雙小車自動(dòng)化岸橋淺析

施建華，方吉

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

20世紀(jì)中葉，對于集裝箱化的海洋運(yùn)輸剛剛開始，裝卸效率的提高一向是全世界各大集裝箱碼頭港口發(fā)展的首要話題。到了20世紀(jì)末，集裝箱自動(dòng)化裝卸技術(shù)開始進(jìn)入大家的視線。進(jìn)入21世紀(jì)后，港口集裝箱的裝卸從以往對效率的追求，改為向人工智能化、自動(dòng)化的追求而延伸，搭上科技的潮流、實(shí)現(xiàn)智能化已成為傳統(tǒng)港口關(guān)注度很高的一個(gè)焦點(diǎn)。港口作為城市經(jīng)濟(jì)騰飛的一個(gè)重要標(biāo)志，集裝箱碼頭作為實(shí)現(xiàn)港口功能的主要形式具有不可動(dòng)搖的地位。自從全球經(jīng)濟(jì)合作越來越深入，建造或者改造自動(dòng)化的集裝箱碼頭就備受全球各個(gè)碼頭的青睞。

第1代自動(dòng)化集裝箱碼頭是位于荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭，于90年代初投入運(yùn)營，是全球第1代自動(dòng)化集裝箱碼頭的代表。第2代自動(dòng)化集裝箱碼頭是位于德國漢堡港的CTA碼頭，它的獨(dú)特之處在于，擁有由振華重工研制的雙起升雙小車岸橋，該岸橋具有2種不同功能的小車，分別是主小車和門架小車。這2種小車位置不同、功能不同，以交替、往返、接力的形式進(jìn)行裝卸，極大提高了作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)化。第3代自動(dòng)化集裝箱碼頭是位于美國長灘港的LBCT碼頭，與之前的自動(dòng)化碼頭相比，該碼頭集前兩代的優(yōu)點(diǎn)，并搭載了最新的港口設(shè)備技術(shù)，大大提高了碼頭的人工智能化、信息化水平。LBCT碼頭不僅應(yīng)用了振華重工的第2代大型雙起升雙小車岸橋技術(shù)，同時(shí)還采用了AGV小車，使得定位更為精準(zhǔn)。這些先進(jìn)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，大幅提高了該碼頭的自動(dòng)化水平。

1 LBCT自動(dòng)化集裝箱碼頭的簡介

LBCT港位于美國加州長灘市的東南角，正好處于通往東太平洋的入海處。從世界各地開來的集裝箱貨船可以自由系駁在此。LBCT港使用的是ZPMC制造的世界級一流的岸邊集裝箱起重機(jī)，具有半自動(dòng)控制系統(tǒng)、雙小車系統(tǒng)、以及其他創(chuàng)新技術(shù)。LBCT岸橋的高度固然是使它高效率作業(yè)的重要因素，但是在經(jīng)過觀察與研究各個(gè)碼頭的現(xiàn)場作業(yè)情況后，LBCT設(shè)想到了一種超現(xiàn)代化的岸橋方案，一種被稱為半自動(dòng)操作系統(tǒng)的方案。岸橋司機(jī)可以完全只專注于從船上抓箱以及放箱，其他的任務(wù)全部交給岸橋控制系統(tǒng)完成，自動(dòng)選擇最短的路徑將集裝箱安全地放置在陸側(cè)中轉(zhuǎn)平臺上任意一個(gè)箱位上。LBCT岸橋裝備了2套小車系統(tǒng)：主小車和門架小車。主小車可以跨過船以及陸側(cè)上方作業(yè)，其允許半自動(dòng)運(yùn)行，但是運(yùn)行過程中必須有起重機(jī)司機(jī)在司機(jī)室內(nèi)操作或者監(jiān)護(hù)。門架小車僅僅可以在陸側(cè)上方作業(yè)，作業(yè)過程中它是完全自動(dòng)化的，通常不需要司機(jī)去干預(yù)其運(yùn)行。起重機(jī)可以在集裝箱船、中轉(zhuǎn)平臺、AGV（自動(dòng)引導(dǎo)小車）通道、以及陸側(cè)集卡通道上進(jìn)行主要的集裝箱裝卸作業(yè)。

2 LBCT自動(dòng)化岸橋的作業(yè)流程（見圖1）

3 LBCT自動(dòng)化岸橋的主要系統(tǒng)

在整個(gè)作業(yè)過程中有強(qiáng)大的控制系統(tǒng)進(jìn)行管理，岸橋上主要有以下參與自動(dòng)控制的部分。

（1）ECS/TAP。碼頭管理與計(jì)劃控制系統(tǒng)，通過其向起重機(jī)系統(tǒng)發(fā)出工作指令，ECS/TAP還向起重機(jī)提供集裝箱船的?？糠较蚝推渚唧w的集裝箱分布情況。其管控著：岸橋與AGV防撞控制、實(shí)時(shí)集裝箱動(dòng)作與集裝箱信息校驗(yàn)控制、理貨員操作控制、作業(yè)順序控制以及中轉(zhuǎn)平臺上集裝箱位置的控制。

（2）Crane Controller。岸橋控制器，岸橋控制系統(tǒng)的大腦，它檢測并控制執(zhí)行著各種信號，LBCT岸橋使用的是ABB的CPU，主要使用2個(gè)CPU進(jìn)行控制，分別控制手動(dòng)和自動(dòng)模式。

（3）Ship Profile Scanner (SPS)。船形掃描儀，安裝于主小車架下方的激光傳感器，用于實(shí)時(shí)掃描并更新集裝箱船上集裝箱的堆垛情況，掃描的信息用于控制器計(jì)算出安全路徑，以及計(jì)算智能減速區(qū)域，大大提高作業(yè)效率。

圖1 LBCT自動(dòng)化岸橋的作業(yè)流程

（4）Target Position Sensor (TPS)。目標(biāo)位置傳感器，LBCT岸橋的TPS安裝于門架左側(cè)聯(lián)系梁下方。它的用處是用來判別門架下方的AGV是否到位，從而判定是否可以抓箱或者放箱。AGV是否到位的狀態(tài)，在司機(jī)室內(nèi)有一指示燈以顯示AGV的狀態(tài)，在AGV上抓箱或者放箱之前必須確認(rèn)AGV是否到位。

（5）Load Position Sensor（LPS）。吊具位置傳感器，LPS是用于檢測吊具相對于小車的方位，它由兩部分組成：一個(gè)安裝于小車架底部，向下照射的攝像頭；一個(gè)安裝在吊具上架上方，向上發(fā)射光電信號的發(fā)射板。這兩樣加起來，加上實(shí)時(shí)的起升高度信息，可以計(jì)算出吊具的實(shí)時(shí)位置，以便于計(jì)算和控制吊具的搖擺動(dòng)作，每個(gè)小車都有一個(gè)LPS。

（6）Sway Control。防搖控制是一個(gè)系統(tǒng)。包括起重機(jī)控制器在內(nèi)，可以通過LPS實(shí)時(shí)傳回的檢測數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算并控制起升以及小車動(dòng)作，以減少吊具以及吊具下集裝箱的搖擺狀態(tài)。防搖控制在自動(dòng)模式情況下保持為常開狀態(tài)，在手動(dòng)作業(yè)狀態(tài)下也可以開啟這項(xiàng)功能。在防搖控制開啟的過程中，可以看到集裝箱在空中呈現(xiàn)出完美的拋物線路徑，而非傳統(tǒng)的前后搖晃形式。

（7）Skew Control。傾轉(zhuǎn)控制，傾轉(zhuǎn)控制也是一個(gè)系統(tǒng)，包括起重機(jī)控制器在內(nèi)，可以控制吊具的傾轉(zhuǎn)姿態(tài)。由于船舶?？繒r(shí)，可能存在一定前后左右的傾斜，而陸側(cè)中轉(zhuǎn)平臺或者集卡都是在水平位置，吊具在海側(cè)每次作業(yè)都需要保持相同的傾斜度以方便作業(yè)，在自動(dòng)傾轉(zhuǎn)控制開啟后，不需要司機(jī)對傾轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，可的自動(dòng)在海陸側(cè)從水平到傾斜狀態(tài)切換，提高司機(jī)的作業(yè)效率。

（8）User Interface。Cabin View 安裝在司機(jī)室內(nèi)司機(jī)座椅旁邊的一個(gè)觸摸顯示屏，其可顯示岸橋整機(jī)的狀態(tài)信息，以及碼頭控制室發(fā)送過來的工作令（Work Order）和顯示岸橋故障信息。Control buttons, pedals, indicators 安裝在司機(jī)室座椅旁邊，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的操作站，腳踏開關(guān)以及在司機(jī)前下方的顯示器等，顯示及實(shí)施自動(dòng)化的控制狀態(tài)。圖2為自動(dòng)控制部件的安裝分布圖。

以上這些是實(shí)現(xiàn)LBCT岸橋高效率作業(yè)的必要組成部分，此外岸橋?qū)瓤刂埔泊嬖谙喈?dāng)?shù)囊?。由于?個(gè)CPU同時(shí)控制整個(gè)岸橋運(yùn)轉(zhuǎn)，因此也與其他常規(guī)岸橋不同。主起升和門架起升以及俯仰機(jī)構(gòu)都使用了2個(gè)絕對值編碼器，2組編碼器值實(shí)時(shí)比較，確保安全；主小車和門架小車都使用了SICK的磁桿編碼器，確保小車位置的精準(zhǔn)控制；大車機(jī)構(gòu)也采用了預(yù)埋磁桿的編碼器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控大車在碼頭岸線上的位置；另外，在門架起升上架上還使用了Micro Motion油缸補(bǔ)償裝置，通過油缸伸縮控制上架在水平方向上的前后左右移動(dòng)，確保門架起升的抓箱成功率。LBCT岸橋集多種創(chuàng)新，確保了它的高效、準(zhǔn)確，使其成為世界起重機(jī)中的標(biāo)桿。

圖2 自動(dòng)控制部件的安裝分布圖

4 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)全球化推動(dòng)了世界航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的新碼頭已經(jīng)投入建設(shè)，老碼頭也開始在換代或者升級。打造新一代的智能港口，實(shí)現(xiàn)港口的自動(dòng)化已經(jīng)成為港口業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我們有理由相信，智能化碼頭的未來是光明的。