雙小車自動化岸橋淺析

施建華，方吉

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

20世紀中葉，對于集裝箱化的海洋運輸剛剛開始，裝卸效率的提高一向是全世界各大集裝箱碼頭港口發展的首要話題。到了20世紀末，集裝箱自動化裝卸技術開始進入大家的視線。進入21世紀后，港口集裝箱的裝卸從以往對效率的追求，改為向人工智能化、自動化的追求而延伸，搭上科技的潮流、實現智能化已成為傳統港口關注度很高的一個焦點。港口作為城市經濟騰飛的一個重要標志，集裝箱碼頭作為實現港口功能的主要形式具有不可動搖的地位。自從全球經濟合作越來越深入，建造或者改造自動化的集裝箱碼頭就備受全球各個碼頭的青睞。

第1代自動化集裝箱碼頭是位于荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭，于90年代初投入運營，是全球第1代自動化集裝箱碼頭的代表。第2代自動化集裝箱碼頭是位于德國漢堡港的CTA碼頭，它的獨特之處在于，擁有由振華重工研制的雙起升雙小車岸橋，該岸橋具有2種不同功能的小車，分別是主小車和門架小車。這2種小車位置不同、功能不同，以交替、往返、接力的形式進行裝卸，極大提高了作業效率，實現了真正意義上的自動化。第3代自動化集裝箱碼頭是位于美國長灘港的LBCT碼頭，與之前的自動化碼頭相比，該碼頭集前兩代的優點，并搭載了最新的港口設備技術，大大提高了碼頭的人工智能化、信息化水平。LBCT碼頭不僅應用了振華重工的第2代大型雙起升雙小車岸橋技術，同時還采用了AGV小車，使得定位更為精準。這些先進機械設備的應用，大幅提高了該碼頭的自動化水平。

1 LBCT自動化集裝箱碼頭的簡介

LBCT港位于美國加州長灘市的東南角，正好處于通往東太平洋的入海處。從世界各地開來的集裝箱貨船可以自由系駁在此。LBCT港使用的是ZPMC制造的世界級一流的岸邊集裝箱起重機，具有半自動控制系統、雙小車系統、以及其他創新技術。LBCT岸橋的高度固然是使它高效率作業的重要因素，但是在經過觀察與研究各個碼頭的現場作業情況后，LBCT設想到了一種超現代化的岸橋方案，一種被稱為半自動操作系統的方案。岸橋司機可以完全只專注于從船上抓箱以及放箱，其他的任務全部交給岸橋控制系統完成，自動選擇最短的路徑將集裝箱安全地放置在陸側中轉平臺上任意一個箱位上。LBCT岸橋裝備了2套小車系統：主小車和門架小車。主小車可以跨過船以及陸側上方作業，其允許半自動運行，但是運行過程中必須有起重機司機在司機室內操作或者監護。門架小車僅僅可以在陸側上方作業，作業過程中它是完全自動化的，通常不需要司機去干預其運行。起重機可以在集裝箱船、中轉平臺、AGV（自動引導小車）通道、以及陸側集卡通道上進行主要的集裝箱裝卸作業。

2 LBCT自動化岸橋的作業流程（見圖1）

3 LBCT自動化岸橋的主要系統

在整個作業過程中有強大的控制系統進行管理，岸橋上主要有以下參與自動控制的部分。

（1）ECS/TAP。碼頭管理與計劃控制系統，通過其向起重機系統發出工作指令，ECS/TAP還向起重機提供集裝箱船的停靠方向和其具體的集裝箱分布情況。其管控著：岸橋與AGV防撞控制、實時集裝箱動作與集裝箱信息校驗控制、理貨員操作控制、作業順序控制以及中轉平臺上集裝箱位置的控制。

（2）Crane Controller。岸橋控制器，岸橋控制系統的大腦，它檢測并控制執行著各種信號，LBCT岸橋使用的是ABB的CPU，主要使用2個CPU進行控制，分別控制手動和自動模式。

（3）Ship Profile Scanner (SPS)。船形掃描儀，安裝于主小車架下方的激光傳感器，用于實時掃描并更新集裝箱船上集裝箱的堆垛情況，掃描的信息用于控制器計算出安全路徑，以及計算智能減速區域，大大提高作業效率。

圖1 LBCT自動化岸橋的作業流程

（4）Target Position Sensor (TPS)。目標位置傳感器，LBCT岸橋的TPS安裝于門架左側聯系梁下方。它的用處是用來判別門架下方的AGV是否到位，從而判定是否可以抓箱或者放箱。AGV是否到位的狀態，在司機室內有一指示燈以顯示AGV的狀態，在AGV上抓箱或者放箱之前必須確認AGV是否到位。

（5）Load Position Sensor（LPS）。吊具位置傳感器，LPS是用于檢測吊具相對于小車的方位，它由兩部分組成：一個安裝于小車架底部，向下照射的攝像頭；一個安裝在吊具上架上方，向上發射光電信號的發射板。這兩樣加起來，加上實時的起升高度信息，可以計算出吊具的實時位置，以便于計算和控制吊具的搖擺動作，每個小車都有一個LPS。

（6）Sway Control。防搖控制是一個系統。包括起重機控制器在內，可以通過LPS實時傳回的檢測數據，自動計算并控制起升以及小車動作，以減少吊具以及吊具下集裝箱的搖擺狀態。防搖控制在自動模式情況下保持為常開狀態，在手動作業狀態下也可以開啟這項功能。在防搖控制開啟的過程中，可以看到集裝箱在空中呈現出完美的拋物線路徑，而非傳統的前后搖晃形式。

（7）Skew Control。傾轉控制，傾轉控制也是一個系統，包括起重機控制器在內，可以控制吊具的傾轉姿態。由于船舶停靠時，可能存在一定前后左右的傾斜，而陸側中轉平臺或者集卡都是在水平位置，吊具在海側每次作業都需要保持相同的傾斜度以方便作業，在自動傾轉控制開啟后，不需要司機對傾轉進行控制，可的自動在海陸側從水平到傾斜狀態切換，提高司機的作業效率。

（8）User Interface。Cabin View 安裝在司機室內司機座椅旁邊的一個觸摸顯示屏，其可顯示岸橋整機的狀態信息，以及碼頭控制室發送過來的工作令（Work Order）和顯示岸橋故障信息。Control buttons, pedals, indicators 安裝在司機室座椅旁邊，為實現自動化控制的操作站，腳踏開關以及在司機前下方的顯示器等，顯示及實施自動化的控制狀態。圖2為自動控制部件的安裝分布圖。

以上這些是實現LBCT岸橋高效率作業的必要組成部分，此外岸橋對精度控制也存在相當的要求。由于有2個CPU同時控制整個岸橋運轉，因此也與其他常規岸橋不同。主起升和門架起升以及俯仰機構都使用了2個絕對值編碼器，2組編碼器值實時比較，確保安全；主小車和門架小車都使用了SICK的磁桿編碼器，確保小車位置的精準控制；大車機構也采用了預埋磁桿的編碼器，可以實時監控大車在碼頭岸線上的位置；另外，在門架起升上架上還使用了Micro Motion油缸補償裝置，通過油缸伸縮控制上架在水平方向上的前后左右移動，確保門架起升的抓箱成功率。LBCT岸橋集多種創新，確保了它的高效、準確，使其成為世界起重機中的標桿。

圖2 自動控制部件的安裝分布圖

4 結語

經濟全球化推動了世界航運業的發展，越來越多的新碼頭已經投入建設，老碼頭也開始在換代或者升級。打造新一代的智能港口，實現港口的自動化已經成為港口業發展的必然趨勢。我們有理由相信，智能化碼頭的未來是光明的。