集裝箱碼頭輪胎式龍門(mén)起重機(jī)自動(dòng)化操控系統(tǒng)的實(shí)施

熊豐華 孫強(qiáng) 金勇

摘 要：文章以實(shí)際工程為例，介紹全自動(dòng)集裝箱堆場(chǎng)輪胎式龍門(mén)起重機(jī)的裝卸工藝和自動(dòng)化操控系統(tǒng)，闡述了輪胎式龍門(mén)起重機(jī)自動(dòng)化操控系統(tǒng)的實(shí)施關(guān)鍵點(diǎn)，詳細(xì)介紹了輪胎式龍門(mén)起重機(jī)各系統(tǒng)的實(shí)施，可供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)糾偏 防搖擺 吊具位置自動(dòng)檢測(cè)

1.工程概況

和黃碼頭位于泰國(guó)東部春武里省是拉差縣，是泰國(guó)當(dāng)前最大的集裝箱碼頭港口項(xiàng)目，也是泰國(guó)境內(nèi)第一個(gè)全自動(dòng)遠(yuǎn)程操控集裝箱碼頭。本項(xiàng)目垂直碼頭長(zhǎng)1000m，堆場(chǎng)與輔建區(qū)28.5hm2。垂直碼頭配置7臺(tái)自動(dòng)化橋吊，堆場(chǎng)分D1、D2兩個(gè)箱區(qū)，D1、D2箱區(qū)各分10個(gè)封閉式堆垛區(qū)，每個(gè)堆垛區(qū)各配置1臺(tái)全自動(dòng)輪胎式龍門(mén)吊ARTG（Automated Rubbertyred Gantry Crane，ARTG），其主要參數(shù)大車(chē)速度134m/min，小車(chē)速度70m/min，吊具速度60m/min配置防搖8繩索系統(tǒng)。在集卡進(jìn)出閘口單體建筑二層配置中控室對(duì)ARTG遠(yuǎn)程操控。每臺(tái)ARTG均配置轉(zhuǎn)場(chǎng)柴油發(fā)電機(jī)、移動(dòng)連續(xù)供電系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)（SMG），單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)（ACCS）等。通過(guò)碼頭裝卸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程操控。

2.自動(dòng)化集裝箱碼頭裝卸方案

泰國(guó)和黃集裝箱碼頭項(xiàng)目海側(cè)配置7臺(tái)岸橋進(jìn)行裝卸作業(yè)，平行于碼頭岸線布置了20個(gè)堆垛區(qū)，每個(gè)堆垛區(qū)配備了1臺(tái)ARTG用于集裝箱的裝卸作業(yè)，在ARTG對(duì)集卡作業(yè)時(shí)采用 ARTG在特定階段進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)。當(dāng)ARTG自動(dòng)作業(yè)階段完成后，會(huì)將作業(yè)控制交由遠(yuǎn)程中控室（ROC）的遠(yuǎn)程控制臺(tái)進(jìn)行手動(dòng)操作。當(dāng)ARTG對(duì)集卡進(jìn)行裝箱時(shí)，在任務(wù)開(kāi)始后，中控室開(kāi)啟ARTG的自動(dòng)運(yùn)行模式，ARTG會(huì)自動(dòng)運(yùn)行到堆垛區(qū)合適的位置并抓取待裝的集裝箱，然后ARTG自動(dòng)移動(dòng)大車(chē)、小車(chē)到目標(biāo)車(chē)道上方，并將吊具下降至安全高度（離地約6m），此時(shí)切換到手動(dòng)控制，由中控室操作員在現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控畫(huà)面的指導(dǎo)下手動(dòng)進(jìn)行集卡對(duì)箱和裝箱，裝箱完畢后將吊具上升至安全高度，返回自動(dòng)模式，等待新的裝箱作業(yè)。

遠(yuǎn)程作業(yè)系統(tǒng)相當(dāng)于把傳統(tǒng)的輪胎式龍門(mén)起重機(jī)操作室搬到了遠(yuǎn)程中控室內(nèi)，并將其改造成自動(dòng)化輪胎式龍門(mén)起重機(jī)，操作員不需要在起重機(jī)上作業(yè)，為操作人員創(chuàng)造了良好舒適的工作環(huán)境。

3.ARTG相關(guān)土建結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施

3.1集裝箱堆場(chǎng)布置概述

堆場(chǎng)以中間縱向車(chē)道分兩個(gè)區(qū)布置，每個(gè)區(qū)布設(shè)10個(gè)堆垛區(qū)（行號(hào)A B C D E F G H J K），共20各堆垛區(qū)，每2個(gè)堆垛區(qū)為一個(gè)單元進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)置（分5組AB/CD/EF/GH/JK）。以東側(cè)堆場(chǎng)A、B行功能單元為例，此功能區(qū)沿著集裝箱底座基礎(chǔ)外邊沿設(shè)置圍欄，將其圍擋封閉僅在兩堆垛中間ARTG跑道梁處設(shè)置大門(mén)及門(mén)禁系統(tǒng)。功能單元包含2個(gè)堆垛區(qū)分別為A行和B行，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)堆垛區(qū)可對(duì)方38×6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，堆垛兩側(cè)設(shè)置1.5寬的ARTG跑道梁，兩堆垛中間2條ARTG跑道梁之間留設(shè)2m空間安裝ARTG滑觸線配電鋼支架。在A堆垛區(qū)北側(cè)ERTG跑道梁及B堆垛區(qū)南側(cè)ERTG跑道梁內(nèi)設(shè)置大車(chē)定位磁釘。

3.2ARTG跑道梁施工

ARTG跑道梁作為起重機(jī)的承重結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)方案和施工工藝均通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目實(shí)際檢驗(yàn)都很成熟。沙面找平、夯實(shí)及壓實(shí)度驗(yàn)收，標(biāo)高控制；鋪設(shè)150mm級(jí)配碎石、夯實(shí)驗(yàn)收壓實(shí)度；鋪設(shè)240mm厚水穩(wěn)層，分兩次鋪設(shè)，每次120mm厚，跑道梁基礎(chǔ)施工完成。跑道梁鋼筋混凝土施工，模板采用成型鋼模，鋼筋在加工場(chǎng)地預(yù)制成型現(xiàn)場(chǎng)綁扎、預(yù)留磁釘安裝孔、C30混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求方可駛?cè)階RTG。

施工過(guò)程需要注意事項(xiàng)：ARTG跑道梁基礎(chǔ)壓實(shí)時(shí)如遇軟基，應(yīng)實(shí)時(shí)換填保證基礎(chǔ)承載力；磁釘安裝要求其半徑120mm范圍內(nèi)無(wú)金屬，為確保磁釘信號(hào)不受干擾，在跑道梁中預(yù)留直徑240mm深120mm圓孔，待磁釘安裝前使用專(zhuān)用二次澆筑料澆筑后鉆孔安裝。

3.3ARTG滑觸線支架鋼構(gòu)安裝

因ARTG自動(dòng)糾偏系統(tǒng)參照物固定在滑觸線鋼支架上，顧其安裝精度要求高應(yīng)在±3mm內(nèi)，且單條支架全長(zhǎng)252m，所以其安裝精度控制為難點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)。使用全站儀精準(zhǔn)放點(diǎn)，誤差控制在±2mm內(nèi)，放樣每個(gè)立柱中心點(diǎn)，以中心點(diǎn)為基準(zhǔn)準(zhǔn)確打螺栓孔，埋設(shè)螺栓待粘結(jié)劑凝固安裝立柱，安裝導(dǎo)軌，再安裝二次立柱；調(diào)平立柱和導(dǎo)軌使其保證直線度，安裝反射板基板、安裝反射板；安裝電源滑觸線、安裝SMGX滑觸線。電源箱接入電房，SMGX接入自控中心，起重機(jī)通過(guò)自動(dòng)伸縮手臂與滑觸線接通電源和通信系統(tǒng)。

4.ARTG本機(jī)系統(tǒng)

4.1大車(chē)定位及糾偏系統(tǒng)（TSS）

大車(chē)移動(dòng)自動(dòng)控制需要在ARTG移動(dòng)電源取電臂側(cè)的滑動(dòng)電源母線支架上布置反射板，在ARTG另一側(cè)跑道梁結(jié)構(gòu)內(nèi)精確預(yù)設(shè)磁釘。在ARTG對(duì)應(yīng)位置安裝探測(cè)讀取裝置，讀出預(yù)設(shè)的磁釘或參照物，通過(guò)糾偏系統(tǒng)的測(cè)算，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)糾偏來(lái)控制大車(chē)的糾偏運(yùn)行，從而保證ARTG運(yùn)行在軌道的跑道內(nèi)。大車(chē)位置自動(dòng)控制通過(guò)探測(cè)器對(duì)磁釘和參照物的探測(cè)計(jì)算處理得出當(dāng)前位置，計(jì)算出目標(biāo)位置的剩余距離和目標(biāo)位置的標(biāo)志物來(lái)綜合控制大車(chē)的行走速度和距離。

4.2吊具位置檢測(cè)系統(tǒng)（SDS）

吊具位置檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)一系列探測(cè)器，實(shí)時(shí)將吊具位置信息傳導(dǎo)給自動(dòng)化起重機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算吊具的高度、水平面旋轉(zhuǎn)角度、傾斜角度、搖擺角度、小車(chē)方向位移和大車(chē)方向位移（見(jiàn)圖1），作為對(duì)吊具進(jìn)行微調(diào)的依據(jù)，并將偏差反饋給電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊具的安全可靠的控制。

4.3目標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)（TDS）

目標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)安裝在小車(chē)底部的兩個(gè)3D激光掃描儀實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱底座上固定的開(kāi)底反射裝置（貝位）、集裝箱堆疊高度、集裝箱尺寸、集裝箱之間間隙、起重機(jī)下集卡位置的精準(zhǔn)識(shí)別，實(shí)時(shí)傳導(dǎo)至自動(dòng)化起重機(jī)控制系統(tǒng)，為吊箱運(yùn)動(dòng)軌跡提供依據(jù)。

4.4吊具定位系統(tǒng)（LPS）

吊具定位系統(tǒng)由目標(biāo)位置檢測(cè)系統(tǒng)TDS和吊具位置檢測(cè)系統(tǒng)SDS組合實(shí)現(xiàn)，TDS 檢測(cè)目標(biāo)集裝箱的位置，SDS檢測(cè)吊具與目標(biāo)集裝箱的偏差。結(jié)合兩個(gè)系統(tǒng)完成準(zhǔn)確的疊箱。經(jīng)探測(cè)器和處理器給出目標(biāo)箱上邊緣（或開(kāi)底標(biāo)志）及吊箱下邊緣并計(jì)算出兩者的相應(yīng)值及目標(biāo)箱上邊緣及吊箱與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離。ARTG會(huì)因小車(chē)移動(dòng)、箱體過(guò)重等造成輪胎或本體變形或振動(dòng)，另外吊具是繩索吊箱，會(huì)有小車(chē)移動(dòng)或風(fēng)力等外力因素導(dǎo)致振動(dòng)的情況。探測(cè)器快速檢測(cè)出以上外力影響的偏差值，檢測(cè)出吊箱和目標(biāo)箱的實(shí)際距值，為高精度的運(yùn)動(dòng)控制提供精確數(shù)據(jù)?？刂撇⒈M可能達(dá)到吊箱堆放與電子眼檢測(cè)出目標(biāo)距離差為零，使吊箱向目標(biāo)箱上方堆放整齊。

4.5小車(chē)防撞系統(tǒng)（TSS）

小車(chē)防撞系統(tǒng)利用安裝在有軌電車(chē)（小車(chē)）平臺(tái)上的兩臺(tái)激光掃描儀，實(shí)時(shí)掃描小車(chē)方向上的集裝箱堆垛輪廓和障礙物。PLC對(duì)接收到的信息進(jìn)行識(shí)別處理，選擇大車(chē)、小車(chē)及吊具的最優(yōu)路徑，避開(kāi)運(yùn)動(dòng)軌跡上的障礙物，有效地防止碰撞。

5.視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）

每臺(tái)ARTG都配置了視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由ARTG上安裝的20個(gè)攝像頭、數(shù)據(jù)傳輸裝置、視頻處理裝置、監(jiān)控顯示設(shè)備等組成。在ARTG上特定位置配置了3個(gè)變焦攝像頭、4個(gè)探測(cè)攝像頭、13個(gè)半球形主攝像機(jī)。這些攝像頭可以在任何天氣條件下監(jiān)控ARTG周?chē)沫h(huán)境， 幫助操作員在遠(yuǎn)程操作控制室內(nèi)對(duì)ARTG的可視遠(yuǎn)程操控。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，泰國(guó)和黃項(xiàng)目D1碼頭堆場(chǎng)成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化輪胎式龍門(mén)起重機(jī)遠(yuǎn)程操控，為集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)開(kāi)辟了新的思路，為港口的發(fā)展確立新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。全系統(tǒng)使用電驅(qū)動(dòng)，體現(xiàn)低成本、高效益、節(jié)能減排、降能增效、綠色環(huán)保的世界大趨勢(shì)，因此自動(dòng)化輪胎式龍門(mén)起重機(jī)遠(yuǎn)程操控的運(yùn)用十分值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉廣紅，程澤坤，林浩.自動(dòng)化集裝箱碼頭總體布置[J].水運(yùn)工程，2013（10）： 73-78.

[2]陸青.GPS在集裝箱輪胎龍門(mén)起重機(jī)上的應(yīng)用[J].港口裝卸，2001 （01）： 10-11.