跨運(yùn)車(chē)自動(dòng)化引導(dǎo)系統(tǒng)在碼頭中的應(yīng)用

◎梁晉榕 廣州港工程管理有限公司

1.自動(dòng)化港口的趨勢(shì)

世界各大自動(dòng)化碼頭或者半自動(dòng)化碼頭，越來(lái)越多的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在港口機(jī)械設(shè)備中。新型的調(diào)速設(shè)備，完美的控制裝置，高效的調(diào)度管理系統(tǒng)，數(shù)字化的通信設(shè)施，精準(zhǔn)的檢測(cè)手段、高超的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等等，為港口裝卸作業(yè)、貨場(chǎng)管理等提供了高效可靠的運(yùn)行管理模式。自動(dòng)化碼頭的裝卸工藝大致流程為：碼頭前沿配置自動(dòng)化裝卸岸橋負(fù)責(zé)船舶裝卸，由跨運(yùn)車(chē)負(fù)責(zé)集裝箱在岸邊和堆場(chǎng)內(nèi)的水平運(yùn)輸，由帶外伸臂的軌道吊負(fù)責(zé)堆場(chǎng)內(nèi)的裝卸。

隨著自動(dòng)化碼頭技術(shù)的不斷成熟，建設(shè)成本進(jìn)一步下降，國(guó)內(nèi)的人力資源成本逐漸提升，自動(dòng)化碼頭將成為集裝箱碼頭未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭的情況分析，未來(lái)自動(dòng)化碼頭建設(shè)會(huì)朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是大型海港或新建碼頭采用“自動(dòng)化岸橋+AGV+ARMG”的模式建設(shè)全自動(dòng)化集裝箱碼頭，具有自動(dòng)化程度高、維護(hù)成本低、穩(wěn)定性可靠的特點(diǎn)，是未來(lái)新建大型海港碼頭的一種發(fā)展趨勢(shì)；二是現(xiàn)存碼頭采用傳統(tǒng)“半自動(dòng)岸橋+集卡+ARMG”的自動(dòng)化堆場(chǎng)模式，具有投資規(guī)模小、技術(shù)成熟、實(shí)施周期短、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，是現(xiàn)存碼頭半自動(dòng)化改造的一個(gè)新發(fā)展方向。

2.跨運(yùn)車(chē)自動(dòng)化引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 CPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前跨運(yùn)車(chē)自動(dòng)化引導(dǎo)系統(tǒng)主要是以CPS系統(tǒng)為主，系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1所示。激光器通過(guò)以太網(wǎng)連接到聯(lián)系梁自動(dòng)控制柜，再通過(guò)光轉(zhuǎn)化后，長(zhǎng)距離傳輸?shù)诫姎夥康墓た貦C(jī)，最后通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸處理，然后通過(guò)串口RS232傳輸MOXA與PLC通訊，同時(shí)工控機(jī)處理數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸至電氣房RVS交換機(jī)，最終傳輸至中控室。

2.2 CPS系統(tǒng)的應(yīng)用

CPS系統(tǒng)適用于水平運(yùn)輸?shù)母鞣N跨運(yùn)車(chē)，如AGV、IGV、集卡等，工況見(jiàn)圖1所示。CPS系統(tǒng)需要掃描的工況有前20尺位置裝卸車(chē)、后20英尺位置裝卸車(chē)、中20英尺位置裝卸車(chē)、雙20英尺位置雙箱裝卸車(chē)、40英尺位置裝卸車(chē)、45英尺位置裝卸車(chē)六種工況。中控司機(jī)根據(jù)跨運(yùn)車(chē)工況選擇車(chē)道號(hào)、裝卸類(lèi)型、駛?cè)敕较颉⒉僮飨漕?lèi)型等參數(shù)后，啟動(dòng)CPS系統(tǒng)。CPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)掃描檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到跨運(yùn)車(chē)駛?cè)牒?，指示屏?xí)@示引導(dǎo)信息，待跨運(yùn)車(chē)到達(dá)指定標(biāo)準(zhǔn)位置后，岸橋或軌道吊就可以實(shí)施集裝箱抓放功能。

圖1 CPS系統(tǒng)模塊及工況示意圖

在岸橋從船上抓卸集裝箱的過(guò)程中，CPS系統(tǒng)就已經(jīng)完成了對(duì)跨運(yùn)車(chē)的裝卸位置引導(dǎo)，裝卸流程更流暢，工作效率更高，岸橋自動(dòng)放箱率達(dá)到了90%以上，甚至軌道吊自動(dòng)放箱率達(dá)到了95%以上。自動(dòng)化效率的提高，減少了司機(jī)的介入裝卸箱開(kāi)閉鎖的時(shí)間。在傳統(tǒng)的岸橋裝卸過(guò)程中，往往都是一名司機(jī)操作一臺(tái)岸橋，為了準(zhǔn)確放箱，司機(jī)還需要移動(dòng)岸橋小車(chē)或大車(chē)以匹配跨運(yùn)車(chē)的準(zhǔn)確裝卸位置，CPS系統(tǒng)應(yīng)用后，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，甚至還允許一名司機(jī)同時(shí)操控幾臺(tái)岸橋的自動(dòng)化裝卸過(guò)程。

3.現(xiàn)有跨運(yùn)車(chē)自動(dòng)化引導(dǎo)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

CPS系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用在各自動(dòng)化碼頭，同時(shí)也應(yīng)用在很多舊集裝箱碼頭改造成半自動(dòng)化集裝箱裝卸碼頭中。經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在CPS系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，跨運(yùn)車(chē)往往需要根據(jù)位置引導(dǎo)指示屏提示的信息反復(fù)調(diào)整前后位置，最終完成定位，雖然該位置的實(shí)際偏差保持在0～200mm的有效誤差范圍，對(duì)單箱裝卸時(shí)造成的影響可以忽略不計(jì)，但是當(dāng)需要跨運(yùn)車(chē)同車(chē)裝卸兩個(gè)集裝箱時(shí)，就會(huì)因?yàn)?00mm的誤差導(dǎo)致吊具在放箱時(shí)產(chǎn)生磕碰，此時(shí)就需要人工現(xiàn)場(chǎng)通知司機(jī)再次移車(chē)，才能完成兩個(gè)箱子的裝車(chē)。另外，集卡引導(dǎo)時(shí)往往因?yàn)檐?chē)型的不一致性，導(dǎo)致CPS系統(tǒng)基于不同車(chē)型做出的引導(dǎo)結(jié)果也會(huì)存在較大偏差。最后就是CPS系統(tǒng)受環(huán)境影響較大時(shí)，如下雨天、粉塵等，也會(huì)對(duì)引導(dǎo)的精度和識(shí)別造成了困擾。

4.跨運(yùn)車(chē)自動(dòng)化引導(dǎo)系統(tǒng)的改進(jìn)

針對(duì)CPS系統(tǒng)普遍存在的引導(dǎo)位置精度偏差較大的問(wèn)題，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化提高碼頭裝卸效率，南沙某碼頭進(jìn)行了一次跨運(yùn)車(chē)雙箱間距標(biāo)準(zhǔn)化方案設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的有：第一，提高引導(dǎo)定位精度；第二，實(shí)現(xiàn)集裝箱雙箱間距標(biāo)準(zhǔn)化，提高雙箱吊具利用率。

跨運(yùn)車(chē)停車(chē)定位檢測(cè)系統(tǒng)基于CPS系統(tǒng)的前提下，增加一套對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)，安裝在岸橋下橫梁位置或者軌道吊下橫梁的位置，見(jiàn)圖2。該檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念借鑒了吊具雙箱檢測(cè)系統(tǒng)的功能，兩套系統(tǒng)穿插引導(dǎo)，CPS系統(tǒng)引導(dǎo)為主、光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)精準(zhǔn)啟停為輔，簡(jiǎn)單而實(shí)用。

圖2 光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)安裝示意圖

控制流程如下：當(dāng)空車(chē)在CPS系統(tǒng)引導(dǎo)下，到達(dá)指定位置，完成第一個(gè)集裝箱裝車(chē)。如果生產(chǎn)管理系統(tǒng)要求該集卡需要繼續(xù)裝運(yùn)第二個(gè)集裝箱時(shí)，雙箱標(biāo)準(zhǔn)間距檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)。系統(tǒng)在CPS系統(tǒng)的繼續(xù)引導(dǎo)下，繼續(xù)前行至后20英尺集裝箱位的過(guò)程中，光電開(kāi)關(guān)B感應(yīng)到集裝箱時(shí)，繼電器KMB得電閉合，而光電開(kāi)關(guān)A未感應(yīng)，則前行指示燈 3 點(diǎn)亮，指示集卡司機(jī)繼續(xù)向前行駛；當(dāng)光電開(kāi)關(guān) A感應(yīng)到集裝箱時(shí)，繼電器KMA得電閉合，此時(shí)光電開(kāi)關(guān)A和B繼續(xù)閉合，到位指示燈點(diǎn)亮，其他燈熄滅，說(shuō)明集卡定位成功。如果跨運(yùn)車(chē)?yán)^續(xù)向前行駛，則光電開(kāi)關(guān)B斷開(kāi)，KMB失電，到位指示燈熄滅、倒車(chē)指示燈點(diǎn)亮，指示倒車(chē)。當(dāng)完成兩個(gè)集裝箱裝車(chē)后，光電開(kāi)關(guān)C感應(yīng)到集裝箱時(shí)，繼電器KMC得電，離開(kāi)指示燈亮，完成一個(gè)流程。

雙箱標(biāo)準(zhǔn)間隙，可以有效提高吊具調(diào)整雙箱中鎖位置的效率。每個(gè)碼頭的雙箱吊具都會(huì)因吊裝司機(jī)的個(gè)人習(xí)慣不同而不同，這方面的差異就需要利用到雙箱吊具自帶的雙箱標(biāo)準(zhǔn)間距記憶功能，待司機(jī)根據(jù)船上的雙箱間距調(diào)整吊具中鎖，完成著箱后，此時(shí)就可以在起升過(guò)程中吊具自動(dòng)調(diào)整雙箱間距至標(biāo)準(zhǔn)模式，后續(xù)就能實(shí)現(xiàn)裝卸流程雙箱間隙標(biāo)準(zhǔn)化裝卸，反之亦然。綜上所述，不管是單箱先后兩次裝車(chē)，還是雙箱同時(shí)裝車(chē)，只要保證水平運(yùn)輸設(shè)備上的雙箱之間是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的固定值，那么就可以大大降低司機(jī)調(diào)整吊具中鎖的難度和減少調(diào)整的時(shí)間。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)使用后的定位時(shí)間由約28s/次降到約15s/次，集卡定位效率提高187%，一次性定位成功率由原來(lái) 90% 左右提高到 99% 左右，且在作業(yè)過(guò)程中省去指揮人員引導(dǎo)（當(dāng)CPS定位誤差較大時(shí)，指揮人員負(fù)責(zé)指引司機(jī)前行），節(jié)省人力成本，增加了作業(yè)安全性。

5.結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)的大型自動(dòng)化碼頭中，AGV車(chē)及IGV車(chē)是當(dāng)前最流行的跨運(yùn)車(chē)設(shè)備，該類(lèi)跨運(yùn)車(chē)具有外觀整齊劃一、可專(zhuān)業(yè)化定制、備件互換性高等特點(diǎn)，都能大大配合CPS系統(tǒng)提高定位精度。同時(shí)，在南沙某碼頭的設(shè)計(jì)中，IGV車(chē)還配備了雙目立體視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，北斗定位系統(tǒng)等冗余控制措施，提高了自動(dòng)化生產(chǎn)的安全性、可靠性。