集卡引導(dǎo)系統(tǒng)在軌道吊自動(dòng)化堆場的應(yīng)用優(yōu)化

李偉

當(dāng)前，大部分新建自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場垂直于岸線布置，自動(dòng)導(dǎo)引車在海側(cè)交換區(qū)與軌道吊對接，外集卡在陸側(cè)交換區(qū)收提箱，不涉及人機(jī)交叉作業(yè)。相比之下，傳統(tǒng)集裝箱碼頭經(jīng)自動(dòng)化改造后的堆場大多平行于岸線布置，內(nèi)集卡和外集卡分別在海側(cè)和陸側(cè)作業(yè);海陸側(cè)集卡作業(yè)交互區(qū)配置檢測系統(tǒng)掃描作業(yè)集卡，輔助司機(jī)將集卡?？吭谧鳂I(yè)位置;由于作業(yè)區(qū)域內(nèi)涉及人機(jī)交互，需要設(shè)計(jì)集卡車頭防砸及防拖拽功能。本文以我國某集裝箱碼頭雙懸臂軌道吊堆場自動(dòng)化改造項(xiàng)目為例，介紹集卡引導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成和流程，并針對系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題提出優(yōu)化措施，以保障集卡交互區(qū)作業(yè)安全，提高自動(dòng)化堆場作業(yè)效率。

1 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)工作原理及作業(yè)流程

1.1 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)工作原理

集卡引導(dǎo)系統(tǒng)主要由激光掃描儀、控制器、通信鏈路、前端發(fā)光二極管（light-emitting diode，LED）顯示屏等組成，具體工作原理如下：激光掃描儀將數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)控制器，由系統(tǒng)控制器判斷集卡行駛方向、位置及其偏離軌道吊基準(zhǔn)起吊點(diǎn)的距離;同時(shí)，系統(tǒng)通過吊具可編程邏輯控制器獲取吊具尺

寸狀態(tài)、開閉鎖信號和起升高度，并將集卡偏離軌道吊起吊點(diǎn)的方向、距離等信息實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上，提示司機(jī)調(diào)整集卡停車位置以對吊鉤;如果集卡車頭停在吊具作業(yè)區(qū)，系統(tǒng)禁止吊具下放，以保護(hù)人車安全;當(dāng)系統(tǒng)接收到閉鎖信號且吊具起升高度達(dá)到要求時(shí)，提示集卡駛離，以防集卡拖拽吊具。

集卡引導(dǎo)系統(tǒng)的激光掃描儀安裝在軌道吊大車西側(cè)海陸側(cè)支腿上，離地12 m左右（見圖1），用于掃描車輛輪廓;同時(shí)，通過安裝在大車東側(cè)支腿上的LED顯示屏（見圖2）實(shí)時(shí)提示信息，引導(dǎo)司機(jī)將集卡停放到位，并將對位信息反饋至軌道吊單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)判斷集卡區(qū)作業(yè)的觸發(fā)信號。

1.2 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)作業(yè)流程

集卡引導(dǎo)系統(tǒng)的作業(yè)對象是集卡，集卡引導(dǎo)完成后，系統(tǒng)還須將集卡對位信息實(shí)時(shí)反饋至堆場自動(dòng)化系統(tǒng)，具體流程如圖3所示。

2 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)在軌道吊自動(dòng)化堆場應(yīng)用中存在的問題及優(yōu)化

集卡引導(dǎo)系統(tǒng)在軌道吊單機(jī)自動(dòng)化作業(yè)流程中起著至關(guān)重要的作用：單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)以集卡對位完成狀態(tài)為觸發(fā)點(diǎn)，判斷軌道吊小車是否向集卡區(qū)移動(dòng)作業(yè);與此同時(shí)，作為集卡交互區(qū)主要的檢測系統(tǒng)，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)須保障集卡作業(yè)安全?？梢姡ㄒ龑?dǎo)系統(tǒng)是提高單機(jī)自動(dòng)化作業(yè)效率、保障集卡作業(yè)安全的有效措施之一。針對集卡引導(dǎo)系統(tǒng)在軌道吊自動(dòng)化堆場應(yīng)用中存在的問題，可以通過檢測集卡車尾移動(dòng)、穩(wěn)定通信網(wǎng)絡(luò)等措施，提高集卡引導(dǎo)效率，保障堆場作業(yè)安全。

2.1 集卡交互區(qū)安全保障問題及優(yōu)化

（1）問題描述 海側(cè)為內(nèi)集卡作業(yè)區(qū)，內(nèi)集卡托架尺寸規(guī)范以及托架不帶蘑菇鎖頭等優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)集卡自動(dòng)化作業(yè)的前提條件。與此同時(shí)，內(nèi)集卡自動(dòng)化作業(yè)離不開集卡引導(dǎo)系統(tǒng)的保障：內(nèi)集卡司機(jī)需要根據(jù)集卡引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)和提示完成集卡對位并保持車輛靜止。當(dāng)軌道吊在集卡車道抓放箱且吊具起升高度低于10 m左右時(shí)，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)的激光信號被吊具遮擋（見圖4），無法有效判斷車輛狀態(tài);此時(shí)，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)控制器判斷集卡處于靜止?fàn)顟B(tài)，不響應(yīng)檢測到的數(shù)據(jù)信息。在激光信號被遮擋的情況下，若集卡移動(dòng)，則可能導(dǎo)致吊具砸集卡車頭，從而造成安全事故。鑒于此，有必要在軌道吊自動(dòng)化作業(yè)時(shí)對集卡移動(dòng)情況實(shí)施全過程激光檢測。

（2）優(yōu)化方案 當(dāng)?shù)蹙咂鹕叨冉抵?0 m左右時(shí)，受激光掃描儀安裝位置的限制，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)激光信號會(huì)被吊具或集裝箱遮擋，從而無法掃描集卡整體情況;但此時(shí)激光掃描儀可以掃描識別車尾狀態(tài)（見圖5），通過檢測車尾數(shù)據(jù)變化實(shí)現(xiàn)全程檢測集卡移動(dòng)狀態(tài)。如果激光掃描儀檢測到集卡車尾移動(dòng)超過15 mm，則反饋“自動(dòng)化作業(yè)過程中集卡移動(dòng)”故障跳屏至遠(yuǎn)程操作臺(tái)，自動(dòng)化流程立即停止，改由遠(yuǎn)程操作人員完成抓放箱任務(wù)。集卡引導(dǎo)系統(tǒng)檢測車尾移動(dòng)技術(shù)與軌道吊單機(jī)激光識別數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集卡移動(dòng)雙重檢測，保障堆場海側(cè)自動(dòng)化作業(yè)安全。

2.2 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)與單機(jī)通信問題及優(yōu)化

（1）問題描述 集卡引導(dǎo)系統(tǒng)控制器通過傳輸控制協(xié)議或網(wǎng)際協(xié)議與吊具可編程邏輯控制器通信，并與單機(jī)視頻網(wǎng)絡(luò)共用交換機(jī)。由于集卡引導(dǎo)系統(tǒng)與吊具可編程邏輯控制器之間開展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，對網(wǎng)絡(luò)要求極高，而視頻信號占用大量網(wǎng)絡(luò)資源，常常會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁擠，造成兩者通信延時(shí)或中斷故障，嚴(yán)重影響堆場自動(dòng)化作業(yè)流程。

（2）優(yōu)化方案 針對集卡引導(dǎo)系統(tǒng)對實(shí)時(shí)通信要求較高的特點(diǎn)，在設(shè)立虛擬局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，額外配置單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，使其與視頻信號網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)軟硬件雙重隔離，從而保證通信實(shí)時(shí)性。

2.3 集卡引導(dǎo)方式問題及優(yōu)化

（1）問題描述 當(dāng)集卡引導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)集卡對位時(shí)，若軌道吊在慢速運(yùn)行過程中與集卡的相對位置（即集卡相對軌道吊的停車作業(yè)位置）為零，則集卡引導(dǎo)系統(tǒng)會(huì)將集卡引導(dǎo)到位指令發(fā)送至單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)邏輯混亂。

（2）優(yōu)化方案 優(yōu)化集卡引導(dǎo)系統(tǒng)控制邏輯：當(dāng)單機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)有大車運(yùn)行速度反饋時(shí)，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)停止數(shù)據(jù)處理，即停止引導(dǎo)集卡;當(dāng)大車移動(dòng)到目標(biāo)貝位后，集卡引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)，引導(dǎo)作業(yè)集卡對位。

2.4 集卡尺寸問題及優(yōu)化

（1）問題描述 碼頭內(nèi)集卡數(shù)量較多，由于其采購年份和生產(chǎn)廠家各不相同，內(nèi)集卡的集裝箱托架尺寸也不盡相同，包括42英尺、43英尺和45英尺托架。在識別托架尺寸時(shí)，二維激光掃描儀沿直線掃描集卡車頭至車尾，無法準(zhǔn)確識別集卡車頭與托架間隙。42英尺、43英尺和45英尺托架與集卡車頭間隙的差異在3～10 cm，故系統(tǒng)無法準(zhǔn)確判定集卡尺寸差異，從而給海側(cè)作業(yè)集卡引導(dǎo)帶來困難，進(jìn)而影響海側(cè)自動(dòng)化作業(yè)流程。

（2）優(yōu)化方案 根據(jù)車頭尺寸和拖頭至托架尾部尺寸，確定集卡托架類型為40英尺托架、42英尺托架、43英尺托架和45英尺托架。在技術(shù)條件無法滿足要求的情況下，對集卡實(shí)施管控，僅允許45英尺托架集卡進(jìn)入海側(cè)自動(dòng)化作業(yè)區(qū)域，以保證海側(cè)自動(dòng)化作業(yè)順暢，有效降低遠(yuǎn)程操作臺(tái)使用率。

2.5 雙20英尺集裝箱裝箱效率問題及優(yōu)化

（1）問題描述 在對陸側(cè)雙20英尺集裝箱外集卡實(shí)施作業(yè)時(shí)，雙箱間距為7.5 cm左右;當(dāng)?shù)蹙咂鹕叨冉抵?.5 m左右作業(yè)后箱時(shí)，受激光系統(tǒng)誤差、箱門朝向差異等因素影響，存在后箱底與前箱重疊砸箱安全隱患。

（2）優(yōu)化方案 優(yōu)化調(diào)整吊具可編程邏輯控制器程序，當(dāng)集卡引導(dǎo)系統(tǒng)反饋當(dāng)前任務(wù)為裝后箱時(shí)，吊具帶箱下降至高度為9 m左右時(shí)減速，以便遠(yuǎn)程操作司機(jī)確認(rèn)雙箱間距或調(diào)整吊具慢速平穩(wěn)通過雙箱交界面;此時(shí)，吊具起升高度約為7 m，起升機(jī)構(gòu)限速50%運(yùn)行，下降至高度為5 m左右時(shí)慢速運(yùn)行，確保遠(yuǎn)程操作司機(jī)手動(dòng)平穩(wěn)放箱。

3 結(jié)束語

總而言之，針對集卡引導(dǎo)系統(tǒng)在軌道吊自動(dòng)化堆場應(yīng)用中的問題，可以通過優(yōu)化集卡引導(dǎo)系統(tǒng)邏輯、管控集卡行駛規(guī)范等措施，在保障集卡作業(yè)安全的同時(shí)，提高集卡引導(dǎo)效率，進(jìn)而提升堆場自動(dòng)化作業(yè)效率，增強(qiáng)碼頭競爭力。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-05-06）