常規(guī)集裝箱岸橋的遠(yuǎn)程控制改造研究與介紹

胡旻暉，陳 操

（上海振華重工電氣有限公司，上海 200125）

常規(guī)集裝箱岸橋的遠(yuǎn)程控制改造研究與介紹

胡旻暉1，陳 操2

（上海振華重工電氣有限公司，上海 200125）

主要研究并介紹了適用于大部分常規(guī)集裝箱岸橋遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作改造的方案，并提出未來(lái)發(fā)展的方向。

MBD；三坐標(biāo)檢測(cè)；系統(tǒng)構(gòu)建；系統(tǒng)集成

0 設(shè)備應(yīng)用背景

在工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025的大潮下，越來(lái)越多的全新自動(dòng)化碼頭開(kāi)始興建。目前我國(guó)廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭已建成商業(yè)運(yùn)營(yíng)；青島、洋山兩大自動(dòng)化碼頭正處于系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段，將于今年投產(chǎn)；遠(yuǎn)期京唐港自動(dòng)化碼頭設(shè)備也正在制造調(diào)試階段。

在如此大潮的推動(dòng)下，普通碼頭對(duì)于既有岸橋設(shè)備的智能化、自動(dòng)化改造需求也日益增多。岸橋的遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作改造是當(dāng)下比較熱門的碼頭改造需求。

如今，正常運(yùn)行在碼頭的絕大部分岸橋設(shè)備都是采用通用的PLC控制器加交流驅(qū)動(dòng)的電控系統(tǒng)，此類系統(tǒng)擴(kuò)展性較強(qiáng)，配有通用的現(xiàn)場(chǎng)總線ProfibusDP，同時(shí)起升、小車機(jī)構(gòu)都由變頻器控制，調(diào)速性能較好。這些條件都為岸橋的遠(yuǎn)程自動(dòng)化改造打下良好的基礎(chǔ)。為此我們研究了一套適用于大部分常規(guī)岸橋的遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)，并在實(shí)際項(xiàng)目中得到了很好的應(yīng)用。

1 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

1.1 系統(tǒng)組成介紹

本系統(tǒng)主要由如下子系統(tǒng)構(gòu)成，具體如下：

1）遠(yuǎn)程操作臺(tái)

岸橋遠(yuǎn)程操作臺(tái)可安裝于岸橋上固定司機(jī)室內(nèi)，該固定司機(jī)室可以安裝在岸橋的聯(lián)系梁上，也可以將安裝于大車行走的理貨室改造為固定司機(jī)室。如果岸橋上有光纜與碼頭中控大樓相連的話，遠(yuǎn)程操作臺(tái)也可布置在大樓中，這將大大改善司機(jī)操作環(huán)境與勞動(dòng)強(qiáng)度。

遠(yuǎn)程操作臺(tái)布置有常規(guī)司機(jī)室相同的按鈕、手柄等硬件，也安裝有方便司機(jī)進(jìn)行操作設(shè)置的觸摸屏。

2）視頻系統(tǒng)

為了方便司機(jī)在遠(yuǎn)程操作臺(tái)上操作時(shí)盡可能了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠無(wú)死角的將岸橋各部位情況展現(xiàn)出來(lái)，我們?cè)诎稑蛏喜贾糜?0多個(gè)高清攝像頭，同時(shí)遠(yuǎn)程操作臺(tái)上也布置有六個(gè)27英寸高清顯示器。

圖1 遠(yuǎn)程操作臺(tái)實(shí)景

正常司機(jī)吊箱操作時(shí)，只需觀察安裝于傳統(tǒng)司機(jī)室底下的兩個(gè)攝像頭畫面，該畫面與傳統(tǒng)操作視角相同，若司機(jī)有需要，還可觀察其他位置的攝像頭畫面。當(dāng)司機(jī)移動(dòng)大車時(shí)，畫面將切換到四個(gè)大車門腿上的攝像頭以及大梁左右兩側(cè)的攝像頭，另外大車電纜卷盤的畫面也將顯示，此時(shí)司機(jī)可以很好掌握岸橋大車運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)運(yùn)行方向上的障礙物有直觀感受。當(dāng)司機(jī)操作俯仰功能時(shí)，操作臺(tái)畫面將切換到梯形架頂端溝區(qū)攝像頭以及大梁兩側(cè)的攝像頭，此時(shí)司機(jī)可以觀察到俯仰運(yùn)行階段所有可能發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的部位。

此外視頻系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程喊話功能，方便司機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行溝通。

3）船型掃描系統(tǒng)

船型掃描系統(tǒng)安裝于小車架，有三個(gè)激光器組成。在作業(yè)過(guò)程中，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)船上輪廓信息，為半自動(dòng)路徑規(guī)劃提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)船型掃描系統(tǒng)也將實(shí)時(shí)保護(hù)起升、小車運(yùn)行方向上的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，有必要時(shí)對(duì)起升小車進(jìn)行限速操作。

4）集卡引導(dǎo)系統(tǒng)

該子系統(tǒng)目前已在大部分常規(guī)岸橋上得到了很好的應(yīng)用，對(duì)于遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，集卡引導(dǎo)可以輔助集卡司機(jī)將集卡停泊在準(zhǔn)確的位置，方便司機(jī)遠(yuǎn)程操作時(shí)進(jìn)行對(duì)箱作業(yè)，減少司機(jī)由于集卡停靠位置偏差而去改變吊具位置。

5）吊具位姿檢測(cè)系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過(guò)安裝在小車架上的攝像頭與吊具上架上的結(jié)構(gòu)光源進(jìn)行圖像識(shí)別處理，獲取吊具的實(shí)時(shí)位姿信息。

6）箱號(hào)識(shí)別系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可對(duì)岸橋裝卸的集裝箱進(jìn)行拍照并箱號(hào)識(shí)別，供碼頭操作系統(tǒng)TOS使用，也可作為遠(yuǎn)程理貨的信息來(lái)源。

7）自動(dòng)化控制器

自動(dòng)化控制器是岸橋起升、小車自動(dòng)運(yùn)行的核心控制器。我們采用貝加萊品牌的PLC，結(jié)合吊具位姿檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋，對(duì)岸橋的小車起升進(jìn)行防搖控制，同時(shí)通過(guò)船型掃描系統(tǒng)獲取到的船舶輪廓信息，對(duì)起升小車的運(yùn)行路徑進(jìn)行最優(yōu)規(guī)劃。

自動(dòng)化控制器經(jīng)過(guò)一系列算法處理，輸出起升、小車的實(shí)時(shí)速度給定到岸橋單機(jī)PLC，由單機(jī)PLC執(zhí)行該給定輸出到變頻器執(zhí)行。可以形象的認(rèn)為對(duì)于單機(jī)電控系統(tǒng)，自動(dòng)化控制器是另一位司機(jī)，與普通司機(jī)所做的事相同，即給出手柄速度。

8）岸橋作業(yè)管理系統(tǒng)

該子系統(tǒng)可與碼頭操作系統(tǒng)TOS進(jìn)行互聯(lián)，支持多種交互方式，可將TOS工作任務(wù)拆解為岸橋自動(dòng)化控制器支持的作業(yè)指令，結(jié)合箱號(hào)掃描系統(tǒng)獲取到的信息，自動(dòng)為司機(jī)選擇每次作業(yè)的目標(biāo)位置。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)介

目前，大部分碼頭岸橋電控PLC都帶有ProfibusDP通訊協(xié)議，那么自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心（貝加萊PLC）可以作為DP從站與單機(jī)岸橋PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，獲取遠(yuǎn)程半自動(dòng)化作業(yè)的基礎(chǔ)信息，速度給定等命令也通過(guò)DP總線輸出至單機(jī)PLC控制。

其他半自動(dòng)化運(yùn)行的子系統(tǒng)如船型掃描系統(tǒng)、吊具位姿檢測(cè)系統(tǒng)等通過(guò)各自的通訊方式直接與貝加萊PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

2 遠(yuǎn)程操作流程介紹

遠(yuǎn)程操作相對(duì)于常規(guī)岸橋司機(jī)室操作具有較大不同，常規(guī)司機(jī)室司機(jī)可以自由控制起升小車，并結(jié)合眼睛看到的、身體感受到的進(jìn)行小車和起升的控制。而在遠(yuǎn)程司機(jī)室進(jìn)行控制室，如果不配合一些子系統(tǒng)的幫助，司機(jī)將無(wú)法很好地控制好岸橋，特別是小車的搖擺控制。所以遠(yuǎn)程操作時(shí)，司機(jī)一般只需完成對(duì)集裝箱的抓放箱動(dòng)作即可，小車的運(yùn)行都由自動(dòng)化控制器來(lái)自動(dòng)執(zhí)行，這樣可以大大減小司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

當(dāng)然，岸橋自動(dòng)化運(yùn)行需要大量的外部數(shù)據(jù)支持，每次半自動(dòng)運(yùn)行的目標(biāo)位置都是預(yù)先設(shè)置好的，為了便于自動(dòng)化控制器對(duì)這些位置進(jìn)行計(jì)算與排序，司機(jī)需要在遠(yuǎn)程操作臺(tái)的觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的內(nèi)容包括所作業(yè)船舶的寬度、停靠方向等信息。司機(jī)設(shè)置完成后，自動(dòng)化控制器將自動(dòng)生成船舶上每排集裝箱所對(duì)應(yīng)的小車位置。那么，半自動(dòng)運(yùn)行的目標(biāo)排號(hào)就與該學(xué)習(xí)所得的位置得到了很好的匹配。

為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全與準(zhǔn)確，司機(jī)操作大車換完貝后，系統(tǒng)將提示司機(jī)進(jìn)行船舶輪廓信息的自動(dòng)掃描，司機(jī)在觸摸屏上激活該功能后，起升將升至上停止位，小車將自動(dòng)運(yùn)行至前大梁頂端，這樣就完成了船舶輪廓信息的掃描，半自動(dòng)路徑也將被準(zhǔn)確規(guī)劃。

在船舶每個(gè)貝位作業(yè)時(shí)，司機(jī)也可通過(guò)觸摸屏對(duì)裝船、卸船模式進(jìn)行設(shè)置，在設(shè)置完裝卸船順序后（主要是從海側(cè)到陸側(cè)、從陸側(cè)往海側(cè)、固定排位三種作業(yè)順序），半自動(dòng)系統(tǒng)將在每次司機(jī)完成開(kāi)閉鎖動(dòng)作后，自動(dòng)生成下一次半自動(dòng)運(yùn)行的目標(biāo)位置，此時(shí)司機(jī)將不需操作其他按鍵，只需按下啟動(dòng)按鈕，此后小車、起升將自動(dòng)運(yùn)行到目標(biāo)集裝箱上方。小車運(yùn)行到位后，司機(jī)接著完成著箱、開(kāi)閉鎖等動(dòng)作即可。當(dāng)然在自動(dòng)流程的過(guò)程中，司機(jī)也可自由指定新的目標(biāo)位置，并激活半自動(dòng)功能運(yùn)行起升小車至目標(biāo)位置。

3 總結(jié)

目前，該遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制操作系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)某碼頭改造完成并投入實(shí)際作業(yè)，平均作業(yè)效率已達(dá)到每小時(shí)20循環(huán)，極端條件下可達(dá)到30個(gè)循環(huán)。該系統(tǒng)改造方案適用于大部分的常規(guī)岸橋，具有一定的通用性，未來(lái)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

當(dāng)然，隨著圖像識(shí)別技術(shù)、機(jī)器深度學(xué)習(xí)技術(shù)的日益流行，此類技術(shù)儲(chǔ)備也逐漸壯大，將來(lái)的岸橋遠(yuǎn)程操作技術(shù)必將集成各種高精技術(shù)，輔助司機(jī)進(jìn)行各種操作，使司機(jī)在減輕身體勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，也有著與傳統(tǒng)司機(jī)室相同的操作感受，遠(yuǎn)程操作作業(yè)效率也將逐漸趕上甚至超越常規(guī)司機(jī)室操作效率。

[1] 陸青.集裝箱輪胎式起重機(jī)遠(yuǎn)程作業(yè)的技術(shù)研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2012.12.

Remote control renovation on traditional STS

HU Min-hui1, CHEN Cao2

TH215

：B

：1009-0134(2017)05-0122-02

2017-02-16

胡旻暉（1983 -），男，上海人，本科，主要從事集裝箱起重機(jī)電控設(shè)計(jì)和自動(dòng)化設(shè)計(jì)的工作。