远程控制技术在电缆卷盘龙门吊上的应用

港口科技•科研与技革
远程控制技术
在电缆卷盘龙门吊上的应用
胡旭程
(宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司，浙江宁波315800)
摘要：介绍宁波舟山港梅山岛国际集装箱码头将远程控制技术在RTG应用的情况,
并推广建设具备RTG自动化协同作业能力的智能化堆场。

以电缆卷盘供电市电型RTG为对象，研究电缆卷盘供电和通信在远程控制技术上的优势，磁钉定位系统辅助下的大车定位、纠偏和防撞，作业状态的自主感知、控制和以堆场管理系统为核心的RTG集群管理。

关键词：港口;RTG;远程控制技术;集装箱堆场
0引言
随着第4代港口时代的到来，港口发展智能化技术的必要性日益凸显丿在我国主要的集装箱码头，目前广泛应用岸边集装箱起重机和龙门起重机系统的集装箱装卸工艺叫场桥智能化和堆场智能化是目前关注的热点。

在传统的自动化集装箱码头应用中，堆场的起重设备通常选用轨道式龙门起重机(RMG),随着远程控制系统的日渐成熟，具备优异性能的辅助系统已经可以满足轮胎式龙门起重机(RTG)大车自动运行和吊具对箱与稳定性的需要。

RTG的灵活性是众多码头选择使用它的主要原因，在使用RTG的堆场中，即便是已建成的以市电供电为主的堆场，仍能够根据生产需要不断优化。

对于远程控制技术而言，若RTG的大车和吊具存在不足则可以改善，除了传统的优势外，通过对RTG的改造升级，堆场的智能化程度也可以通过较低成本的改造快速提高,RTG灵活性的优势可以再次显现。

应用远程控制技术不仅可以提高操作人员的舒适度，降低因操作技能差异带来的效率下降和安全风险，更丰富的传感设备和更高性能的通信能力也使港口获得更强的信息感知能力叫这些数据和计算能力可以用于优化堆场的调度和管理,满足运输市场对港口生产能力的需求。

若要实现精细化的作业和敏捷的服务能力，RTG性能需要进一步提高和释放。

应用远程控制技术是RTG提高性能、挖掘潜力的方式之一，智能化的堆场管理系统则是释放性能的有效途径。

1远程控制技术在RTG上的应用
1.1电缆卷盘供电和通信在远程控制技术上的优势
目前，大部分码头的“油改电”改造项目主要以低架滑触线和高架滑触线为主,此举主要考虑到电缆和机载设备价格比较高。

电缆卷盘方式的改造主要集中在RTG上，改造复杂，设备改造时间长,改造期间对作业效率影响比较大。

此外，转场过程需要增加地面辅助人员操作,灵活性低川但当考虑到通信问题时，采用滑触线供电方式的堆场的通信设备布置就变得比较复杂，通常性能也较差。

相较于采用全无线网络通信的堆场，光纤通信的优势很大。

由于电缆卷盘中自带光纤，其通信的可靠性和速率的优势使得电缆卷盘方式供电的优势在应用远程控制时开始显现。

网供电和通信线路无需分开布置,有效降低远程控制
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技术应用的成本。

光纤通信在远程控制技术中的
优势见表lo
表1光纤通信在远程控制技术中的优势
场桥应用的主要通信方式I光纤通信的优势
(1)数传电台：速率低，|(1)通信光缆位于电缆内部，
不适合大信息量负载；:保护程度高，稳定性好，使用
(2)滑触线：采用软连接寿命更长；
的方式，外部接线多，后期|(2)无需另外安装支架等辅助
保养维修烦琐；I设备,结构简单,对场地的要求低;
(3)无线通信：通信不稳定，受干扰因素较多；
(4)波导管：受场地限制，不灵活，通信距离短
(3)光纤的通信交互在电气柜中，受自然因素影响小，维
.修方便；
(4)带宽高，速度快，损耗小、稳定性好
由于采用电缆卷盘的RTG位置相对固定，场地通常配有柴油或混合动力供电的RTG来实现灵活的调度,场地内通常也覆盖无线网络。

无线网络在为数量相对较少的非市电RTG服务时，由于干扰少,信道拥塞程度低，能够提供更好的稳定性和时延性。

此种混合组织的方式可以达到更优的性能和灵活性的平衡。

以梅山码头#6、#7堆场为例，梅山码头#6和#7堆场基站布置示意图见图1,仅需布置较少的基站即可满足非市电RTG远程控制所需的网络负载能力。

若场地内所有RTG均采用无线网络，要达到同样的带宽和服务质量，以目前的条件，在无线网络设备上的投入将会显著增加，布置和调试的难度也更高。

图1梅山码头#6和#7堆场基站布置示意图
1.2磁钉定位系统辅助大车定位、纠偏和防撞
大车定位技术是远程控制系统的重要基础，将大车位置数据化，可以将堆场抽象化、数据化,使各控制系统可以有效获取RTG的位置信息。

远程控制系统中的大车定位系统包括图像识别、编码器定位、GPS定位、磁钉定位和格雷母线定位等，针对RTG堆场开放特点和电缆卷盘供电RTG 堆区相对固定的特性，磁钉定位系统具备优势。

以梅山码头为例，其堆场使用的磁钉定位系统，在大车两侧门腿中部各安装有1个感应天线,天线下方位置每间隔1.4m安装有磁钉。

大车在行走的过程中，天线能实时读出磁钉的绝对位置和磁钉与天线的相对位置。

RTG控制器获取天线数据后即可计算岀RTG的位置和姿态，并进行相应的控制。

磁钉定位系统具有X、Y双轴绝对坐标测量的能力，能够一次性布置同时实现大车定位和大车自动纠偏的需求，使大车行走具备较高的直线度,也使得RTG具备适应大车自动化运行的条件,弥补与RMG相较的劣势，而磁钉信息可反复写入,也可以提高设备调度的灵活性。

磁钉采用非接触感应，几乎无需维护。

地表安装时有保护盖，可承受集卡的直接碾轧，降低车辆通行的限制性，也避免恶劣环境带来的不良影响,大幅增加使用寿命。

目前，大车防撞系统大多是通过激光器实现的,通过扫描大车前方扇面区域形成点云图像，从而识别大车运行方向中的障碍，实现提前减速和停止，从而有效防止RTG之间、RTG与其他设备发生碰撞。

该系统与自动化控制模块互通后,还可根据集卡和RTG的相对位置，通过控制门腿交通灯提供动态的集卡避让指示信息。

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1.3ACCS辅助作业状态的自主感知和控制
ACCS(Automated Crane Control System)是RTG 上的自动化控制模块，主要负责单位任务的执行和反馈，并分别与堆场管理系统、RTG远程控制系统、相关自动化子系统、基础PLC等进行通信和数据交互，将任务解析成各机构的运行指令，并发送到基础PtC中，由此来控制设备各机构的运行如吊具微动、抓放箱等操作。

ACCS模块与子系统的交互见图2。

与ACCS互通的子系统的作用见表2。

ACCS还包括RTG在自动作业状态时的安全连锁保护，以及为同一堆场内相互作业的RTG提供实时高效的防撞保护。

远程控制技术中多个子系统由ACCS协调互通，使RTG可以自主感知箱区构型，通过程序构建安全快捷的吊具运动路径，吊具能够实现自动抓放箱运算和智能软着箱。

—CANBus
中央处理器ProFibus
DP模块
CAPopen
模蔭
功率端子
模块
RS422
接口
CANBus
模块
以太网接口
RS422-司机室侧信标触发装置
转送器
(BTG Transmitter)
电气房侧信标触发装置
转送器
(BTG Transmitter)
ProFiNET
以太网ProFibus DP------CANopen 吊具检测系统(SDS)
工也机
目标检测系统(TDS)
工控机
基础电控PLC吊具负载防碰撞系统(LCPS)
工控机交换机以太网■
以太网
图2ACCS模块与子系统的交互表2与ACCS互通的子系统的作用
名称作用
吊具负载防碰撞系统(Load Collision Prevention System,
LCPS)
该系统通过使用安装在吊具上的激光器实施扫描轮胎吊大车方向、小车方向的集装箱或者障碍物高度和轮廓信息，并将该信息提供给ACCS
目标检测系统(Target Detection System,TDS)
利用3D激光技术实现对目标物体位置信息识别，主要检测目标集装箱的箱长和箱高、集装箱相对小车架的姿态、障碍物检测以及堆场轮廓的扫描
吊具检测系统(Spreader Detection System,SDS)
基于光学原理及图像处理技术的系统，可以实时计算出吊具与标准位置的偏差，并将这些信息反馈给电气控制系统，在起升和下降过程中配合TDS进行安全保护
着箱系统(Landing Check System,LCS)
通过安装在吊具上的单点激光器
快速准确地检测集装箱上下层箱子
之间的偏差并判断该偏差是否在偏
差允许范围内
1.4中央监控系统
远程控制系统配备覆盖全面的中央监控系统
(CCTV),得益于光纤通信的高带宽和短时延，中
控室可以通过同时观察多组高清摄像头画面判断
现场的实时情况，摄像头可以根据工况自动切换，
也可以人工指定,充分满足作业需要。

CCTV系统
还具备数据储存的功能,通过回放画面，现场状况
可以得到真实的回溯。

电缆卷盘龙门吊摄像头布
置见图3。

1.5其他辅助系统和数据接口
远程控制辅助系统及其作用见表30
2以堆场管理系统为核心的RTG集群管理
2019年，宁波舟山港梅山码头采购24台远
程控制RTG,其中绝大部分是采用电缆卷盘的市
电型号。

这些RTG将投入新建的2个智能堆场
中,RTG远程控制技术将在2个堆场中推广使用。

梅山码头#6、#7堆场在建设时均已预埋磁钉定
位系统，并根据磁钉所需要的条件,对场地的基建
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图3电缆卷盘龙门吊摄像头布置
结构进行优化，消除堆场地下钢结构对磁钉带来 的干扰。

堆场的各个场地都能满足远程控制龙门 吊的定位及纠偏要求。

同时，当远程控制的泊位继
续增加时，可以通过对原有磁钉和新磁钉坐标的 统一编程，实现坐标的兼容和延续。

在远程控制RTG 推广后，堆场管理系统(Block
Management System,BMS 啲引入将会是效率提升的 关键。

在与码头作业系统对接后,BMS 可使堆场形
成以箱区为单位的自动化协同作业能力，使场地运 行更加流畅和协调。

在接收码头操作系统(TOS)发 送的指令后，可以自动计算最优路径，并把指令发送 给最近的非作业龙门吊，资源分配更加合理，作业效
表3远程控制辅助系统及其作用
名称作用
集卡防吊起系统 (Anti-Truck Lifting System , ATL )i
通过采用激光扫描测距原理、模式 识别和自动控制技术，实现吊具、集
装箱、集卡等的实时位置检测，并根
据安全控制策略实现起升机构的运 行控制，最终实现集卡防吊起功能， 避免生产事故的发生，提升集装箱装
卸的安全性
集卡引导系统
(Chassis Position
System , CPS )
通过激光扫描仪沿平行于集卡车 道中心线对集装箱和集卡进行扫描
测距，结合CPS 控制器通过与PLC 接 口、获取的当前吊具状态综合判断 集卡的偏离起吊点信息，并将其显
示在LED 屏幕上辅助集卡司机进行 对位
视觉识别系统
(Optical Character Recognition , OCR)基于图像识别与处理技术的系 统，用于自动识别当前的作业箱信
息，包括箱号、箱型、集卡号等，可根
据吊具位置、开闭锁状态等信息控 制摄像头进行拍照，待识别完成后
将分析结果通过接口协议传输给
BMS 系统
率得以保证。

作为码头操作系统与RTG 的中间件,
BMS 部署在中控服务器，可连接场地内模式匹配的 任意RTG,管理指定堆场内所有设备，最终实现以
BMS 为核心的集群化管理。

BMS 架构见图4。

图4 BMS 系统架构
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在司机操作侧，远程操作台(ROS)上配置有
BMS 的数据可视化界面。

它将根据自动化操作的
实际信息需求显示不同的画面。

数据可视化界面 在获取堆场信息的同时可以通过获取RTG 内
PLC 信息,显示RTG 关键数据，串联起整个系统 的人机交互接口。

远程司机或操作员可以通过切 换不同的用户，巡检报警信息,或主动连接到指定
的RTG 和BMS 进行交互，响应异常任务,甚至实 现一对多操作。

3结语
伴随着港口发展模式的转变，码头大型起重 机械智能化的引进、改造和管理成为各个码头需
要面对的课题，业界迫切需要智能化、自动化的 设备降低人员工作强度、节省运输成本、提高作 业安全性。

伴随控制技术和信息技术的发展,RTG
单机性能的不断提高为堆场智能化管理带来了
更多可能。

在此，论述一种远程控制技术在电缆 卷盘供市电型RTG 上的应用,对集装箱堆场远程
控制和智能化具备一定的推广价值。

参考文献
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科技视界,2015(14):159.
(上接第23页)
图8越界检测系统界面截图
2系统实际性能2.1烟火识别子系统
烟火识别子系统可兼容所有支持ONVIF 协
议和国标GB 28181的前端监控设备，提升系统智
能化的同时，维护港口现有的硬件投入成本，同时 保障后期的扩展建设需求。

系统实现火焰大小占
视频图像面积大于3%的识别,系统对火焰识别准 确率3 96%;系统对火焰识别的误报率W 5%;系统 可在5~15s 内报警，较国标规定30 s 内报警，报
警时间提前50%~80%。

2.2人脸识别子系统
人脸识别子系统实现在监控场景下的黑名单 人脸布控，在不低于250 Lux 的合理光照条件下，
系统支持1:1以及1：N 的跨场景识别；人脸识别
最小为48 x 48像素,较之行业内普遍能够实现的 最小识别80 x 80像素，缩小60%；系统对人脸黑 名单识别准确率395%,误报率W8%。

2.3越界检测子系统
越界检测子系统无需等越界者发生实际越 界时才报警，越界者靠近虚拟边界线即会报警。

系统能够有效排除双侧穿越干扰和动物穿越干
扰,系统的识别准确率工90%,误报率W 8%o
3结语
基于智能识别的人员密集场所安防预警系统
具有烟火识别、人脸识别以及越界检测等功能。

通
过有针对性地分析事故的发生机理，将大数据挖 掘、机器视觉、深度学习等先进信息技术与安全生 产业务深度融合，利用先进的技术手段创新安全
监管方式，研究并构建预防和处置人员密集场所 安全风险的防控体系，提高安全监管工作的规范 化、科学化、信息化、智能化水平,从而提升港口事 故预防预警和应急处置的能力。

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