自動(dòng)化碼頭艙蓋板作業(yè)管理系統(tǒng)

鄭 重 曾 健

上海國際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

隨著我國自動(dòng)化碼頭的發(fā)展，設(shè)備管理控制的智能化已經(jīng)成為主要發(fā)展趨勢(shì)[1]，而碼頭岸側(cè)機(jī)械的自動(dòng)化水平，則直接反映出碼頭的作業(yè)效率，從而體現(xiàn)出碼頭的對(duì)外服務(wù)質(zhì)量水平。碼頭岸側(cè)機(jī)械作業(yè)模式主要分為岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱岸橋)的集裝箱裝卸模式、特殊工藝裝卸模式以及船舶艙蓋板裝卸模式，當(dāng)所有的作業(yè)模式均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并達(dá)到岸側(cè)作業(yè)指令的連續(xù)執(zhí)行無中斷，則表明自動(dòng)化碼頭的作業(yè)安全性和有效性得到了最大的提升[2]。

自動(dòng)化碼頭的前沿作業(yè)、水平運(yùn)輸、堆場(chǎng)作業(yè)及進(jìn)出場(chǎng)閘口基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但船側(cè)艙蓋板作業(yè)由于其作業(yè)工況復(fù)雜，仍采用傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，系統(tǒng)無艙蓋板指令，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)流程連續(xù)化。在實(shí)際艙蓋板作業(yè)中，需要頻繁對(duì)作業(yè)要求及具體實(shí)施時(shí)間進(jìn)行人工確認(rèn)，影響生產(chǎn)持續(xù)性、穩(wěn)定性及安全性；對(duì)船舶的艙蓋板作業(yè)次序缺乏統(tǒng)籌安排、統(tǒng)一指令，增加了人工作業(yè)的不確定因素；無法實(shí)現(xiàn)艙蓋板數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而無法通過作業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，為系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)流程優(yōu)化與統(tǒng)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

2 自動(dòng)化碼頭岸橋系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)化碼頭岸橋的系統(tǒng)架構(gòu)由TOS(Teminal Operation System,碼頭管理系統(tǒng))和ECS(Equipment Control System,設(shè)備控制系統(tǒng))組成，系統(tǒng)之間的信息溝通，是通過數(shù)據(jù)庫事件交互形式進(jìn)行傳遞。ECS由QCMS(Query-side Crane Management System,岸橋管理系統(tǒng))、ACCS(Automatic Crane Control System,自動(dòng)化岸橋控制系統(tǒng))以及PLC組成。碼頭每一臺(tái)岸橋都有獨(dú)立的ECS，其中QCMS與ACCS之間通過OPC傳輸協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)信息以O(shè)PC點(diǎn)的形式進(jìn)行傳遞，ACCS與PLC控制系統(tǒng)之間則通過PROFINET協(xié)議傳輸[3]。

2.2 系統(tǒng)指令交互邏輯

碼頭的岸橋設(shè)備作業(yè)指令，被分解成一步步基礎(chǔ)動(dòng)作，每一個(gè)動(dòng)作環(huán)節(jié)都有對(duì)應(yīng)事件信息流。

由TOS根據(jù)計(jì)劃安排的作業(yè)次序，依次生成岸橋作業(yè)指令，指令包含岸橋?qū)崟r(shí)狀態(tài)、起始目標(biāo)位置和終點(diǎn)目標(biāo)位置類型及對(duì)應(yīng)位置代碼信息、岸橋吊具模式及吊具尺寸信息、目標(biāo)任務(wù)箱信息及每個(gè)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)的時(shí)間戳信息。

系統(tǒng)間的事件交互，則是將岸橋每一步動(dòng)作，以關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為依托，將信息傳遞給對(duì)方。TOS發(fā)出允許設(shè)備作業(yè)的許可事件，QCMS收到并處理，同時(shí)將指令信息進(jìn)行解析，再通過OPC點(diǎn)傳輸給ACCS，ACCS將指令信息傳遞給設(shè)備PLC，岸橋單機(jī)設(shè)備根據(jù)指令信息執(zhí)行具體動(dòng)作。

岸橋完成每一步動(dòng)作指令后，ECS將事件發(fā)送給TOS，TOS收到事件后進(jìn)行處理，并將下一步的動(dòng)作指令傳達(dá)至設(shè)備層。

3 艙蓋板作業(yè)管理系統(tǒng)

自動(dòng)化碼頭艙蓋板作業(yè)管理系統(tǒng)以高效、安全、穩(wěn)定、可操作為原則，基于原有工藝流程、系統(tǒng)設(shè)備功能及界面需求，依托現(xiàn)有碼頭操作系統(tǒng)及設(shè)備控制系統(tǒng)，開發(fā)艙蓋板系統(tǒng)作業(yè)指令功能，包括系統(tǒng)任務(wù)指令發(fā)送、設(shè)備指令執(zhí)行，并通過仿真模擬測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)真機(jī)設(shè)備測(cè)試，實(shí)現(xiàn)艙蓋板作業(yè)自動(dòng)化。

3.1 艙蓋板任務(wù)的發(fā)送

艙蓋板任務(wù)發(fā)送功能，由系統(tǒng)根據(jù)計(jì)劃安排的任務(wù)作業(yè)順序，進(jìn)行智能決策并且自動(dòng)發(fā)送作業(yè)指令；也可由船舶控制員在船舶控制操作界面(見圖1)發(fā)送艙蓋板作業(yè)任務(wù)，結(jié)合船舶作業(yè)實(shí)時(shí)情況，對(duì)任務(wù)隊(duì)列及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。艙蓋板自動(dòng)化任務(wù)的TOS系統(tǒng)與ECS系統(tǒng)對(duì)接，通過系統(tǒng)任務(wù)指令與設(shè)備指令解析，將作業(yè)信息實(shí)時(shí)顯示在岸橋遠(yuǎn)程操作司機(jī)的操作界面上。

圖1 船控操作界面

3.2 艙蓋板指令的執(zhí)行

在艙蓋板作業(yè)指令執(zhí)行過程中，根據(jù)吊具的開閉鎖狀態(tài)信息和起升高度判斷條件，實(shí)現(xiàn)指令自動(dòng)完成。為防止因設(shè)備異常而導(dǎo)致自動(dòng)化流程中斷的情況，增加輔助手動(dòng)完成功能，提供手動(dòng)完成按鈕，以便進(jìn)行人工干預(yù)。

碼頭岸橋單機(jī)指令執(zhí)行階段主要分解為AGV車道抓放箱、岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)抓放箱、船側(cè)抓放箱與軌內(nèi)地面抓放箱。艙蓋板作業(yè)指令執(zhí)行，分為開艙與關(guān)艙2種工況，開艙吊取艙蓋板對(duì)應(yīng)船側(cè)抓箱指令，放置艙蓋板對(duì)應(yīng)軌內(nèi)放箱指令；關(guān)艙吊取艙蓋板對(duì)應(yīng)軌內(nèi)抓箱指令，放置艙蓋板對(duì)應(yīng)船側(cè)放箱指令。其中，每一段執(zhí)行指令，都有對(duì)應(yīng)的作業(yè)代碼，由ECS系統(tǒng)解析指令并將指令信息傳達(dá)給底層控制系統(tǒng)。

3.3 岸橋操作信息界面

在岸橋遠(yuǎn)程操作界面中，加入艙蓋板模式圖標(biāo)與正常裝卸任務(wù)進(jìn)行區(qū)分(見圖2)，并有效地輔助遠(yuǎn)程操作員進(jìn)行安全作業(yè)。

圖2 岸橋操作信息界面

3.4 岸橋視頻監(jiān)控

在岸橋遠(yuǎn)程操作過程中，設(shè)備接收到系統(tǒng)艙蓋板指令后，可根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的作業(yè)模式，自動(dòng)切換至相應(yīng)的艙蓋板視頻模式；吊具閉鎖后視頻監(jiān)控自動(dòng)切換至全景模式，防止在艙蓋板作業(yè)的起升階段鉤掛船舶設(shè)施及相鄰貝位集裝箱。作業(yè)完成后可切換至正常裝卸鏡頭模式，并支持手動(dòng)微調(diào)視角及對(duì)焦等參數(shù)。

4 結(jié)語

自動(dòng)化碼頭艙蓋板作業(yè)管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，平均每塊艙蓋板作業(yè)時(shí)間減少10%以上，在系統(tǒng)與設(shè)備層面的指令自動(dòng)化、生產(chǎn)指揮的規(guī)范化、司機(jī)操作的安全性與便捷性等多方面都得到了有效的提升。該系統(tǒng)與現(xiàn)有自動(dòng)化集裝箱裝卸流程無縫銜接，進(jìn)一步打通自動(dòng)化流程，提高指令嚴(yán)密性與精確性，完善了自動(dòng)化碼頭的海側(cè)岸橋側(cè)作業(yè)自動(dòng)化體系。