集卡引導系統在軌道吊自動化堆場的應用優化

李偉

當前，大部分新建自動化集裝箱碼頭堆場垂直于岸線布置，自動導引車在海側交換區與軌道吊對接，外集卡在陸側交換區收提箱，不涉及人機交叉作業。相比之下，傳統集裝箱碼頭經自動化改造后的堆場大多平行于岸線布置，內集卡和外集卡分別在海側和陸側作業;海陸側集卡作業交互區配置檢測系統掃描作業集卡，輔助司機將集卡?？吭谧鳂I位置;由于作業區域內涉及人機交互，需要設計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化改造項目為例，介紹集卡引導系統構成和流程，并針對系統運行中存在的問題提出優化措施，以保障集卡交互區作業安全，提高自動化堆場作業效率。

1 集卡引導系統工作原理及作業流程

1.1 集卡引導系統工作原理

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

寸狀態、開閉鎖信號和起升高度，并將集卡偏離軌道吊起吊點的方向、距離等信息實時顯示在顯示屏上，提示司機調整集卡停車位置以對吊鉤;如果集卡車頭停在吊具作業區，系統禁止吊具下放，以保護人車安全;當系統接收到閉鎖信號且吊具起升高度達到要求時，提示集卡駛離，以防集卡拖拽吊具。

集卡引導系統的激光掃描儀安裝在軌道吊大車西側海陸側支腿上，離地12 m左右（見圖1），用于掃描車輛輪廓;同時，通過安裝在大車東側支腿上的LED顯示屏（見圖2）實時提示信息，引導司機將集卡停放到位，并將對位信息反饋至軌道吊單機自動化控制系統，作為自動化控制系統判斷集卡區作業的觸發信號。

1.2 集卡引導系統作業流程

集卡引導系統的作業對象是集卡，集卡引導完成后，系統還須將集卡對位信息實時反饋至堆場自動化系統，具體流程如圖3所示。

2 集卡引導系統在軌道吊自動化堆場應用中存在的問題及優化

集卡引導系統在軌道吊單機自動化作業流程中起著至關重要的作用：單機自動化控制系統以集卡對位完成狀態為觸發點，判斷軌道吊小車是否向集卡區移動作業;與此同時，作為集卡交互區主要的檢測系統，集卡引導系統須保障集卡作業安全?？梢?，集卡引導系統是提高單機自動化作業效率、保障集卡作業安全的有效措施之一。針對集卡引導系統在軌道吊自動化堆場應用中存在的問題，可以通過檢測集卡車尾移動、穩定通信網絡等措施，提高集卡引導效率，保障堆場作業安全。

2.1 集卡交互區安全保障問題及優化

（1）問題描述 海側為內集卡作業區，內集卡托架尺寸規范以及托架不帶蘑菇鎖頭等優點是實現內集卡自動化作業的前提條件。與此同時，內集卡自動化作業離不開集卡引導系統的保障：內集卡司機需要根據集卡引導系統的引導和提示完成集卡對位并保持車輛靜止。當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，集卡引導系統的激光信號被吊具遮擋（見圖4），無法有效判斷車輛狀態;此時，集卡引導系統控制器判斷集卡處于靜止狀態，不響應檢測到的數據信息。在激光信號被遮擋的情況下，若集卡移動，則可能導致吊具砸集卡車頭，從而造成安全事故。鑒于此，有必要在軌道吊自動化作業時對集卡移動情況實施全過程激光檢測。

（2）優化方案 當吊具起升高度降至10 m左右時，受激光掃描儀安裝位置的限制，集卡引導系統激光信號會被吊具或集裝箱遮擋，從而無法掃描集卡整體情況;但此時激光掃描儀可以掃描識別車尾狀態（見圖5），通過檢測車尾數據變化實現全程檢測集卡移動狀態。如果激光掃描儀檢測到集卡車尾移動超過15 mm，則反饋“自動化作業過程中集卡移動”故障跳屏至遠程操作臺，自動化流程立即停止，改由遠程操作人員完成抓放箱任務。集卡引導系統檢測車尾移動技術與軌道吊單機激光識別數據相結合，實現集卡移動雙重檢測，保障堆場海側自動化作業安全。

2.2 集卡引導系統與單機通信問題及優化

（1）問題描述 集卡引導系統控制器通過傳輸控制協議或網際協議與吊具可編程邏輯控制器通信，并與單機視頻網絡共用交換機。由于集卡引導系統與吊具可編程邏輯控制器之間開展實時數據交互，對網絡要求極高，而視頻信號占用大量網絡資源，常常會導致網絡擁擠，造成兩者通信延時或中斷故障，嚴重影響堆場自動化作業流程。

（2）優化方案 針對集卡引導系統對實時通信要求較高的特點，在設立虛擬局域網的基礎上，額外配置單獨的網絡交換機，使其與視頻信號網絡交換機實現軟硬件雙重隔離，從而保證通信實時性。

2.3 集卡引導方式問題及優化

（1）問題描述 當集卡引導系統引導集卡對位時，若軌道吊在慢速運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位置）為零，則集卡引導系統會將集卡引導到位指令發送至單機自動化系統，從而導致系統邏輯混亂。

（2）優化方案 優化集卡引導系統控制邏輯：當單機自動化系統有大車運行速度反饋時，集卡引導系統停止數據處理，即停止引導集卡;當大車移動到目標貝位后，集卡引導系統啟動，引導作業集卡對位。

2.4 集卡尺寸問題及優化

（1）問題描述 碼頭內集卡數量較多，由于其采購年份和生產廠家各不相同，內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，二維激光掃描儀沿直線掃描集卡車頭至車尾，無法準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，故系統無法準確判定集卡尺寸差異，從而給海側作業集卡引導帶來困難，進而影響海側自動化作業流程。

（2）優化方案 根據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。在技術條件無法滿足要求的情況下，對集卡實施管控，僅允許45英尺托架集卡進入海側自動化作業區域，以保證海側自動化作業順暢，有效降低遠程操作臺使用率。

2.5 雙20英尺集裝箱裝箱效率問題及優化

（1）問題描述 在對陸側雙20英尺集裝箱外集卡實施作業時，雙箱間距為7.5 cm左右;當吊具起升高度降至4.5 m左右作業后箱時，受激光系統誤差、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）優化方案 優化調整吊具可編程邏輯控制器程序，當集卡引導系統反饋當前任務為裝后箱時，吊具帶箱下降至高度為9 m左右時減速，以便遠程操作司機確認雙箱間距或調整吊具慢速平穩通過雙箱交界面;此時，吊具起升高度約為7 m，起升機構限速50%運行，下降至高度為5 m左右時慢速運行，確保遠程操作司機手動平穩放箱。

3 結束語

總而言之，針對集卡引導系統在軌道吊自動化堆場應用中的問題，可以通過優化集卡引導系統邏輯、管控集卡行駛規范等措施，在保障集卡作業安全的同時，提高集卡引導效率，進而提升堆場自動化作業效率，增強碼頭競爭力。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-05-06）