X光檢查系統(tǒng)在岸邊集裝箱起重機(jī)上的應(yīng)用

黃 璐 陳 杰 龔滌生 桂 軍

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

碼頭口岸檢查集裝箱的工位一般設(shè)置在碼頭出口處,通過抽檢的方式進(jìn)行集裝箱的安檢,無法保障安全和高效的檢查貨品。為了達(dá)到各碼頭日益嚴(yán)格的集裝箱安檢要求,依托雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡稱岸橋)中轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)岸橋X光檢查系統(tǒng),在不開箱情況下獲取集裝箱內(nèi)部貨物的信息,從而提高碼頭口岸集裝箱貨物檢查效率,減少集裝箱安檢人工干預(yù),盡可能實(shí)現(xiàn)每箱必檢。

岸橋X光檢查系統(tǒng)是利用X光射線掃描成像原理,不開箱檢查集裝箱內(nèi)貨物裝載情況的一套系統(tǒng),由移動(dòng)門架、X光設(shè)備、門架控制柜、數(shù)據(jù)采集柜、本地控制操作站、主控臺(tái)及相關(guān)配套設(shè)施等部分組成。系統(tǒng)通過X光設(shè)備一側(cè)的放射源發(fā)出扇形射線穿透封閉集裝箱和內(nèi)部貨物,被另一側(cè)的探測(cè)器陣列所接收。由于集裝箱內(nèi)物質(zhì)密度不同對(duì)X光射線吸收也不同,每個(gè)探測(cè)單元接收到的X射線強(qiáng)度與裝箱及內(nèi)部貨品吸收能力有關(guān)[1]。探測(cè)器單元將不同強(qiáng)度的射線通過高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換處理,獲得當(dāng)前位置的圖像掃描數(shù)據(jù)。通過檢查設(shè)備與集裝箱的相對(duì)移動(dòng),可獲得整個(gè)集裝箱內(nèi)部物品的輪廓和形態(tài),使檢查人員在不開箱的情況下完成對(duì)集裝箱貨物的檢查。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 X光集裝箱檢查系統(tǒng)設(shè)備選擇

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同集裝箱檢查通常可以分為3種形式:固定式集裝箱檢查系統(tǒng)、車載移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)、組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)。

固定式集裝箱檢查系統(tǒng)一般選擇固定的場(chǎng)所或建筑物安裝X光掃描設(shè)備,待查驗(yàn)集裝箱由集卡或集裝箱列車牽引通過檢查通道,完成對(duì)集裝箱的檢查,可用于港口、邊境和機(jī)場(chǎng)。為了避免系統(tǒng)X射線產(chǎn)生的輻射,通常采用混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行屏蔽。系統(tǒng)安裝調(diào)試周期長,配套工程復(fù)雜,場(chǎng)地固定,機(jī)動(dòng)性差,系統(tǒng)性能較強(qiáng)。

車載移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)將X光檢查系統(tǒng)集成在卡車底盤上,可行駛到各關(guān)卡檢查集裝箱貨物,適合部署在港口、邊檢、機(jī)場(chǎng)和各類需要臨時(shí)查驗(yàn)集裝箱貨物的檢查點(diǎn)。其特點(diǎn)是占地面積小、無需任何土建配套工程、機(jī)動(dòng)性好。

組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)將探測(cè)器、放射源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、門架控制系統(tǒng)集成在移動(dòng)門架上。與固定式集裝箱檢查系統(tǒng)最大的不同在于,被檢查集裝箱放置在固定的檢查位置,X光檢查設(shè)備通過預(yù)設(shè)的軌道往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成掃描作業(yè)流程。由于采用自屏蔽結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)功能強(qiáng)大,占地小、易于安裝維護(hù)[2]。

雙小車岸橋通常在陸側(cè)配置中轉(zhuǎn)平臺(tái),用于放置來自門架小車或主小車運(yùn)送過來的集裝箱。組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)可利用岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái),通過移動(dòng)門架在集裝箱兩側(cè)的軌道往復(fù)運(yùn)動(dòng)掃描集裝箱內(nèi)貨物。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小,在岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)上便于安裝施工;系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高,便于日常維護(hù)保養(yǎng),故障保養(yǎng)時(shí)岸橋無需停止作業(yè);系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)便于與岸橋控制操作系統(tǒng)集成。故岸橋X光檢查系統(tǒng)宜選擇組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)布置與組成

在中轉(zhuǎn)平臺(tái)海陸側(cè)每個(gè)臺(tái)座布置1套X光檢查設(shè)備,以檢查單20 ft、單40 ft、單45 ft、雙20 ft集裝箱,其布置圖見圖1。

1.海側(cè)X光檢查系統(tǒng)移動(dòng)門架 2.海側(cè)臺(tái)座 3.中轉(zhuǎn)平臺(tái)局部4.陸側(cè)臺(tái)座圖1 中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢查系統(tǒng)布置圖

中轉(zhuǎn)平X光檢查系統(tǒng)主要由移動(dòng)門架、探測(cè)器、放射源、數(shù)據(jù)采集柜、門架控制柜、本地控制操作站、主控臺(tái)及其他輔助配套設(shè)施組成(見圖2)。

1.移動(dòng)門架 2.探測(cè)器 3.放射源 4.數(shù)據(jù)采集柜 5.門架控制柜 6.導(dǎo)軌 7.本地控制操作站 8.岸橋PLC 9.主控臺(tái)圖2 中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

(1)移動(dòng)門架,在海陸側(cè)臺(tái)座前后兩側(cè)各布置2根導(dǎo)軌,移動(dòng)門架通過行走機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)以檢查集裝箱。

(2)X光檢查設(shè)備由布置在移動(dòng)門架兩側(cè)的發(fā)射源和探測(cè)器組成。從門架一側(cè)發(fā)射源發(fā)出的X光射線經(jīng)過集裝箱及內(nèi)部物品部分吸收后,到達(dá)另一側(cè)的探測(cè)單元。探測(cè)單元將接收的X光射線轉(zhuǎn)換為與射線強(qiáng)度成正比的電流信號(hào),傳送到數(shù)據(jù)采集柜。

(3)數(shù)據(jù)采集柜集成在一側(cè)移動(dòng)門架立柱上,包括信號(hào)放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)獲取與控制模塊以及數(shù)據(jù)處理PC。數(shù)據(jù)采集柜將探測(cè)單元傳送的電流信號(hào)放大,進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,通過數(shù)據(jù)處理得到集裝箱內(nèi)部貨物的二維圖像投影,并將圖像傳送到主控臺(tái)。

(4)門架控制柜集成在另一側(cè)移動(dòng)門架立柱上,控制移動(dòng)門架的啟動(dòng)、加減速、停止,確保整個(gè)集裝箱的完整掃描。控制柜包括電源開關(guān)、電抗器、變頻器、控制回路等部分。三相電源通過開關(guān)斷路器經(jīng)電抗器接入變頻器,變頻器輸出至移動(dòng)門架兩側(cè)的行走電機(jī)。電抗器可抑制高次諧波保護(hù)變頻器及移動(dòng)門架行走電機(jī)。

(5)本地控制操作站安裝在中轉(zhuǎn)平臺(tái)海陸側(cè)臺(tái)座外部,可就地手動(dòng)控制2個(gè)移動(dòng)門架的運(yùn)行。

(6)主控臺(tái)包括工控機(jī)、操作指示臺(tái)、顯示器等,可遠(yuǎn)程控制監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和狀態(tài),實(shí)時(shí)獲取掃描集裝箱內(nèi)部物品的情況,并與岸橋PLC進(jìn)行通訊。

(7)其他輔助配套設(shè)施,包括中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光掃描狀態(tài)指示燈、系統(tǒng)緊停、聲光報(bào)警、海陸側(cè)臺(tái)座占箱限位等。

2.3 系統(tǒng)作業(yè)流程

當(dāng)集裝箱被主小車或門架小車放置在中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座時(shí),啟動(dòng)集裝箱X光檢測(cè)系統(tǒng),在一側(cè)的移動(dòng)門架通過導(dǎo)軌移動(dòng),檢查放置在中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座上的集裝箱。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到集裝箱內(nèi)有可疑物體時(shí),通過Profibus通訊接口發(fā)信息給PLC,PLC中斷ACCS(Automatic Crane Control System,岸橋自動(dòng)化控制系統(tǒng))作業(yè),停止主小車或門架小車起升及小車的運(yùn)行,并報(bào)警告知檢查人員。在完成集裝箱檢查流程后,繼續(xù)自動(dòng)化作業(yè)。具體流程如下:

(1)裝卸船作業(yè)時(shí),主小車或者門架小車將集裝箱放置在中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座,岸橋PLC根據(jù)主吊具開閉鎖以及臺(tái)座占箱限位信號(hào),判斷是否有集裝箱在海陸側(cè)臺(tái)座上。

(2)當(dāng)有集裝箱在中轉(zhuǎn)平臺(tái)臺(tái)座上時(shí),岸橋PLC發(fā)出檢查指令給X光檢查系統(tǒng)。

(3)X光檢查系統(tǒng)啟動(dòng)集裝箱檢查流程,中轉(zhuǎn)平臺(tái)海陸側(cè)通道門自動(dòng)關(guān)閉,防止人員進(jìn)入檢查現(xiàn)場(chǎng)直至檢查過程結(jié)束;當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有緊急情況時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉,移動(dòng)門架停止運(yùn)動(dòng),中斷檢查過程,關(guān)閉放射源X光射線,保證人員和設(shè)備的安全。

(4)X光掃描系統(tǒng)啟動(dòng)掃描,發(fā)射源發(fā)出X射線穿過被檢測(cè)集裝箱被另一側(cè)的探測(cè)器接收,門架控制系統(tǒng)完成移動(dòng)門架移動(dòng)檢查整個(gè)集裝箱。

(5)數(shù)據(jù)采集柜將探測(cè)器傳送的信號(hào)處理后得到集裝箱內(nèi)部貨物的二維圖像投影,并將圖像傳送到主控臺(tái)。

(6)當(dāng)岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢查正常時(shí)(即未檢測(cè)到集裝箱內(nèi)有可疑物品),系統(tǒng)輸出正常,岸橋ACCS繼續(xù)作業(yè),將指定的集裝箱運(yùn)至后場(chǎng)AGV(Automated Guided Vehicle,自動(dòng)引導(dǎo)集卡)或集裝箱貨輪上,完成作業(yè)等待下一個(gè)指令。

(7)當(dāng)中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢測(cè)異常時(shí)(即檢測(cè)到集裝箱內(nèi)有可疑物品),系統(tǒng)發(fā)信號(hào)給岸橋PLC,PLC觸發(fā)控制回路,控制岸橋ACCS停止動(dòng)作,并通知人員是否需要開箱檢查;當(dāng)操作人員完成開箱檢查或者放行按下操作復(fù)位按鈕后,岸橋ACCS才能繼續(xù)作業(yè)流程。

中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢查系統(tǒng)工作流程圖見圖3。

圖3 中轉(zhuǎn)平臺(tái)X光檢查系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)語

岸橋X光檢查系統(tǒng)是一種用于雙小車岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)的X光檢查系統(tǒng),在自動(dòng)化碼頭裝卸船作業(yè)過程中,利用岸橋中轉(zhuǎn)平臺(tái)配置組合移動(dòng)式集裝箱檢查系統(tǒng),在不開箱的情況下對(duì)集裝箱貨品進(jìn)行檢查,減少現(xiàn)場(chǎng)人工,提升運(yùn)作效率,保證每箱必檢,避免因抽檢而造成的安全隱患,并有效避免了碼頭后場(chǎng)因集裝箱檢查而造成的交通擁堵。