集装箱起重机远程控制技术

集装箱起重机远程控制技术

王宇

三一海洋重工有限公司   广东珠海   519000

摘要：针对智能化港口集装箱起重机远程控制问题，本文以轨道式集装箱龙门起重机为对象，主要介绍了轨道式集装箱龙门起重机的优缺点，远程控制的技术目标、基本内容以及远程控制技术的意义。

关键词：集装箱；起重机；远程控制技术

引言：

随着船舶大型化发展,迫切需要提高港口装卸效率,同时随着人力成本增加,以及港口对环保、节能等方面的要求越来越高,自动化港口因其安全可靠性、作业高效有序性、人力成本可控性等显著优势,成为现在建造港口的普遍发展趋势。与传统港口相比，自动化港口依托于激光雷达、AI视觉、自动控制等技术实现集装箱自动装卸、水平自动运输全过程的新型港口，自设立之初就以提升效率、降低成本、提高港口管理水平为目的。因此需研发高可靠性、高智能化、高效率的自动化集装箱起重机，以满足自动化集装箱码头的建设需要，实现堆场集装箱的装卸、搬运和堆放，提高码头运行效率和管理水平。

1、轨道式龙门起重机(以下简称轨道吊)的优缺点

1.1优点

（1）单箱能源成本低

在配备有能量回馈系统的情况下，轨道吊的单箱能源成本比轮胎式的低得多。

（2）故障率低

轨道吊运行稳定，没有柴油发电机组和轮胎式大车等主要故障源，故障率低于轮胎式龙门起重机。

（3）维修保养成本低

轨道吊由电力驱动，不需更换机油、滤芯等保养费用。

（4）环保性能较好

轨道吊外接高压电源，在机构不动作时，基本无噪声，且不造成空气污染：而轮胎式龙门起重机采用柴油发动机，运行时持续发出噪声，在载荷变化的情况下排出大量浓烟，对空气造成严重污染。

（5）自动化程度较高

轨道吊在固定轨道上运行，并装有大车定位装置，不易跑偏；标配八绳吊具，防摇效果显著；地面采用光纤通讯，延时低且通讯稳定；无需专业的场地业务员监护，自动化程度较高。

1.2缺点

（1）不能跨区转场

在某个箱区装卸作业密集的情况下，其他箱区的轨道吊无法转场予以支持，不利于提高作业效率。

由于不能跨区转场，轨道吊的维修保养工作只能在原堆场进行，导致其下方不能堆箱，造成堆场利用率下降。

如果同一箱区的多台轨道吊同时发生故障。可能导致整个箱区的装卸作业陷入瘫痪。

（2）基础设施投资成本较高

轨道吊较之轮胎吊整体重量偏重，轮压要求高，且需要建设变电所，铺设供电电缆、大车轨道、电缆槽等，基础设施投资成本较高。此外，轨道吊的场地维护成本也较高。

2、轨道式集装箱龙门起重机远程控制技术的目标

轨道式集装箱龙门起重机作为集装箱堆场的主要装卸设备，具有更好的技术改造条件，国内许多港口根据其优缺点正陆续进行自动化改造，使其升级为自动化轨道式集装箱龙门起重机（以下简称ARMG）。为实现港口集装箱运转的远程操控和智能转运，就需要研发自动化轨道吊作业配套的远程自动控制系统，以实现堆场内全自动、无人集卡全自动、有人集卡半自动的作业目标。

3、轨道式集装箱龙门起重机远程控制技术基本内容

3.1自动定位系统

ARMG定位系统主要包含起升机构定位、小车机构定位、大车机构定位。以地面为基准建立一个坐标系，小车位置定义为X方向，大车位置定义为Y方向，起升位置定义为Z方向。

（1）起升定位系统

起升位置的检测，在起升的卷筒旁安装一个绝对位置编码器，对起升高度进行定位；在起升卷筒末端另设有凸轮限位，用于起升高度安全保护及对起升位置进行校验。

（2）大小车定位系统

大车定位系统采用双边绝对值编码器+定位板FLAG校验的方式。在其两侧大车机构上各安装1个绝对值编码器和一套对射传感器，用于对大车的绝对位置进行检测；在ARMG两侧轨道旁安装定位板FLAG，每隔6m布置一个，用于在大车行进过程中对编码器位置进行校验。

对于自行式小车传动系统，可采用在小车机构运行轨道旁安装一排磁尺，用于对小车机构传动内的实际位置进行互相校准；对于齿轮齿条传动系统，可在电机侧安装一个安全级别的编码器。

3.2目标检测系统

目标检测系统在小车架上安装2个3D扫描仪，1号扫描仪安装在小车架平台海侧中心线前方：2号扫描仪安装在小车架平台陆侧中心线位置。海侧扫描仪负责扫描集装箱海侧边线，陆侧扫描仪负责扫描集装箱陆侧边线。在扫描的同时，精确测量吊具的起升高度。通过激光扫描仪能准确地测量出上下箱偏差情况，相关扫描数据传输到PLC。PLC按照数据分析精准控制小车及起升机构运行。

3.3集卡定位系统

通过3D激光扫描系统实现集卡定位．集卡定位系统能够满足大车方向及小车方向两个偏差数据的测量要求。应用时设备管理系统将集卡所在的车道号、集卡上是否有集装箱、集装箱尺寸等信息告知集卡定位系统．通过3D激光扫描仪检扫描到的轮廓，计算集卡的位置，通过计算得出的位置信息显示在显示屏上，集卡司机根据LED显示屏的指示，指引集卡的前后移动，直到集卡到达正确的停车位，确保作业的高效性。

3.4集装箱号码识别及箱门检测系统

为满足ARMG作业时的集装箱号自动识别需求，系统通过对接作业管理系统，获取作业工况类型、起箱高度、作业集装箱箱号等信息，箱号及箱门自动识别系统通过启用集装箱号监控相机截取相应箱号图像，采用图像分析、信号处理、模式识别等技术，对画面中包含集装箱号及箱门的图像进行字符定位、字符分割、字符识别，进而实现集装箱号及箱门的自动化识别。

3.5集卡防吊起保护系统

目前国内外集卡防吊起保护系统应用较为成熟方法为：激光传感器安装在集卡车道面大车横梁处，能够检测一定范围的障碍物，用于检测集卡与集装箱是否有效分离，避免因集卡与集装箱间的转锁未拆造成集卡被吊起，该方法适合集卡作业车道与ARMG大车轨道相邻的方案。

3.6机与机防撞保护系统

轨道线上．每台设备的大车位置实时共享，单机大车位置传输到中控PLC中，由PLC判断大车所在相对位置。如果两车之间距离小于设定的安全距离，PLC发出指令，停止大车动作，保障设备安全。

4、集装箱起重机远程控制技术的意义

目前，世界上集装箱货物码头是司机在起重机司机室内进行集装箱及货物的装卸作业，司机在司机室内等候调度安排指示，占据了很多时间成本和人力成本。新型远程控制技术则从根源上解决了这些弊端，一个远程控制司机可在办公室环境下的远程操作台ROS(Remote0perationStation)上，通过高清全数字摄像头从起重机现场传输过来的实时画面，自动或半自动的处理多台起重机的作业任务。不仅提高了港口的转运效率，降低了人工成本和事故风险，而且与港口管理系统对接，可实现信息的实时关联与记录，方便港口管理，实现自动化港口起重机远程控制关键技术突破。

结束语：

世界各地的集装箱货物码头都在日益扩大。装卸作业的远程化、自动化是未来港机设备发展的必然趋势，而操作司机的人身安全、人力资源的节省和合理分配利用也是各个码头所关注的重中之重。在减少码头的各项成本、增加码头运作的高效性的同时，还能让职工远离危险的作业工作区，减少码头员工的职业病，这无疑从多方面符合降本增效、凸显以人为本的理念。

参考文献：

[1]王连成，魏梦娇.轨道式集装箱龙门起重机自动化改造技术应用[J].港工技术，2020.

[2]王峰，聂雨萱，聂福全.智能化港口集装箱起重机远程控制关键技术[J].港口装卸,2022.

[3]孙晓东，王琦.轨道式龙门起重机的优缺点[J].集装箱化,2011.