集裝箱港口內陸堆場起重機的自動化

最新 06-30

作者：姜廣路

摘要：配備自動化系統的集裝箱港口內陸堆場起重機裝卸效率高、作業穩定且可靠，自動化系統設備可以部分或全部代替通常由人工完成的複雜、重複的集裝箱裝卸工作。自動化系統設備在堆場起重機中的運用能有效提高碼頭的裝卸效率，縮短船舶滯港時間，增加港口的吞吐量，降低人工成本，適應現代化集裝箱港口裝卸集裝箱船舶的大型化和高速化。為此，文中詳細介紹了集裝箱港口內陸堆場自動化起重機及其配備的自動化系統，闡述了自動化起重機的優勢及其發展趨勢。

Abstract: With automation system, inland yard cranes for container ports are highly effective in handling and stable and reliable in operation. Automation system equipment can replace all or part of the complex and repetitive container handling

work that is often done manually. In addition, the equipment can improve handling efficiency of terminals, shorten the time of vessel on demurrage, increase port throughput and lower labor costs. It is suitable for the large and high-speed container ships for modern container ports. Therefore, the paper details the inland yard automated cranes for container ports and the equipped automation system and explains the advantages and development trend of the automated cranes.

關鍵詞：內陸堆場起重機；集裝箱；自動化系統；發展趨勢

Keywords: inland yard crane; container; automation system; development trend

大型集裝箱港口內陸堆場自動化起重機主要分為輪胎式集裝箱起重機（簡稱RTG）和軌道式集裝箱起重機（簡稱 RMG）。

RTG 的裝卸集裝箱功能還沒有實現完全自動化，其配備的自動化系統主要有全球定位系統（Global Position System，簡稱 GPS）、集裝箱箱位檢測系統（Position Detective System，簡稱 PDS）、輪胎吊自動糾偏系統（Automated Guided Sling System，簡稱 AGSS）、集卡車輛防吊起保護系統（Chassis LiftProtection System，簡稱 CLPS）、集裝箱號碼識別系統（Container Number Recognition System，簡稱CNRS）等，此類起重機屬於半自動化起重機，其自動化功能主要體現在增加部分自動化系統以輔助司機進行集裝箱的裝卸作業，如大車運行輔助系統、小車運行輔助系統、吊具對箱和著箱自輔助系統等，這些系統在一定程度上減少起重機司機的手動操作，提高起重機的裝卸準確度和速度，縮短了裝卸集裝箱的時間，提高了整個內陸堆場的運作效率。但是，目前此類型的起重機仍以人工上機操作為主、自動化系統功能為輔，尚未實現起重機無人操作的全自動化作業。

RMG 是目前全世界集裝箱自動化內陸堆場起重機的主要形式，其配備的自動化系統相對 RTG 的自動化系統而言更多、更為全面。RMG 的自動化系統主要有自動人聲語音引導系統（Public Address，簡稱 PA）、集卡車輛防吊起保護系統（Chassis Lift Protection System，簡稱 CLPS）、集卡車輛位置掃描系統（Chassis Alignment System，簡稱 CAS）、集裝箱號碼識別系統（Container Number Recognition System，簡稱 CNRS）、著箱系統（Final Landing System，簡稱 FLS）、起重機攝像管理系統（Crane Video Management System，簡稱 CVMS）、遠程網路視覺系統

（Remote Vision System/Network Video Recorder，簡稱 RVS 或 NVR）、吊具位置控制系統（Spreader Position Control System，簡稱 SPCS）、集裝箱堆垛掃描系統（Spreader Profile Scanning System，簡稱SPSS）、集卡車輛號碼識別系統（Prime Mover Number Recognition System，簡稱 PMNRS）。無人操作的全自動化 RMG 裝卸效率非常高，減少了集裝箱船舶尤其是大型集裝箱船舶的滯留時間，大幅提高了港口的集裝箱吞吐量，從而為集裝箱港口帶來了巨大的經濟效益。目前，單個的自動化系統均已集成為一個或多個電氣系統元件，自動化港口集裝箱內陸堆場起重機以 RFID 射頻識別、遠紅外射線感測器技術、位置監控技術、激光掃描成像及定位、攝像識別及監控等技術通過網路通訊協議進行快速信息交互，從而實現智能化感應、掃描、識別、定位、監控等操作。文中以新加坡 PSA 巴西班讓碼頭集裝箱堆場自動化 RMG 為例，簡要說明集裝箱港口內陸堆場起重機的自動化系統。

當集卡車輛進入堆場外的專用車道並靠近軌道吊時，通過 RMG 的掃描和定位系統對行進中的集卡車輛進行語音引導，使集卡車輛抵達準確的停車位置。當集卡車輛還需繼續向前行駛時，PA 系統就會持續發出「前進」的語音提示，集卡車輛抵達預定的準確位置，PA 系統發出「停止」的語音提示；當集卡車輛行駛超過預定停車位置時，PA 系統持續發出「後退」的語音提示，集卡車輛後退至預定的準確位置，PA 系統發出「停止」的語音提示。通過 PA 系統的語音提示，可指引司機短在時間內將集卡車輛停泊至預定位置，從而確保自動化起重機能進行快速的集裝箱裝卸作業。

當 RMG 吊具閉鎖後起吊裝載在集卡車輛上的集裝箱時，若集卡車輛上鎖住集裝箱的鎖頭並未打開，吊具會將集裝箱連同裝載的集卡車輛一同吊起，出現這種情況極易造成集卡車輛的損壞，甚至威脅到集卡車輛司機的人身安全。RMG 的CLPS 系統能掃描到集卡車輛的位置，如CLPS 掃描集卡車輛升高至超過安全設定高度1 m 時，RMG 會停止起升操作，起到自動保護集卡車輛、司機及集裝箱安全的作用。

當集卡車輛進入 RMG 裝卸集裝箱的區域範圍時，CAS 系統自動進行集卡車輛的掃描，CAS 系統不僅能識別出集卡車輛是單層集卡車輛還是雙層集卡車輛，更為重要的是能掃描識別集卡車輛的移動位置並將集卡車輛的位置信息與交通指示燈進行信息交互，以交通指示燈的燈光和箭頭引導集卡車輛司機進行準確的前進、後退或停車操作，使集卡車輛在短時間抵達預定的停靠地點以便軌道吊能準確、快速地進行裝卸集裝箱的抓箱或著箱動作。

RMG 鞍梁、支腿等部位安裝了多個識別集裝箱前後、側面及頂上號碼的 CNRS 攝像頭，裝載集裝箱的集卡車輛抵達 RMG 側下方時，通過 CNRS 攝像頭的攝像功能將集裝箱號碼的畫面傳輸到 CNRS 系統，之後 CNRS 系統以圖像識別技術識別、讀取並記錄集裝箱的號碼，將集裝箱的號碼轉換為計算機能夠識別的數字和字母並把讀取的集裝箱號碼傳輸給 RMG 的控制系統及堆場管理系統。

FLS 系統通過吊具四角上安裝的攝像頭或激光儀進行集裝箱位置的識別、吊具位置的識別及調整。以激光儀元件為位置檢測的 FLS 系統，通過安裝在吊具四角上的激光限位發射出激光束，4 條激光束與集裝箱的豎向四面箱壁平行。當吊具動作時，如激光束照射在集裝箱上，FLS 系統會採集激光束反饋的信息，調整吊具位置使激光束保持與待吊集裝箱的豎向四面箱壁保持平行，從而使吊具能準確的進行著箱動作，避免吊具歪斜地放置在集裝箱上。

CVMS 系統通過 RMG 上安裝的多個攝像頭對堆場情況、車道情況及同堆場內其他 RMG 的運行情況進行實時監控，將各部位對應的監控畫面同步傳輸至 CVMS 系統信息處理中心和碼頭的中控遠程控制操作室（簡稱ACOC）。CVMS 系統是 RMG 安裝的所有畫面監控攝像頭的綜合管理系統，該系統按照 ACOC 的要求對堆場、車道、RMG 運行等情況和狀態進行查看和監控，同時 CVMS 系統還可根據需要進行攝像畫面的切換，對 RMG 四周情況進行無死角查看和監控。

RVS/NVR 系統是在攝像頭畫面監控的基礎上增加了畫面檢測，將獲得的實時監控畫面與預先設定的 Video Encoder 畫面對比、分析，以檢測 RMG 的手、自動運行狀況是否在設定操作範圍內。該系統還具備監控畫面的存儲功能，以便後續調出監控畫面進行分析。

SPCS 系統通過 RMG 小車架下方安裝的 2 個 SPCS 掃描儀和吊具上安裝的反射底板在吊具起升和下降的過程中實時檢測吊具和集裝箱的位置。在裝載或卸下集裝箱時，SPCS 系統自動檢測吊具和集裝箱的位置是否有傾迴轉並根據檢測的位置信息指令吊具進行傾迴轉調整，從而保障 RMG 裝卸集裝箱的位置精度。

SPSS 系統用來掃描、檢測 RMG 吊具下方集裝箱單排的堆垛層數及堆垛高度，若所檢測的集裝箱堆垛高度需與 ABMS 系統中設定的高度一致，方能使集裝箱的裝卸作業繼續運行。SPSS 系統還可檢測吊具平行移動與集裝箱的堆垛是否會發生撞擊，當 SPSS 系統掃描、檢測到運行的吊具和集裝箱堆垛高度數據與 ABMS 系統中設定的高度不一致時，即吊具可能會撞擊堆垛在地面上的集裝箱，SPSS 系統會發出停止小車和吊具的運行，從而防止 RMG 吊具撞擊堆場集裝箱事故的發生。

PM 是用來連接岸邊集裝箱起重機與 RMG 之間往來運輸集裝箱的碼頭內部集卡車輛或外部集卡車輛。集裝箱的裝卸需識別、核對與記錄集卡車輛車頭的編號，是RMG 上 PMNRS 系統的主要功能。每輛集卡車輛的車頭側上方安裝了帶有集卡車輛信息的 Tag 標籤，當集卡車輛靠近軌道吊時，安裝在 RMG 鞍梁部位的 PMNRS 系統通過RFID 射頻識別功能讀取集卡車輛 Tag 標籤上的數據，從而獲取集卡車輛的信息。

近年來，我國自動化碼頭的建設已有了極快的發展。已經投入實際運營的福建廈門遠海自動化碼頭是我國第一個自動化碼頭以及後續的天津港碼頭也陸續採用自動化起重機設備進行運營。已經投入實際運營的山東青島港全自動化集裝箱碼頭是亞洲第一個全自動化碼頭，其第一次實際裝卸作業的 7 h 里有 12 台內陸堆場起重機同時作業，共計裝載 854 個集裝箱，平均 22 Move/H 的效率和 3% 的每百個裝卸集裝箱故障率，大幅提高了碼頭集裝箱的裝卸效率，增加了其吞吐能力，其經濟效益遠遠超過了傳統人工操作類型起重機的經濟效益，為該港口面對世界集裝箱航運業的大船時代挑戰提供了有力的設備基礎保障。洋山港四期集裝箱自動化碼頭是全世界綜合自動化程度最高的集裝箱碼頭，也是全世界單體最大的全自動化集裝箱碼頭目前已經開始試運營，實現了岸邊船上集裝箱裝載和卸下、內陸堆場集裝箱運輸及裝卸的全程自動化操作，在起重機上無人的全自動化操作下，可進行 24 h 不停歇作業，整個碼頭的裝卸效率會達到 40 Move/H，是傳統人工操作遠遠無法企及的裝卸效率。

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