轮胎式场桥自动化远程操控研究与应用

轮胎式场桥自动化远程操控研究与应用
发布时间：2023-02-07T08:29:15.770Z 来源：《福光技术》2023年1期作者：高逸1 吴培森2 王勇3 张荣祥4
[导读] 远程操控是基于通讯网络，实现对集装箱码头装卸设备远程操控。

高逸1 吴培森2 王勇3 张荣祥4
1.天津港股份有限公司
2.交通运输部天津水运工程科学研究所
3.天津港联盟国际集装箱码头有限公司
4.天科院环境科技发展（天津）有限公司
摘要：远程操控是基于通讯网络，实现对集装箱码头装卸设备远程操控。

其中场桥自动化是远程操控系统的关键环节。

然而，远程操控系统的设计方案是影响码头自动化升级改造的重要因素。

为了解决此问题，通过研究与应用：以激光雷达定位纠偏、视频全景监控、5G 通讯网络为手段，进而通过人机交互指令完成对自动化轮胎式场桥的远程精确控制。

应用所形成的系统设计方案可为轮胎式场桥远程操控提供一种实现方法。

关键词：港口；集装箱码头；远程操控；轮胎式场桥
引言
港口是综合运输系统中水陆联运的重要枢纽的中心，是连接国际进出口贸易的主要通道。

随着运输业务不断扩展，集装箱码头的吞吐量与日俱增。

集装箱运输主要面临集装箱船舶趋向大型化、集装箱码头趋向大型化、运输业务与信息化数据频繁交互、集装箱船舶运输货种不断增加。

集装箱运输发展的同时普遍存在作业强度高、系统运行复杂的特点，这些必将对集装箱码头领域带来新的挑战，对码头提出更高的要求，未来的集装箱码头也将要求信息便捷化、操控自动化、作业高效化。

国外对自动化码头的建设较早，1993年全球第1座自动化集装箱码头在荷兰鹿特丹投产后，到目前为止，全球建成和在建的全自动化、半自动化集装箱码头超过40座，主要分布在欧洲、亚洲、北美、澳洲等地区。

厦门远海自动化码头2016年投入运营，随后青岛港已经部分实现了远程操控台对于轨道吊的远程控制，上海洋山四期建设单体规模最大的自动化集装箱码头。

国内在集装箱码头自动化技术的研究起步较晚，在多个环节存在提升空间，尤其远程操控系统是实现控制集装箱自动化码头的关键组成部分。

一些港口采用全套电气控制系统的解决方案，部分系统和设备属于定制产品，且远程操控系统所用关键技术长期被国外垄断，在技术层面阻碍了远程技术的发展，受此影响，国内集装箱码头的远程操控自动化的程度有较大提升空间。

研究集装箱码头的远程操控技术，对于提高国内集装箱码头装卸作业效率、提升交通运输行业自动化、无人化科技水平具有重要意义。

1远程操控系统实现目标
集装箱码头装卸作业设备设施实现自动化远程操控是未来集装箱码头发展的必然趋势。

集装箱码头实现自动化作业，其核心系统就是设备控制系统接收码头操作系统（以下简称TOS）的任务，发送指令至场桥和岸桥等设备的控制系统，调度装卸设备完成作业任务。

其中场桥是集装箱作业工艺中关键环节，可以衔接集卡和岸桥的连贯作业，实现场桥的自动化操作重要基础。

本文主要以北方某集装箱码头为例，介绍其场桥通过升级改造，实现场桥自动化操作。

2远程操控系统架构组成
2.1远程操控系统设计方案
集装箱远程操控系统主要以激光雷达定位纠偏、视频全景监控、5G通讯网络为手段，进而通过人机交互指令完成对自动化轮胎式场桥（以下简称ARTG）的远程精确控制。

ARTG实现场地内翻倒箱及内集卡全自动作业，原轮胎式场桥具备吊具平移功能，根据平移时上架不动吊具动的结构特点，选用激光雷达结合视觉分析的技术实现自动着箱，从而实现场地内自动翻倒及内集卡全自动作业。

采用基于模型的控制算法进行ARTG的大车自动纠偏，其原理是利用安装在ARTG两侧的激光测距仪和安装在滑轨侧的挡板测量出两者之间的距离，由自动纠偏软件计算出高精度准确的行驶偏差和航向数据，从而控制轮胎吊前后大车的驱动电机，纠正轮胎吊的行驶方向和速度，实现自动纠偏功能。

利用视频拼接技术制作场桥实时全景俯视图，在ARTG作业过程中特别时大车行走时给监控人员提供全范围视角，结合视觉分析技术，实现场桥全景下的人员识别和入侵报警功能，并利用视觉识别技术，实现多项作业及安全保护功能。

利用5G网络，实现RTG远控及自动化作业，实现5G SA+MEC技术在工业生产环境下的实际应用，满足数据不出港区的安全性要求，增强数据保密性，同时有效降低延时，实现了对指令、图像、声音等传输速度的提升，场桥可以通过该作业环境完成全自动倒箱、场地间过场等动作。

2.2 系统架构组成
此方案自动化控制系统采用西门子S1500系列PLC，由远控系统、机上自动化控制系统、堆场自动化系统组成，远程控制系统通过5.8G 无线5G网络和波导管通讯网络和单机自动化PLC相连，远程操控场桥。

远控中心由远控操作台、服务器机柜、核心交换机等组成；机上自动化系统由起升、大小车定位、集卡识别及定位、集卡防吊起、箱区扫描、自动着箱、视频、语音前端系统等组成；远控操作台通过位于服务器柜内的核心交换机，经连接到堆场内地面无线基站，地面无线基站和机上RTG上的无线移动站进行通讯，构成整个通讯网络，来实现RTG的远程自动化。

2.3 远程操控系统与现场通讯系统
本项目通讯采用5.8G通讯和波导管通讯两种通讯方式，两种通讯方式互为硬件冗余，保证通讯正常。

选用开口波导管，开口波导采用半封闭设计，抗紫外线，抗老化的能力达到10年以上；波导天线采用插入式高度，抗干扰性能更好，并带接地功能开口波导管能，抗雨雪天气能力强，工业级产品设计；适于原有低架滑触线码头使用。

对于该项目，需在ARTG电气房内增加主交换机，该交换机作为机上网络的核心，配有千兆光口和电口。

所有机上网络都汇集到该交换机上，通过场桥无线移动站和地面无线基站与远控中心通讯。

2.4 远程操控系统与TOS交互统
TOS负责计划、调度和优化整个堆场的作业，远程操控系统接收TOS发来的作业指令，每条作业指令包括指定的起重机号、作业类型、箱号、集装箱尺寸，起点位置箱区号、贝位号、排号和层号、终点位置箱区号、贝位号、排号和层号等。

将TOS发来的作业指令传递给ARTG，分解成ARTG控制系统可以识别的作业指令自动完成作业，每次的执行结果反馈至远程操控系统，由其再提交给TOS。

2.5机构定位系统
场桥控制系统应用米制单位来定义测量坐标，小车位置定义为X方向，大车位置定义为Y方向，起升位置定义为Z方向。

在合适位置加装适应使用现场户外条件，可实时采集起升、小车、大车机构实际高度位置的电子装置，装置采集的高度数据精确到毫米，与实际位置值误差不超过±20mm，装置与轮胎式场桥主PLC可以直接通讯，并向轮胎式场桥主PLC实时传送机构实际位置数据。

2.6远程视频监控系统
利用视频拼接技术形成全景视频监控，对大车跑道、装车道、箱区井壁、吊具锁孔、滑触线观察等多个关键节点进行监控，实时反映现场作业情况。

3结论
远程操控系统是自动化码头的重要组成部分，场桥自动化是远程操控系统的关键环节。

通过突破技术瓶颈对现有码头实现技术提升，该码头显著降低了人工成本投入，同时将操作人员工作地点由场桥内转移到了室内，有效减少了安全事故的发生，具有良好的经济效益和社会效益。

我国集装箱港口众多，其中大部分码头采用轮胎式场桥作为装卸生产设备，因此，通过更新远程操控系统，作为提升集装箱运输作业效率具有一定的借鉴意义。

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