集裝箱碼頭場橋作業(yè)集卡檢測及防砸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊　萌

天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司

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集裝箱碼頭場橋作業(yè)集卡檢測及防砸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊萌

天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司

摘要:針對場橋集卡車的作業(yè)工況，采用二維激光掃描技術(shù)，設(shè)計(jì)了場橋集卡激光檢測防砸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對集卡的位置檢測、防砸預(yù)警。

關(guān)鍵詞:集裝箱門式起重機(jī)； 集卡； 檢測； 防砸

1引言

集裝箱門式起重機(jī)(以下簡稱 “場橋”) 是集裝箱碼頭裝卸設(shè)備的重要組成部分。場橋生產(chǎn)作業(yè)過程中，當(dāng)?shù)蹙邚募ㄉ系踹\(yùn)集裝箱或者將集裝箱放置在集卡上時(shí)，傳統(tǒng)方法需要依靠集卡司機(jī)通過個(gè)人的目測，前后反復(fù)移動(dòng)集卡，完成集卡與吊具的對位。該對位過程降低了集裝箱的裝卸速度，增加了司機(jī)的操作疲勞，同時(shí)難以完全避免吊具、集裝箱和集卡之間的碰撞，造成設(shè)備損壞，帶來了諸多安全隱患。

通過分析某公司近2年作業(yè)事故情況，33臺(tái)場橋由于集卡和場橋作業(yè)中碰撞的事故多達(dá)20 余起，直接經(jīng)濟(jì)損失近15萬元。為此，有必要在場橋上加裝一套集卡對位和防撞系統(tǒng)，保障設(shè)備完好正常作業(yè)。目前，在場橋上安裝的檢測方式有：視頻識(shí)別、雷達(dá)、紅外線檢測、激光檢測等4種。由于場橋作業(yè)工況復(fù)雜，作業(yè)光線變化大，采用視頻和雷達(dá)無法應(yīng)對復(fù)雜的工況，紅外檢測的功能較為簡單，誤判率較高，采用激光檢測的方式效果最佳。

2場橋集卡檢測防砸系統(tǒng)

2.1激光檢測系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要設(shè)備包含激光掃描儀、工控機(jī)、LED顯示屏。這些設(shè)備與場橋上原有PLC系統(tǒng)和司機(jī)控制臺(tái)上功能啟停選擇開關(guān)、狀態(tài)指示燈共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，其中工控機(jī)上部署集卡對位控制軟件。

2.2設(shè)備安裝

作業(yè)集卡車道一般位于電氣房側(cè)，激光掃描儀、LED顯示屏設(shè)備安裝電氣房側(cè)。

激光掃描儀通過螺栓固定在支架上，支架由8#槽鋼焊接而成，支架直接焊接在電氣房上方平臺(tái)支架上。激光掃描儀上方加防護(hù)罩保護(hù)，防護(hù)罩固定在支架上。

工控機(jī)安裝在電氣房內(nèi)，提供網(wǎng)口連接激光掃描儀，提供RS485連接LED顯示屏，提供RS232串口連接PLC。

LED顯示屏尺寸不小于480 mm×320 mm，通過安裝支架固定在場橋車道側(cè)平衡梁的兩側(cè)，根據(jù)場橋安裝條件配備安裝支架。安裝高度距地面約3 m，屏幕中心高度與集卡司機(jī)視線高度一致。LED顯示屏與場橋平衡梁應(yīng)有30°的夾角。LED屏幕采用紅色顯示，分為2個(gè)顯示區(qū)域。

集卡對位方向“向前”、“向后”用箭頭顯示，對位成功后用橫杠表示停止。集卡對位方向采用紅色上下箭頭顯示。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別出操作區(qū)域內(nèi)進(jìn)入集卡車輛，則顯示對應(yīng)的對位方向的箭頭。當(dāng)集卡車調(diào)整到位后，則顯示紅色橫杠，此時(shí)禁止集卡車輛移動(dòng)。

對位偏離距離顯示為紅色，顯示范圍為“00”-“99”，單位為 cm。該區(qū)域表示集卡當(dāng)前位置與正確的停車位置相差的距離。當(dāng)集卡停車到位時(shí)顯示“00”；當(dāng)場橋完成卸箱或裝箱的操作時(shí)，顯示為“--”，此時(shí)集卡允許駛離操作區(qū)域；當(dāng)操作區(qū)域內(nèi)沒有集卡進(jìn)入時(shí)，也顯示為“-”。

2.3系統(tǒng)工作原理

在電氣房上方安裝1臺(tái)激光掃描儀，激光沿平行于集卡車道中心線對集裝箱及集卡進(jìn)行掃描測距。工控機(jī)安裝在電氣房內(nèi)，通過與PLC接口，獲取當(dāng)前作業(yè)的吊具操作模式、作業(yè)類型信息等。

激光掃描儀將數(shù)據(jù)發(fā)送工控機(jī)，工控機(jī)識(shí)別集卡的行駛方向、位置，以及區(qū)分集卡車頭和集卡托架或集卡上的集裝箱。

工控機(jī)從PLC獲取吊具操作模式、開閉鎖信號(hào)和起升高度，系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位集卡車頭、集卡托架的位置，如集卡未停車到位，將對吊具在集卡車道進(jìn)行禁止下降動(dòng)作，以保護(hù)集卡和司機(jī)的安全；同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算集卡偏離場橋起吊點(diǎn)的距離值，并將方向信息、距離信息顯示在LED顯示屏上，提示司機(jī)調(diào)整集卡停車位置，對準(zhǔn)狀態(tài)。

在場橋司機(jī)操作臺(tái)提供旁路開關(guān)，控制啟停系統(tǒng)功能。相關(guān)狀態(tài)也可以通過指示燈顯示。

2.4防止吊具下放誤砸集卡和司機(jī)機(jī)理

在場橋作業(yè)過程中，場橋司機(jī)經(jīng)常進(jìn)行吊具模式的切換，當(dāng)從單20 ft切換到40 ft作業(yè)時(shí)，集卡司機(jī)未注意到吊具模式已發(fā)生切換，仍停在前20 ft的位置，而場橋司機(jī)由于遮擋也未注意到下方集卡未停到位，結(jié)果吊具繼續(xù)下放，造成安全事故。造成此事故的另一個(gè)原因是集卡司機(jī)由于個(gè)人原因未停到位或者由于風(fēng)大，司機(jī)停到位后，未拉起手剎，集卡車被風(fēng)刮向后移動(dòng)，司機(jī)未察覺到。

為了防止集卡未停到位時(shí)吊具下放誤砸集卡和司機(jī)，系統(tǒng)通過激光掃描儀實(shí)時(shí)檢測集卡偏離距離，并從PLC獲取開閉鎖信號(hào)及吊具起升高度，當(dāng)集卡偏離距離大于安全距離時(shí)，對吊具下降采用限制策略，以保證人車安全。

激光掃描儀用于障礙物掃描會(huì)受到環(huán)境的約束，例如在大雪，大雨和大霧天氣時(shí)，激光掃描儀出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤等情況。本系統(tǒng)多次經(jīng)過惡劣天氣環(huán)境下進(jìn)行測試。測試情況表明，在大雪、大雨、大霧天情況下，如人眼無法看見作業(yè)集卡，激光掃描儀出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤，同時(shí)系統(tǒng)報(bào)故；如作業(yè)集卡可視，系統(tǒng)仍保持正常工作。圖1為系統(tǒng)在大雪天氣情況下的測試示意圖，雖然激光掃描儀被一些雪花遮擋，但經(jīng)過整體數(shù)據(jù)組合和處理，集卡及集裝箱可以清晰的識(shí)別出來。

圖1　大雪天激光識(shí)別情況

通過對實(shí)際數(shù)據(jù)的分析，即使有天氣因素影響也能夠通過程序過濾的方式實(shí)現(xiàn)較好的控制環(huán)境干擾。

4結(jié)語

通過對場橋加裝集卡檢測系統(tǒng)，不但最大程度地提高了作業(yè)安全性，也有效地提高了作業(yè)效率。加裝集卡檢測系統(tǒng)后，通過2016年半年的觀察統(tǒng)計(jì)，事故次數(shù)平均下降30%，效果顯著。預(yù)計(jì)在場橋司機(jī)使用熟練后該功能對場橋作業(yè)安全將起到更大的作用。該系統(tǒng)對非自動(dòng)化碼頭的智能控制也是較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輔助手段，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

楊萌： 300461， 天津市塘沽區(qū)臨海路1698號(hào)

Design of the Detection and Anti-smashing System for Container Trucks Operating on Container Terminal

Tianjin Port Europe-Aisa International Container Terminal Co., Ltd.Yang Meng

Abstract：With the consideration of the operation condition of container trucks, the laser detection and hit protection system is designed with 2D laser scanning technology, and the system realizes the position detection and anti-smashing warning of container trucks.

Key words:container portal crane; container truck; detection; Anti-smashing

收稿日期：2016-05-05

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.013