雙小車岸邊集裝箱起重機中轉平臺鎖銷拆卸安全保護系統

陳 杰

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

0 引言

由于集裝箱運輸船舶趨于大型化，尤其是超巴拿馬型船的發展，對岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）提出了更新更高的要求。全自動雙小車岸橋就是為了滿足這一要求而設計開發的高效新型集裝箱裝卸設備。

由于目前雙小車岸橋自動拆鎖銷系統尚欠成熟，絕大部分雙小車項目還要人工將放置在中轉平臺上的集裝箱鎖銷進行拆卸操作。為了確保人員安全，有必要在雙小車岸橋中轉平臺設置一套安全保護系統，為岸橋安全高效的操作提供保障。通過荷蘭鹿特丹RWG 雙小車項目的應用，介紹中轉平臺安全保護系統，從人員安全通道、操作設備布置、人員檢測系統、設備運行速度高度控制等方面說明該系統與起重機控制系統相結合，保障現場作業人員安全。

1 中轉平臺安全系統應用背景

雙小車岸橋最大的特點是配置了2 臺小車在各自獨立的軌道上運行作業，互不干涉，主小車在主梁軌道上運行，門架小車在門框聯系梁上運行。通常在陸側下橫梁設置集裝箱中轉平臺，用于放置來自主小車或門架小車運送過來的集裝箱。卸船時，主小車將船上的集裝箱運至中轉平臺箱位上，后門架小車將主小車運到中轉平臺的集裝箱轉運到后場或AGV 上，裝船過程則相反。

由于卸船時主小車將船上集裝箱吊運至中轉平臺的箱位上后即可卸箱離去（而常規岸橋必須在地面由操作人員拆掉集裝箱4 個角的旋鎖后方可將箱卸到卡車上），省掉了作業循環中的卸旋鎖時間。常規岸橋司機在集裝箱的鎖銷拆除后還要操作小車對位地面集卡，對位時間較長。而雙小車的裝卸位置固定，且為自動化操作，非常快捷，可大大提高裝卸效率。

在雙小車中轉平臺上，集裝箱底部轉銷的拆除和安裝必須快捷、方便、安全，即主小車從船上將集裝箱卸到中轉平臺后，在門架小車抓箱的過程中，操作人員應迅速將在平臺集裝箱底部4 個角的轉銷拆除才能做到拆箱底部的轉銷時間不影響效率。在此過程中，操作人員處于人機交互的過程。為了保障人員安全，該RWG 雙小車中轉平臺設計了整套安全保護系統。

2 人員安全通道硬件保護

中轉平臺位于岸橋門框陸側，位置靠近陸側下橫梁，成一個22 mh 14.35 m 長方形平臺，平臺陸側有2個臺座，用于轉運雙小車岸橋作業時的集裝箱。在集裝箱臺座兩側設置3 組堅固的導向座，具有一定強度，可承受集裝箱著箱的頻繁沖擊。導向座可引導主/門架小車將集裝箱快速放入平臺臺座，即使小車位置有偏差或集裝箱有少量晃動時。另外，利用導向座將人員通道布置在其內部，為3 條大車方向的通道，每條通道寬0.8 m，人員可在導向座內部完成拆裝鎖銷的工作。導向座兩側間隙安裝網眼板，覆蓋整個通道，防止因意外導致物體落入人員通道內。整個作業區域通道用拱門籠形結構和護網包圍起來（見圖1），最大程度避免因有物體意外墜落對人員造成的傷害，保護操作工人的人身安全。

圖1 中轉平臺人員安全通道

3 鎖銷拆卸操作設備布置

中轉平臺與鎖銷拆卸相關的設備有緊急停止按鈕、拆裝鎖鈕作業信號引導燈、作業完成按鈕等，通過岸橋上的PLC 控制，與碼頭操作系統TOS 相連，可實現中轉平臺臺座上集裝箱的拆裝鎖銷工序，確保對操作人員的安全防護。

1）緊急停止按鈕

中轉平臺上的每個安全通道兩側均設有紅色緊急停止按鈕（見圖2），如果發生異常情況操作人員可按下緊急停止按鈕，使岸橋立即停止運行，以防意外發生，保障人身安全。

圖2 中轉平臺安全通道緊急停止按鈕

2）作業信號引導燈

中轉平臺上的每個安全通道兩端均設有提醒作業人員的信號引導燈（見圖3）。紅色信號燈表示主/門架小車正在帶載往中轉平臺上放置，提示人員不得進入通道；黃色信號燈表示有系統有故障，需要檢修；綠色信號燈表示可以進行正常作業。

3）作業完成按鈕

當操作人員完成每一次集裝箱的拆裝鎖銷作業，需要退出通道并按下黑色按鈕，提示系統可進行下一個作業循環。岸橋自動化控制系統在確認操作人員已退出平臺后，自動化作業流程繼續進行。通過作業信號引導燈，以及作業完工反饋按鈕（見圖3），可達到人機交互的目的，使岸橋安全高效運作。

圖3 中轉平臺人員作業信號引導燈及作業完工按鈕

4 人員光柵檢測系統

在平臺上安全通道兩側護欄預留的開口是操作人員的作業窗口。在作業期間，操作人員需要將手伸進窗口內將臺座上的集裝箱鎖銷拆除。為避免因誤操作導致手部被碾壓，每個護網窗口均配置一對全天候戶外型手掌級保護SIL2 安全等級的光柵限位（見圖4）。當操作人員誤將手伸進窗口內時，主/門架機構就會立即停止，可防止對操作人員的意外傷害。

圖4 中轉平臺鎖銷作業窗口光柵限位

光柵需要成對安裝，由一個發射器和一個接收器組成一對，電源為24 VDC 直流電源，整個光柵的高度與鎖銷作業窗口的高度相同，其保護的寬度由每對光柵之間安裝的距離決定。檢測最小物體的范圍尺寸（即保護精度）由光柵內的光源數量以及光源點陣之間的距離決定。本文采用的光柵具體參數有：掃描高度為1 m，最大掃描寬度為15 m，光源點陣數量為50，響應時間為10 ms（從光源被打斷到輸出觸點動作所需的時間），電源為24 VDC，防護等級為IP65，作業環境溫度為-30℃～+55℃，作業環境濕度為15%～95%。

光柵接線圖如圖5 所示，中轉平臺光柵布置根據實際拆裝鎖銷作業位置，安裝在安全通道的兩側，共有20 組，具體布置如圖6 所示。其中每對光柵都有2路電源組成，1 路為24 VDC 直流控制電源，另1 路為230 VAC 交流加熱器除濕電源，以確保設備在特殊氣候環境下正常工作。設備安裝調試時應確保光柵發射和接收器必須在同一平面內才能正常工作。

圖5 光柵限位接線示意圖

圖6 光柵限位布置圖

為了使整套光柵檢測系統的安全級別更高，光柵接收器限位的2 副輸出信號均反饋至主電控安全繼電器上（見圖7）。當光柵正常、光源未被打斷時，光柵接受器2 副觸點輸出為1 的信號，安全PLC 輸出正常不影響岸橋機構的動作。一旦有操作人員身體或其他物體通過光柵時，光源被打斷即使立即復位，光柵接收器輸出也會斷開。安全PLC 接受到斷開信號即觸發控制回路，控制主/門架起升和小車機構停止動作，只有安全模塊復位后才能允許設備繼續正常工作。根據安全繼電器的工作特性，安全PLC 控制回路已斷開即使光柵接收器的輸出恢復正常，如要安全PLC 控制回路恢復正常，必須使其功能塊內復位觸點閉合一下。通過岸橋操作人員或維護保養人員確認復位后，岸橋安全PLC 接受到復位信號才能復位安全模塊。由于安全PLC 集中處理，進一步提升了安全等級，極大保障安全系統有效工作。

圖7 光柵限位信號安全處理模塊

5 主/門架小車起升機構速度高度控制

為了進一步保障設備人員的安全，對中轉平臺上方起升機構的限速實施保護。在靠近中轉平臺的兩側門腿立柱內側分安裝一對光電限位和限位反射板，當起升下降至特定高度時，光電限位與反射板之間光源被打斷，即反饋信號至主控干預，此時需要檢測當前的起升速度是否減速到合理區間內，從而避免因設備失速導致對中轉平臺硬件設施以及操作人員的傷害（見圖8）。

圖8 門腿立柱內側面光電反射限位

另外，對中轉平臺上方主/門架小車負載機構運行實施限高保護。在極端情況下，若負載在中轉平臺上方意外墜落，會對下方作業人員造成致命危害，需要依據不同載重對其運行軌跡規定高度進行限制，以確保負載在不同高度意外下墜的同時中轉平臺上的導向座能承受相應墜落沖擊，保障人員安全。為此，整機稱重系統全部采用SIL2 等級安全型元件設備，確保岸橋自動化作業系統的高精度，可靠性和安全性。

該稱重系統與主電控的通訊方式為Profinet Safe（見圖9）, 大大增加了通訊傳輸的可靠性與安全性。系統控制器內可根據起升高度變化而造成鋼絲繩夾角變化帶來的負載讀數變動，單獨設定高度補償，更進一步增加系統讀數精度，確保中轉平臺上方負載運行軌跡控制在合理高度以內。

圖9 稱重系統控制器與主電控通訊接口圖

6 結語

隨著集裝箱碼頭自動化技術應用得越來越普及，需要正視和解決人機交互作業過程中的安全問題。雙小車中轉平臺是人機交互作業最頻繁的區域，必須確保操作人員及設備的安全。通過荷蘭鹿特丹RWG 雙小車岸橋中轉平臺鎖銷拆卸保護系統的具體方案的實際應用，可有效保障雙小車岸橋的人員安全，進一步提高設備的作業效率，為裝卸自動化提供可靠保障，也為其他自動化碼頭項目提供有益參考。