曹逸荣 汤宏杰 姚惠君

1上海交通职业技术学院 上海 200314 2上海振华重工集团有限公司 上海 200125

0 引言

随着全球经济的快速发展，各码头的设计理念有诸多不同，因此存在码头内部运输设备的多样性。从结构形式的角度分析，码头内部运输设备主要有以下两种形式：

1）集卡拖车形式 通过集卡车辆将集装箱从堆场运送至船舶作业区，该种形式的特点在于占用场地小，但机动灵活性及装卸效率较差。

2）跨运车形式 通过跨运车将集装箱从堆场运送至船舶作业区，该种形式充分地利用了跨运车的机动灵活性及装卸效率高的优势，而该种形式需占用更多的码头场地资源。在欧美一些地区，部分码头采用跨运车作为堆场与船舶作业区之间的主要作业设备。故为满足跨运车在船舶作业区高效作业，有必要设计针对跨运车的跨运车定位系统（Van carrier positioning system,以下简称VC定位）达到精确指挥引导。

2 VC定位系统

VC定位系统主要用于引导跨运车司机快速、准确地装卸集装箱。当跨运车司机由VC 定位系统引导至岸桥底部对应位置后，可将集装箱放置地面后直接返回至堆场，无须等待岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）吊具返回至陆侧面抓取集装箱，相比集卡拖车形式，作业过程节约了无效等待时间。VC定位系统主要包括以下四部分组成：

1）反射器PL80A（见图1） 每台跨运车两侧各配置3块。

图1 反射器PL80A

2）sick的光栅限位WL45（见图2） 配置数量总数为81个；该光栅限位与反射器相互匹配。在未有跨运车进入工作区域时，光栅限位形成81根激光网络矩阵，此时限位无相关信号反馈至主控；反之，一旦跨运车进入工作区域，光栅限位所形成的激光矩阵由反射器激活，主控模块接受限位动作信号。

图2 sick的光栅限位WL45

3）引导指示屏（见图3） 配置数量总数为4块，每块引导指示屏有15块指示灯。其指示灯的开启关闭由主控模块所输出的数字量开关信号控制，随着跨运车进入工作区域，最上侧或最下侧白色指示灯逐一向中间红色灯聚拢，当跨运车到达目标位置时，3盏红色指示灯亮起。

图3 引导指示屏

4）控制按钮 双箱模式的开关旋钮。由于双箱模式下跨运车的停车位置不同于单箱模式，故需配置单双箱模式切换旋钮。另外，还包含中转平台区域选择，陆侧下横梁海侧区域选择，陆侧下横梁陆侧区域选择。

3 VC定位系统硬件布置

VC定位系统的4个组成部分中，有3个部分需布置于岸桥上。具体为Sick激光限位、引导指示屏、控制台。

3.1 Sick激光限位布置要求

Sick激光限位按系统要求配置总数为81个，将81个限位分为3组，每组分配限位27个。3套限位分别安装于3个分区，分别为中转平台的陆侧面、陆侧下横梁的海侧面及陆侧下横梁的陆侧面。在每个区域内分别固定有3根长条形固定支架，每组27个限位分别安装于3根长条形支架上。

1）3根长条形支架的间距需保持117 mm；

2）为确保激光网络矩阵全覆盖工作区域，需将3组支架两两错开安装；

3）3组支架中，必有最左或最右的支架安装固定于下横梁的中心位置；

4）从左至右3根固定支架所安装的限位数量分别10、7、10；

5）为确保主控系统能精确地获取具体的跨运车运行位置，主控所设定的限位位置必须与实际的硬件限位位置一一对应。除此之外，为确保良好的用户体验，每组27个限位还需确定9个关键位置数组，即9个限位位置与岸桥中心位置之间的距离。其中6个位置反馈用于引导指示屏的6个白色灯的亮起，另外3个位置同时反馈至主控，控制红色指示灯的亮起。

以某项目为例，激光限位安装位置如图4～图7所示，图7标示了A-I 等9个激光限位的安装位置，以下横梁中心位置作为基准，最左侧为A点，依次向中心位置靠拢，各激光限位具体的安装位置见表1。

表1 Sick安装位置图 mm

图4 陆侧下横梁的陆侧面

图5 陆侧下横梁的海侧面

图6 中转平台的陆侧面

图7 Sick激光限位布置图

3.2 引导指示屏布置要求

引导指示屏主要用于引导跨运车司机按工况要求停于目标位置。4盏指示屏安装于陆侧下横梁处，陆侧下横梁的海侧面端部各安装1盏，陆侧面端部各安装1盏，具体安装位置如图4、图5所示。按用户定义，指示屏最上侧白色灯对应岸桥面海最左侧，指示屏最下侧白色灯对应岸桥的面海最右侧。则随着跨运车从左侧进入或从右侧进入，其白色灯都是从指示屏的最外侧逐一向内侧移动，直至3盏红色指示灯全亮。

3.3 控制台布置要求

双箱模式、海侧区域选择、陆侧区域选择及中转区域4个选择旋钮布置于理货室，理货员按作业指令，在岸桥作业前按跨运车的行走方向预先设定VC系统的工作区域。

为了更详细的展现系统架构，图8是HHLA-CTB项目的VC定位系统简化版架构图。由此可知，其左侧H1.1～H1.15展现的是一端引导指示灯，其右侧H2.1～H2.15展现的是另一端引导指示灯，其上侧S1～S27为光栅限位简化布置图。三者通过通讯电缆分别连接至海侧模块箱及陆侧模块箱模块。简单来说，VC定位系统运行逻辑主要基于光栅限位输出信号反馈至主控，由主控输出数字量信号至指示屏，引导跨运车司机做出精确停车。

图8 VC系统架构图

4 VC定位系统工作机制

以跨运车单箱卸箱为例，岸桥在接收到作业指令后，大车行走至对应船舶位置，理货员依据作业方向，确定对应VC 工作区域。此时假设其工作区域为陆侧下横梁的海侧区域，理货员选取对应区域等待跨运车由岸桥的面海右侧进入激光网络矩阵。

另一方面，跨运车从堆场抓取集装箱后，快速驶向岸桥的右侧区域。一旦进入激光网络矩阵后，首先由第一个激光限位接收到跨运车顶部的反射器的信号，激光限位开关量信号立刻反馈至大车陆侧模块箱，并经光缆通讯传输至主控，主控接收到信息后确认其跨运车进入工作区域，并记录其运行位置。

随后，跨运车继续向岸桥中心线行驶，第二个激光限位接收到跨运车反射器信号，由于该激光限位的位置为关键位置数据，故主控在接收到信号后，输出开关量信号至引导指示屏，为体现跨运车从右侧进入，引导指示屏的最下端白色灯最先亮起。随着跨运车继续行驶，激光限位的6个关键位置逐一接收反射器信号，对应引导指示屏白色指示灯依次从最下部向3盏红色指示灯亮起聚拢。当跨运车抵达至卸箱位置时，跨运车顶部3个反射器信号同时被激光信号接收。主控同时接收3个激光限位反馈信号后，输出开关量信号至引导指示屏的3盏红灯。一旦3盏红灯同时亮起，跨运车司机操作跨运车起升下降及开锁动作，将集装箱放下后跨运车即可起升，离开船舶作业区驶向堆场做二次抓箱。

由上述工作机制中可知，如采用跨运车装卸集装箱并配合VC定位系统可大幅提高集装箱的装卸效率，避免出现类似集卡拖车的堵车现象，充分地展现了跨运车机动灵活的特点。从系统的硬件布置可知，激光限位由支架固定，其重要意义在于机械位置的准确性。故系统的稳定性极高，降低了环境因素对定位精度的影响，避免了电气设备运行的不稳定性。当然也可以看到，采用该套VC定位系统的最大弊端在于成本极高，三区域的划分导致系统需配置81个激光限位，这也使其适用性大大降低。

5 研究与展望

VC定位系统与CPS系统虽然两者定位的参照对象不同，但定位方式可以互相印证及参照的。从产品开发的角度，是否可以利用VC定位系统所采用的激光网络矩阵形式对集卡拖车进行精准定位，达到良好的定位效果，或采用激光扫描仪对跨运车进行扫描定位。

随着岸桥自动化程度的提高，越来越多的码头选择AGV与自动化岸桥相配套。而AGV最主要的难点在于轨迹算法，是否可以考虑通过激光限位系统辅助AGV定位，达到简化轨迹算法的目的。

文中从以HHLA-CTB项目的VC系统入手，从系统布置、工况上予以细化剖析，并论述该种系统的优缺点。在此基础上提出相应的设想，供后续的设计研发人员借鉴及参考。