入平臺(tái)作業(yè)區(qū)域；綠燈閃爍時(shí)，表示當(dāng)前有集裝箱拆鎖鈕或裝鎖鈕指示，提示人員進(jìn)入平臺(tái)作業(yè)。操作指令和LED提示燈有效搭配，使鎖扭工明確現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀態(tài)，并且通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的判斷，擁有主動(dòng)中斷作業(yè)的能力，提高現(xiàn)場(chǎng)人員主觀安全性。

同時(shí)，為防止人員違規(guī)進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，杜絕人為風(fēng)險(xiǎn)，平臺(tái)安全通道的每個(gè)入口都安裝了光柵安全檢測(cè)裝置，用于提前檢測(cè)誤入人員，保護(hù)人員免受機(jī)械的傷害。裝置主要由發(fā)光器、受光器和控制器組成。光柵發(fā)光器作為光源向外發(fā)射紅外線，受光器即為接受者，接受紅外線。光柵的一邊等距離裝有多個(gè)紅外發(fā)射管，另一邊相應(yīng)擺放數(shù)量相同的紅外接受管，每一個(gè)紅外發(fā)射管都對(duì)應(yīng)一個(gè)紅外接受管，且裝置在同一條直線上。正常無(wú)人通過的情況下，同一條直線上的紅外發(fā)射管、紅外接受管之間沒有障礙物，因此，光柵檢測(cè)裝置紅外發(fā)光器發(fā)出的調(diào)制信號(hào)都能順暢抵達(dá)紅外線受光器。紅外線受光器接收到調(diào)制信號(hào)后，內(nèi)部電路輸出低電平。當(dāng)有人員進(jìn)入時(shí)，光柵發(fā)光器與受光器之間存在障礙物，紅外發(fā)光器發(fā)出的調(diào)制信號(hào)不能順暢抵達(dá)紅外受光器，此時(shí)受光器接收不到調(diào)制信號(hào)，相應(yīng)的內(nèi)部電路輸出為高電平。受光器接收信號(hào)后通過信號(hào)電纜傳輸?shù)娇刂破?，控制器將此信?hào)進(jìn)行處理反饋給主控PLC，設(shè)備小車及起升動(dòng)作允許中斷，并聯(lián)動(dòng)蜂鳴器警告誤入人員當(dāng)前操作違規(guī)，令其盡快退出作業(yè)區(qū)域。遠(yuǎn)程操作員可通過多組攝像頭觀察平臺(tái)情況，聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)安防人員制止違規(guī)行為，確定現(xiàn)場(chǎng)安全后按下復(fù)位按鈕恢復(fù)作業(yè)。

除以上安全管理措施外，中轉(zhuǎn)平臺(tái)左右兩側(cè)門腿上設(shè)有緊急停止按鈕，按下按鈕后岸橋所有運(yùn)行中斷，無(wú)法遠(yuǎn)程恢復(fù)。岸橋作業(yè)過程中，緊急停止會(huì)對(duì)電氣設(shè)備、鋼絲繩等造成較大沖擊，只有在發(fā)生特殊危險(xiǎn)情況時(shí)使用，事后需將緊急停止原因詳細(xì)匯報(bào)。

5 結(jié)語(yǔ)

該方案已經(jīng)在某自動(dòng)化碼頭投入使用，運(yùn)行效果表明，分離式中轉(zhuǎn)平臺(tái)與傳統(tǒng)整體平臺(tái)相比，生產(chǎn)效率明顯提高，人員安全性得到有效保證，可以為自動(dòng)化碼頭運(yùn)營(yíng)管理提供參考。