雙小車岸邊集裝箱起重機分離式中轉(zhuǎn)平臺流程規(guī)劃與安全管理措施

劉楊得志

上海國際港務(wù)(集團)股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

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

2 分離式中轉(zhuǎn)平臺介紹

自動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行，門架小車的運行軌道敷設(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為主小車負責船舶作業(yè)，抓箱后放到中轉(zhuǎn)平臺臺座，再由門架小車自動運行至平臺上方并抓箱，吊運至目標AGV(Automated Guided Vehicle，自動導引車)車道放箱運送到堆場。其中，遠程操作員只需手動操作主小車對箱過程，其余流程均為自動運行。

雙小車岸橋中轉(zhuǎn)平臺不僅承擔主門小車中轉(zhuǎn)接力的作用，同時，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)平臺上進行，是自動化岸橋上唯一人機交互作業(yè)的區(qū)域。中轉(zhuǎn)平臺一般設(shè)計在岸橋陸側(cè)下橫梁上，平臺海陸兩側(cè)分別設(shè)有1個臺座，每個臺座可以放置單40 ft或雙20 ft集裝箱。臺座周圍設(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)平臺布置見圖1，每個臺座下方留有4個鎖扭框空間，用于放置鎖扭框儲存鎖扭，鎖扭框與臺座集成一體。人員安全通道設(shè)置在臺座內(nèi)部，為3條左右行走通道，為了保證人員作業(yè)安全，鎖扭工被強制要求在候工室等待直到中轉(zhuǎn)平臺抓放箱作業(yè)完成。

圖1 傳統(tǒng)中轉(zhuǎn)平臺結(jié)構(gòu)

根據(jù)全自動化集裝箱碼頭特點和作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，將中轉(zhuǎn)平臺結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計為分離式中轉(zhuǎn)平臺(見圖2)。分離式中轉(zhuǎn)平臺對臺座、鎖扭框、導向架以及人員安全通道均進行了改造。集裝箱臺座改為固定式，鎖扭框與臺座分離放置在平臺海陸兩側(cè)布置的2組鎖扭架內(nèi)，鎖扭架可以單獨起吊，每組鎖扭架可以存放8個鎖扭框。人員安全通道取消原有的兩臺座之間的通道，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)平臺結(jié)構(gòu)

3 中轉(zhuǎn)平臺拆裝鎖扭流程規(guī)劃

中轉(zhuǎn)平臺作為鎖扭工拆裝鎖扭的主要區(qū)域，對鎖扭工作業(yè)流程制定規(guī)范，在主、門小車對中轉(zhuǎn)平臺放箱過程中，作業(yè)人員要站在候工室旁等候，當作業(yè)提示燈綠燈閃爍，有鎖扭需要拆裝時，人員按下“進臺座”按鈕，自動流程中止；進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”，自動流程繼續(xù)門架或主小車對平臺抓箱。

中轉(zhuǎn)平臺通常配置1～2名鎖扭工進行拆裝鎖扭作業(yè)，針對不同工況合理規(guī)劃作業(yè)路線，可以有效地減少拆裝時間，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)平臺裝卸路線見圖3(a)，分離式平臺裝卸路線見圖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)別在于分離式平臺設(shè)有海陸方向通道，根據(jù)平臺設(shè)計圖安全通道長度l=15 m，寬度w=2.9 m。拆裝鎖扭所用時間T可以分為人員行走所需時間和拆裝鎖扭所需時間。通常情況下，人員在2種平臺上的步行速度與拆裝速度都是相同的。因此，只對2種平臺人員作業(yè)時的路線用時進行比較：

(1)

式中，t傳統(tǒng)為整體式平臺用時；t新為分離式平臺用時；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，得到兩者時間差并將尺寸數(shù)據(jù)代入，計算出比傳統(tǒng)路線減少用時25.7%。同理，可得到其余工況用時情況，見表1。

表1 鎖扭工單次路程所用時間比較

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

4 中轉(zhuǎn)平臺安全設(shè)施分布與安全管理

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

中轉(zhuǎn)平臺臺座兩側(cè)各設(shè)有1個操作盒，操作盒上面布置3種功能按鈕。其中， “鎖扭異常”按鈕用于集裝箱鎖扭無法拆除的異常工況；“進臺座”按鈕用于作業(yè)人員準備進入安全通道進行鎖扭拆裝，提示遠程操作員此時通道內(nèi)有人員作業(yè)，岸橋自動化流程中止，設(shè)備只能手動操作，需要設(shè)備控制員重發(fā)指令恢復自動運行；“鎖扭確認”按鈕用于平臺作業(yè)人員完成鎖扭拆裝后，退出平臺已到達安全位置，岸橋自動化流程繼續(xù)對箱作業(yè)。每個操作盒旁均設(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)場人員根據(jù)提示判斷工況，其中燈熄滅時，表示當前不進行集裝箱裝卸作業(yè)，人員可以自由進出平臺；紅燈閃爍時，表示當前正在作業(yè)，提示人員不允許進入平臺作業(yè)區(qū)域；綠燈閃爍時，表示當前有集裝箱拆鎖鈕或裝鎖鈕指示，提示人員進入平臺作業(yè)。操作指令和LED提示燈有效搭配，使鎖扭工明確現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)，并且通過對現(xiàn)場情況的判斷，擁有主動中斷作業(yè)的能力，提高現(xiàn)場人員主觀安全性。

同時，為防止人員違規(guī)進入作業(yè)區(qū)域，杜絕人為風險，平臺安全通道的每個入口都安裝了光柵安全檢測裝置，用于提前檢測誤入人員，保護人員免受機械的傷害。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，每一個紅外發(fā)射管都對應(yīng)一個紅外接受管，且裝置在同一條直線上。正常無人通過的情況下，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，光柵檢測裝置紅外發(fā)光器發(fā)出的調(diào)制信號都能順暢抵達紅外線受光器。紅外線受光器接收到調(diào)制信號后，內(nèi)部電路輸出低電平。當有人員進入時，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)制信號不能順暢抵達紅外受光器，此時受光器接收不到調(diào)制信號，相應(yīng)的內(nèi)部電路輸出為高電平。受光器接收信號后通過信號電纜傳輸?shù)娇刂破?，控制器將此信號進行處理反饋給主控PLC，設(shè)備小車及起升動作允許中斷，并聯(lián)動蜂鳴器警告誤入人員當前操作違規(guī)，令其盡快退出作業(yè)區(qū)域。遠程操作員可通過多組攝像頭觀察平臺情況，聯(lián)系現(xiàn)場安防人員制止違規(guī)行為，確定現(xiàn)場安全后按下復位按鈕恢復作業(yè)。

除以上安全管理措施外，中轉(zhuǎn)平臺左右兩側(cè)門腿上設(shè)有緊急停止按鈕，按下按鈕后岸橋所有運行中斷，無法遠程恢復。岸橋作業(yè)過程中，緊急停止會對電氣設(shè)備、鋼絲繩等造成較大沖擊，只有在發(fā)生特殊危險情況時使用，事后需將緊急停止原因詳細匯報。

5 結(jié)語

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