常规集装箱岸桥的远程控制改造研究与介绍

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2017-05

常规集装箱岸桥的远程控制改造研究与介绍

Remote control renovation on traditional STS

胡旻晖1，陈 操2

HU Min-hui 1, CHEN Cao 2

（上海振华重工电气有限公司，上海 200125）

摘 要：主要研究并介绍了适用于大部分常规集装箱岸桥远程自动化操作改造的方案，并提出未来发展

的方向。

关键词：MBD；三坐标检测；系统构建；系统集成中图分类号：TH215 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2017)05-0122-02

收稿日期：2017-02-16

作者简介：胡旻晖（1983 -），男，上海人，本科，主要从事集装箱起重机电控设计和自动化设计的工作。0 设备应用背景

在工业4.0、中国制造2025的大潮下，越来越多的全新自动化码头开始兴建。目前我国厦门远海自动化码头已建成商业运营；青岛、洋山两大自动化码头正处于系统联调阶段，将于今年投产；远期京唐港自动化码头设备也正在制造调试阶段。

在如此大潮的推动下，普通码头对于既有岸桥设备的智能化、自动化改造需求也日益增多。岸桥的远程自动化操作改造是当下比较热门的码头改造需求。

如今，正常运行在码头的绝大部分岸桥设备都是采用通用的PLC 控制器加交流驱动的电控系统，此类系统扩展性较强，配有通用的现场总线ProfibusDP ，同时起升、小车机构都由变频器控制，调速性能较好。这些条件都为岸桥的远程自动化改造打下良好的基础。为此我们研究了一套适用于大部分常规岸桥的远程操作控制系统，并在实际项目中得到了很好的应用。

1 详细技术内容

1.1 系统组成介绍

本系统主要由如下子系统构成，具体如下：1）远程操作台

岸桥远程操作台可安装于岸桥上固定司机室内，该固定司机室可以安装在岸桥的联系梁上，也可以将安装于大车行走的理货室改造为固定司机室。如果岸桥上有光缆与码头中控大楼相连的话，远程操作台也可布置在大楼中，这将大大改善司机操作环境与劳动强度。

远程操作台布置有常规司机室相同的按钮、手柄等硬件，也安装有方便司机进行操作设置的触摸屏。

2）视频系统

为了方便司机在远程操作台上操作时尽可能了解设

备的运行状态，能够无死角的将岸桥各部位情况展现出来，我们在岸桥上布置有20多个高清摄像头，同时远程操作台上也布置有六个27英寸高清显示器。

正常司机吊箱操作时，只需观察安装于传统司机室底下的两个摄像头画面，该画面与传统操作视角相同，若司机有需要，还可观察其他位置的摄像头画面。当司机移动大车时，画面将切换到四个大车门腿上的摄像头以及大梁左右两侧的摄像头，另外大车电缆卷盘的画面也将显示，此时司机可以很好掌握岸桥大车运行状态，并对运行方向上的障碍物有直观感受。当司机操作俯仰功能时，操作台画面将切换到梯形架顶端沟区摄像头以及大梁两侧的摄像头，此时司机可以观察到俯仰运行阶段所有可能发生风险的部位。

此外视频系统还具备远程喊话功能，方便司机与现场进行沟通。

3）船型扫描系统

船型扫描系统安装于小车架，有三个激光器组成。

图1 远程操作台实景

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在作业过程中，该系统可实时检测船上轮廓信息，为半自动路径规划提供数据依据。同时船型扫描系统也将实时保护起升、小车运行方向上的碰撞风险，有必要时对起升小车进行限速操作。

4）集卡引导系统

该子系统目前已在大部分常规岸桥上得到了很好的应用，对于远程操作系统，集卡引导可以辅助集卡司机将集卡停泊在准确的位置，方便司机远程操作时进行对箱作业，减少司机由于集卡停靠位置偏差而去改变吊具位置。

5）吊具位姿检测系统

该子系统通过安装在小车架上的摄像头与吊具上架上的结构光源进行图像识别处理，获取吊具的实时位姿信息。

6）箱号识别系统

该子系统可对岸桥装卸的集装箱进行拍照并箱号识别，供码头操作系统TOS 使用，也可作为远程理货的信息来源。

7）自动化控制器

自动化控制器是岸桥起升、小车自动运行的核心控制器。我们采用贝加莱品牌的PLC ，结合吊具位姿检测系统的数据反馈，对岸桥的小车起升进行防摇控制，同时通过船型扫描系统获取到的船舶轮廓信息，对起升小车的运行路径进行最优规划。

自动化控制器经过一系列算法处理，输出起升、小车的实时速度给定到岸桥单机PLC ，由单机PLC 执行该给定输出到变频器执行。可以形象的认为对于单机电控系统，自动化控制器是另一位司机，与普通司机所做的事相同，即给出手柄速度。

8）岸桥作业管理系统

该子系统可与码头操作系统TOS 进行互联，支持多种交互方式，可将TOS 工作任务拆解为岸桥自动化控制器支持的作业指令，结合箱号扫描系统获取到的信息，自动为司机选择每次作业的目标位置。1.2 系统架构简介

目前，大部分码头岸桥电控PLC 都带有ProfibusDP 通讯协议，那么自动化控制系统的核心（贝加莱PLC ）可以作为DP 从站与单机岸桥PLC 进行数据交互，获取远程半自动化作业的基础信息，速度给定等命令也通过DP 总线输出至单机PLC 控制。

其他半自动化运行的子系统如船型扫描系统、吊具位姿检测系统等通过各自的通讯方式直接与贝加莱PLC 进行数据交互，以确保数据的实时性。

2 远程操作流程介绍

远程操作相对于常规岸桥司机室操作具有较大不

同，常规司机室司机可以自由控制起升小车，并结合眼睛看到的、身体感受到的进行小车和起升的控制。而在远程司机室进行控制室，如果不配合一些子系统的帮助，司机将无法很好地控制好岸桥，特别是小车的摇摆控制。所以远程操作时，司机一般只需完成对集装箱的抓放箱动作即可，小车的运行都由自动化控制器来自动执行，这样可以大大减小司机的劳动强度。

当然，岸桥自动化运行需要大量的外部数据支持，每次半自动运行的目标位置都是预先设置好的，为了便于自动化控制器对这些位置进行计算与排序，司机需要在远程操作台的触摸屏上进行设置，设置的内容包括所作业船舶的宽度、停靠方向等信息。司机设置完成后，自动化控制器将自动生成船舶上每排集装箱所对应的小车位置。那么，半自动运行的目标排号就与该学习所得的位置得到了很好的匹配。

为了确保系统运行的安全与准确，司机操作大车换完贝后，系统将提示司机进行船舶轮廓信息的自动扫描，司机在触摸屏上激活该功能后，起升将升至上停止位，小车将自动运行至前大梁顶端，这样就完成了船舶轮廓信息的扫描，半自动路径也将被准确规划。

在船舶每个贝位作业时，司机也可通过触摸屏对装船、卸船模式进行设置，在设置完装卸船顺序后（主要是从海侧到陆侧、从陆侧往海侧、固定排位三种作业顺序），半自动系统将在每次司机完成开闭锁动作后，自动生成下一次半自动运行的目标位置，此时司机将不需操作其他按键，只需按下启动按钮，此后小车、起升将自动运行到目标集装箱上方。小车运行到位后，司机接着完成着箱、开闭锁等动作即可。当然在自动流程的过程中，司机也可自由指定新的目标位置，并激活半自动功能运行起升小车至目标位置。

3 总结

目前，该远程自动化控制操作系统已在国内某码头改造完成并投入实际作业，平均作业效率已达到每小时20循环，极端条件下可达到30个循环。该系统改造方案适用于大部分的常规岸桥，具有一定的通用性，未来具有广阔的市场前景。

当然，随着图像识别技术、机器深度学习技术的日益流行，此类技术储备也逐渐壮大，将来的岸桥远程操作技术必将集成各种高精技术，辅助司机进行各种操作，使司机在减轻身体劳动强度的同时，也有着与传统司机室相同的操作感受，远程操作作业效率也将逐渐赶上甚至超越常规司机室操作效率。

参考文献：

[1] 陆青.集装箱轮胎式起重机远程作业的技术研究[J].起重运输机

械,2012.12.