李伟

当前，大部分新建自动化集装箱码头堆场垂直于岸线布置，自动导引车在海侧交换区与轨道吊对接，外集卡在陆侧交换区收提箱，不涉及人机交叉作业。相比之下，传统集装箱码头经自动化改造后的堆场大多平行于岸线布置，内集卡和外集卡分别在海侧和陆侧作业;海陆侧集卡作业交互区配置检测系统扫描作业集卡，辅助司机将集卡停靠在作业位置;由于作业区域内涉及人机交互，需要设计集卡车头防砸及防拖拽功能。本文以我国某集装箱码头双悬臂轨道吊堆场自动化改造项目为例，介绍集卡引导系统构成和流程，并针对系统运行中存在的问题提出优化措施，以保障集卡交互区作业安全，提高自动化堆场作业效率。

1 集卡引导系统工作原理及作业流程

1.1 集卡引导系统工作原理

集卡引导系统主要由激光扫描仪、控制器、通信链路、前端发光二极管（light-emitting diode，LED）显示屏等组成，具体工作原理如下：激光扫描仪将数据发送至系统控制器，由系统控制器判断集卡行驶方向、位置及其偏离轨道吊基准起吊点的距离;同时，系统通过吊具可编程逻辑控制器获取吊具尺

寸状态、开闭锁信号和起升高度，并将集卡偏离轨道吊起吊点的方向、距离等信息实时显示在显示屏上，提示司机调整集卡停车位置以对吊钩;如果集卡车头停在吊具作业区，系统禁止吊具下放，以保护人车安全;当系统接收到闭锁信号且吊具起升高度达到要求时，提示集卡驶离，以防集卡拖拽吊具。

集卡引导系统的激光扫描仪安装在轨道吊大车西侧海陆侧支腿上，离地12 m左右（见图1），用于扫描车辆轮廓;同时，通过安装在大车东侧支腿上的LED显示屏（见图2）实时提示信息，引导司机将集卡停放到位，并将对位信息反馈至轨道吊单机自动化控制系统，作为自动化控制系统判断集卡区作业的触发信号。

1.2 集卡引导系统作业流程

集卡引导系统的作业对象是集卡，集卡引导完成后，系统还须将集卡对位信息实时反馈至堆场自动化系统，具体流程如图3所示。

2 集卡引导系统在轨道吊自动化堆场应用中存在的问题及优化

集卡引导系统在轨道吊单机自动化作业流程中起着至关重要的作用：单机自动化控制系统以集卡对位完成状态为触发点，判断轨道吊小车是否向集卡区移动作业;与此同时，作为集卡交互区主要的检测系统，集卡引导系统须保障集卡作业安全。可见，集卡引导系统是提高单机自动化作业效率、保障集卡作业安全的有效措施之一。针对集卡引导系统在轨道吊自动化堆场应用中存在的问题，可以通过检测集卡车尾移动、稳定通信网络等措施，提高集卡引导效率，保障堆场作业安全。

2.1 集卡交互区安全保障问题及优化

（1）问题描述 海侧为内集卡作业区，内集卡托架尺寸规范以及托架不带蘑菇锁头等优点是实现内集卡自动化作业的前提条件。与此同时，内集卡自动化作业离不开集卡引导系统的保障：内集卡司机需要根据集卡引导系统的引导和提示完成集卡对位并保持车辆静止。当轨道吊在集卡车道抓放箱且吊具起升高度低于10 m左右时，集卡引导系统的激光信号被吊具遮挡（见图4），无法有效判断车辆状态;此时，集卡引导系统控制器判断集卡处于静止状态，不响应检测到的数据信息。在激光信号被遮挡的情况下，若集卡移动，则可能导致吊具砸集卡车头，从而造成安全事故。鉴于此，有必要在轨道吊自动化作业时对集卡移动情况实施全过程激光检测。

（2）优化方案 当吊具起升高度降至10 m左右时，受激光扫描仪安装位置的限制，集卡引导系统激光信号会被吊具或集装箱遮挡，从而无法扫描集卡整体情况;但此时激光扫描仪可以扫描识别车尾状态（见图5），通过检测车尾数据变化实现全程检测集卡移动状态。如果激光扫描仪检测到集卡车尾移动超过15 mm，则反馈“自动化作业过程中集卡移动”故障跳屏至远程操作台，自动化流程立即停止，改由远程操作人员完成抓放箱任务。集卡引导系统检测车尾移动技术与轨道吊单机激光识别数据相结合，实现集卡移动双重检测，保障堆场海侧自动化作业安全。

2.2 集卡引导系统与单机通信问题及优化

（1）问题描述 集卡引导系统控制器通过传输控制协议或网际协议与吊具可编程逻辑控制器通信，并与单机视频网络共用交换机。由于集卡引导系统与吊具可编程逻辑控制器之间开展实时数据交互，对网络要求极高，而视频信号占用大量网络资源，常常会导致网络拥挤，造成两者通信延时或中断故障，严重影响堆场自动化作业流程。

（2）优化方案 针对集卡引导系统对实时通信要求较高的特点，在设立虚拟局域网的基础上，额外配置单独的网络交换机，使其与视频信号网络交换机实现软硬件双重隔离，从而保证通信实时性。

2.3 集卡引导方式问题及优化

（1）问题描述 当集卡引导系统引导集卡对位时，若轨道吊在慢速运行过程中与集卡的相对位置（即集卡相对轨道吊的停车作业位置）为零，则集卡引导系统会将集卡引导到位指令发送至单机自动化系统，从而导致系统逻辑混乱。

（2）优化方案 优化集卡引导系统控制逻辑：当单机自动化系统有大车运行速度反馈时，集卡引导系统停止数据处理，即停止引导集卡;当大车移动到目标贝位后，集卡引导系统启动，引导作业集卡对位。

2.4 集卡尺寸问题及优化

（1）问题描述 码头内集卡数量较多，由于其采购年份和生产厂家各不相同，内集卡的集装箱托架尺寸也不尽相同，包括42英尺、43英尺和45英尺托架。在识别托架尺寸时，二维激光扫描仪沿直线扫描集卡车头至车尾，无法准确识别集卡车头与托架间隙。42英尺、43英尺和45英尺托架与集卡车头间隙的差异在3～10 cm，故系统无法准确判定集卡尺寸差異，从而给海侧作业集卡引导带来困难，进而影响海侧自动化作业流程。

（2）优化方案 根据车头尺寸和拖头至托架尾部尺寸，确定集卡托架类型为40英尺托架、42英尺托架、43英尺托架和45英尺托架。在技术条件无法满足要求的情况下，对集卡实施管控，仅允许45英尺托架集卡进入海侧自动化作业区域，以保证海侧自动化作业顺畅，有效降低远程操作台使用率。

2.5 双20英尺集装箱装箱效率问题及优化

（1）问题描述 在对陆侧双20英尺集装箱外集卡实施作业时，双箱间距为7.5 cm左右;当吊具起升高度降至4.5 m左右作业后箱时，受激光系统误差、箱门朝向差异等因素影响，存在后箱底与前箱重叠砸箱安全隐患。

（2）优化方案 优化调整吊具可编程逻辑控制器程序，当集卡引导系统反馈当前任务为装后箱时，吊具带箱下降至高度为9 m左右时减速，以便远程操作司机确认双箱间距或调整吊具慢速平稳通过双箱交界面;此时，吊具起升高度约为7 m，起升机构限速50%运行，下降至高度为5 m左右时慢速运行，确保远程操作司机手动平稳放箱。

3 结束语

总而言之，针对集卡引导系统在轨道吊自动化堆场应用中的问题，可以通过优化集卡引导系统逻辑、管控集卡行驶规范等措施，在保障集卡作业安全的同时，提高集卡引导效率，进而提升堆场自动化作业效率，增强码头竞争力。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2020-05-06）