自动化集装箱码头ARMG供电技术方案比选

汤文扬+肖阳

自动化轨道式集装箱龙门起重机（Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane，ARMG）是自动化集装箱码头堆场的关键设备，其主要功能是实现堆场集装箱自动化装卸作业。为实现自动化控制，ARMG在传统轨道式集装箱龙门起重机的基础上，综合应用自动化控制领域的多项新技术，并在设计选型（如供电技术方案选择等）方面提出新的要求。ARMG需要根据系统指令随时移动位置，因而与其配套的供电系统也必须采用可移动方式。本文从天津港自动化集装箱码头堆场ARMG工艺特点出发，在归纳和分析现有主流移动设备供电技术方案的基础上，结合自动化控制系统对ARMG数据通信的要求，选择合适天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的供电技术方案。

1 天津港自动化集装箱码头概况及堆场ARMG工艺特点

1.1 码头概况

天津港自动化集装箱码头设计岸线总长约，码头纵深约，共规划建设 4个泊位，设计年集装箱吞吐能力280万TEU。该码头项目计划分2期工程，每期建设2个泊位，整个码头采用“岸桥→跨运车→梭车→ARMG→集卡”的生产工艺方案，工艺平面布局如图1所示。

图1 天津港自动化集装箱码头工艺平面布局

天津港自动化集装箱码头的单个堆场长约，每个堆场配置2台ARMG，并在堆场靠近ARMG轨道内侧布置1～2条梭车轨道。

1.2 堆场ARMG工艺特点

集装箱堆场按生产工艺可分为堆场内水平运输环节和堆场内垂直装卸环节。天津港自动化集装箱码头采用梭车工艺来完成堆场内水平运输环节，采用ARMG来完成堆场内垂直装卸环节。该工艺可以避免ARMG在重载情况下的远距离水平运输，能有效减小ARMG工作负担，降低制造成本，大大降低堆场装卸系统的综合能耗。天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数如表1所示。

表1 天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数

2 ARMG供电技术方案分析

2.1 移动供电技术方案

鉴于ARMG移动工作的特点，其供电系统采用可移动方式。现阶段移动设备的供电技术方案主要有非接触式、电缆拖链、拖令电缆、电缆卷盘、滑触线（轨）等。为便于对不同移动供电技术方案进行比较，归纳整理各方案的特征、适用范围及应用场合等。由表2可见：（1）非接触式、电缆拖链、拖令电缆供电方式受其自身结构特点和成熟度的限制，主要为中小功率、中短距离的移动设备低压供电；（2）电缆卷盘供电方式的特点使其更适合为较大功率、一定距离内的移动设备高低压供电；（3）滑触线供电方式对于线性固定轨迹移动设备的适用性较好，可以为大功率、长距离的移动设备高低压供电。

表2 移动供电技术方案比较

2.2 ARMG供电技术方案

天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的功率达以上，综合考虑其对电网的影响及能耗等因素，ARMG采用高压（或）供电方式；同时，由于天津港自动化集装箱码头堆场纵深达以上，因此，ARMG供电技术方案必须能够适应较长距离的移动要求。

由上述分析可知，非接触式、电缆拖链、拖令电缆等3种供电方式由于在供电电压等级、功率及移动距离方面的限制，均不适用于天津港自动化集装箱码头ARMG。滑触线和电缆卷盘供电方式可以较好地满足ARMG的大功率、长距离供电需求，两者的主要性能比较见表3，可见：在设计使用寿命、设备能耗等方面，滑触线供电技术方案更具优越性；在场地要求和灵活性方面，电缆卷盘供电技术方案的表现更优。

表3 滑触线与电缆卷盘供电技术方案主要性能比较

需要指出的是，天津港自动化集装箱码头在这2种供电技术方案上的建设成本差异并不显著，主要原因是其单个堆场内只有2台ARMG，共用供电母线的设备较少。如果单个堆场内的ARMG数量增多，滑触线供电技术方案的建设成本将明显降低。

3 ARMG数据通信要求

在天津港自动化集装箱码头ARMG自动控制过程中，除需要移动供电外，还需要移动状态下的数据通信，主要涉及位置和状态信息、操作指令信息及视频监控信息等。在ARMG自动控制装卸作业时：位置和状态信息、操作指令信息数据通信对可靠性和实时性的要求较高；视频监控信息数据通信对带宽的要求较高，以传递数据量较大的视频监控图像信息。

在移动供电方面，ARMG可以采用滑触线和电缆卷盘2种供电技术方案。滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗上更具优势；电缆卷盘供电技术方案在数据通信方面的优势明显，其通过选用带光纤的电缆，在解决移动供电问题的同时能够很好地解决移动数据通信问题。

当采用滑触线供电技术方案时，ARMG的数据通信方式包括滑触线电力载波、漏波电缆和基站无线覆盖，其均存在一些问题：（1）滑触线电力载波通信方式将低压滑触线作为数据传输介质与移动设备通信，该方式属于机械接触式，易受到滑动产生的高次谐波和噪声干扰，可靠性较低，通信质量难以保证；（2）漏波电缆通信方式通过漏波电缆发射带状无线信号覆盖传输数据进行通信，该方式在跨区长距离通信时需要漫游，延时较长（几百毫秒），不适用于较长距离快速移动设备的通信；（3）基站无线覆盖通信方式通过基站天线形成信号覆盖区进行无线局域网通信，该方式的和信号穿透性较差，容易被建筑物遮挡及受天气（雨、雾等）影响，可靠性较低。

从通信角度考虑，由于光纤通信具有数据带宽较大、长距离传输信号衰减率较小、抗干扰能力较强、安全性能较好等优点，目前仍为数据通信的首选。电缆卷盘供电技术方案将供电与通信技术相结合，在电缆中内嵌光纤，同步解决供电和通信问题，无须额外建设通信系统，能够充分满足自动化控制系统对数据通信的要求。因此，从减少设备数量和资金投入以及保证数据通信安全可靠的角度出发，电缆卷盘供电技术方案是较好的选择。

4 结束语

天津港自动化集装箱码头ARMG应当优先选用电缆卷盘供电技术方案，其原因为：一方面，该方案可以保证ARMG的供电；另一方面，该方案可以充分满足控制系统的通信需求，降低系统的复杂度及建设成本。不过，滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗等方面具有自身的特点和优势，随着通信技术的不断发展，其在移动设备上的应用将越来越广泛。

（编辑：谢尘 收稿日期：2014-11-26）

自动化轨道式集装箱龙门起重机（Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane，ARMG）是自动化集装箱码头堆场的关键设备，其主要功能是实现堆场集装箱自动化装卸作业。为实现自动化控制，ARMG在传统轨道式集装箱龙门起重机的基础上，综合应用自动化控制领域的多项新技术，并在设计选型（如供电技术方案选择等）方面提出新的要求。ARMG需要根据系统指令随时移动位置，因而与其配套的供电系统也必须采用可移动方式。本文从天津港自动化集装箱码头堆场ARMG工艺特点出发，在归纳和分析现有主流移动设备供电技术方案的基础上，结合自动化控制系统对ARMG数据通信的要求，选择合适天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的供电技术方案。

1 天津港自动化集装箱码头概况及堆场ARMG工艺特点

1.1 码头概况

天津港自动化集装箱码头设计岸线总长约，码头纵深约，共规划建设 4个泊位，设计年集装箱吞吐能力280万TEU。该码头项目计划分2期工程，每期建设2个泊位，整个码头采用“岸桥→跨运车→梭车→ARMG→集卡”的生产工艺方案，工艺平面布局如图1所示。

图1 天津港自动化集装箱码头工艺平面布局

天津港自动化集装箱码头的单个堆场长约，每个堆场配置2台ARMG，并在堆场靠近ARMG轨道内侧布置1～2条梭车轨道。

1.2 堆场ARMG工艺特点

集装箱堆场按生产工艺可分为堆场内水平运输环节和堆场内垂直装卸环节。天津港自动化集装箱码头采用梭车工艺来完成堆场内水平运输环节，采用ARMG来完成堆场内垂直装卸环节。该工艺可以避免ARMG在重载情况下的远距离水平运输，能有效减小ARMG工作负担，降低制造成本，大大降低堆场装卸系统的综合能耗。天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数如表1所示。

表1 天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数

2 ARMG供电技术方案分析

2.1 移动供电技术方案

鉴于ARMG移动工作的特点，其供电系统采用可移动方式。现阶段移动设备的供电技术方案主要有非接触式、电缆拖链、拖令电缆、电缆卷盘、滑触线（轨）等。为便于对不同移动供电技术方案进行比较，归纳整理各方案的特征、适用范围及应用场合等。由表2可见：（1）非接触式、电缆拖链、拖令电缆供电方式受其自身结构特点和成熟度的限制，主要为中小功率、中短距离的移动设备低压供电；（2）电缆卷盘供电方式的特点使其更适合为较大功率、一定距离内的移动设备高低压供电；（3）滑触线供电方式对于线性固定轨迹移动设备的适用性较好，可以为大功率、长距离的移动设备高低压供电。

表2 移动供电技术方案比较

2.2 ARMG供电技术方案

天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的功率达以上，综合考虑其对电网的影响及能耗等因素，ARMG采用高压（或）供电方式；同时，由于天津港自动化集装箱码头堆场纵深达以上，因此，ARMG供电技术方案必须能够适应较长距离的移动要求。

由上述分析可知，非接触式、电缆拖链、拖令电缆等3种供电方式由于在供电电压等级、功率及移动距离方面的限制，均不适用于天津港自动化集装箱码头ARMG。滑触线和电缆卷盘供电方式可以较好地满足ARMG的大功率、长距离供电需求，两者的主要性能比较见表3，可见：在设计使用寿命、设备能耗等方面，滑触线供电技术方案更具优越性；在场地要求和灵活性方面，电缆卷盘供电技术方案的表现更优。

表3 滑触线与电缆卷盘供电技术方案主要性能比较

需要指出的是，天津港自动化集装箱码头在这2种供电技术方案上的建设成本差异并不显著，主要原因是其单个堆场内只有2台ARMG，共用供电母线的设备较少。如果单个堆场内的ARMG数量增多，滑触线供电技术方案的建设成本将明显降低。

3 ARMG数据通信要求

在天津港自动化集装箱码头ARMG自动控制过程中，除需要移动供电外，还需要移动状态下的数据通信，主要涉及位置和状态信息、操作指令信息及视频监控信息等。在ARMG自动控制装卸作业时：位置和状态信息、操作指令信息数据通信对可靠性和实时性的要求较高；视频监控信息数据通信对带宽的要求较高，以传递数据量较大的视频监控图像信息。

在移动供电方面，ARMG可以采用滑触线和电缆卷盘2种供电技术方案。滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗上更具优势；电缆卷盘供电技术方案在数据通信方面的优势明显，其通过选用带光纤的电缆，在解决移动供电问题的同时能够很好地解决移动数据通信问题。

当采用滑触线供电技术方案时，ARMG的数据通信方式包括滑触线电力载波、漏波电缆和基站无线覆盖，其均存在一些问题：（1）滑触线电力载波通信方式将低压滑触线作为数据传输介质与移动设备通信，该方式属于机械接触式，易受到滑动产生的高次谐波和噪声干扰，可靠性较低，通信质量难以保证；（2）漏波电缆通信方式通过漏波电缆发射带状无线信号覆盖传输数据进行通信，该方式在跨区长距离通信时需要漫游，延时较长（几百毫秒），不适用于较长距离快速移动设备的通信；（3）基站无线覆盖通信方式通过基站天线形成信号覆盖区进行无线局域网通信，该方式的和信号穿透性较差，容易被建筑物遮挡及受天气（雨、雾等）影响，可靠性较低。

从通信角度考虑，由于光纤通信具有数据带宽较大、长距离传输信号衰减率较小、抗干扰能力较强、安全性能较好等优点，目前仍为数据通信的首选。电缆卷盘供电技术方案将供电与通信技术相结合，在电缆中内嵌光纤，同步解决供电和通信问题，无须额外建设通信系统，能够充分满足自动化控制系统对数据通信的要求。因此，从减少设备数量和资金投入以及保证数据通信安全可靠的角度出发，电缆卷盘供电技术方案是较好的选择。

4 结束语

天津港自动化集装箱码头ARMG应当优先选用电缆卷盘供电技术方案，其原因为：一方面，该方案可以保证ARMG的供电；另一方面，该方案可以充分满足控制系统的通信需求，降低系统的复杂度及建设成本。不过，滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗等方面具有自身的特点和优势，随着通信技术的不断发展，其在移动设备上的应用将越来越广泛。

（编辑：谢尘 收稿日期：2014-11-26）

自动化轨道式集装箱龙门起重机（Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane，ARMG）是自动化集装箱码头堆场的关键设备，其主要功能是实现堆场集装箱自动化装卸作业。为实现自动化控制，ARMG在传统轨道式集装箱龙门起重机的基础上，综合应用自动化控制领域的多项新技术，并在设计选型（如供电技术方案选择等）方面提出新的要求。ARMG需要根据系统指令随时移动位置，因而与其配套的供电系统也必须采用可移动方式。本文从天津港自动化集装箱码头堆场ARMG工艺特点出发，在归纳和分析现有主流移动设备供电技术方案的基础上，结合自动化控制系统对ARMG数据通信的要求，选择合适天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的供电技术方案。

1 天津港自动化集装箱码头概况及堆场ARMG工艺特点

1.1 码头概况

天津港自动化集装箱码头设计岸线总长约，码头纵深约，共规划建设 4个泊位，设计年集装箱吞吐能力280万TEU。该码头项目计划分2期工程，每期建设2个泊位，整个码头采用“岸桥→跨运车→梭车→ARMG→集卡”的生产工艺方案，工艺平面布局如图1所示。

图1 天津港自动化集装箱码头工艺平面布局

天津港自动化集装箱码头的单个堆场长约，每个堆场配置2台ARMG，并在堆场靠近ARMG轨道内侧布置1～2条梭车轨道。

1.2 堆场ARMG工艺特点

集装箱堆场按生产工艺可分为堆场内水平运输环节和堆场内垂直装卸环节。天津港自动化集装箱码头采用梭车工艺来完成堆场内水平运输环节，采用ARMG来完成堆场内垂直装卸环节。该工艺可以避免ARMG在重载情况下的远距离水平运输，能有效减小ARMG工作负担，降低制造成本，大大降低堆场装卸系统的综合能耗。天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数如表1所示。

表1 天津港自动化集装箱码头ARMG主要技术参数

2 ARMG供电技术方案分析

2.1 移动供电技术方案

鉴于ARMG移动工作的特点，其供电系统采用可移动方式。现阶段移动设备的供电技术方案主要有非接触式、电缆拖链、拖令电缆、电缆卷盘、滑触线（轨）等。为便于对不同移动供电技术方案进行比较，归纳整理各方案的特征、适用范围及应用场合等。由表2可见：（1）非接触式、电缆拖链、拖令电缆供电方式受其自身结构特点和成熟度的限制，主要为中小功率、中短距离的移动设备低压供电；（2）电缆卷盘供电方式的特点使其更适合为较大功率、一定距离内的移动设备高低压供电；（3）滑触线供电方式对于线性固定轨迹移动设备的适用性较好，可以为大功率、长距离的移动设备高低压供电。

表2 移动供电技术方案比较

2.2 ARMG供电技术方案

天津港自动化集装箱码头堆场ARMG的功率达以上，综合考虑其对电网的影响及能耗等因素，ARMG采用高压（或）供电方式；同时，由于天津港自动化集装箱码头堆场纵深达以上，因此，ARMG供电技术方案必须能够适应较长距离的移动要求。

由上述分析可知，非接触式、电缆拖链、拖令电缆等3种供电方式由于在供电电压等级、功率及移动距离方面的限制，均不适用于天津港自动化集装箱码头ARMG。滑触线和电缆卷盘供电方式可以较好地满足ARMG的大功率、长距离供电需求，两者的主要性能比较见表3，可见：在设计使用寿命、设备能耗等方面，滑触线供电技术方案更具优越性；在场地要求和灵活性方面，电缆卷盘供电技术方案的表现更优。

表3 滑触线与电缆卷盘供电技术方案主要性能比较

需要指出的是，天津港自动化集装箱码头在这2种供电技术方案上的建设成本差异并不显著，主要原因是其单个堆场内只有2台ARMG，共用供电母线的设备较少。如果单个堆场内的ARMG数量增多，滑触线供电技术方案的建设成本将明显降低。

3 ARMG数据通信要求

在天津港自动化集装箱码头ARMG自动控制过程中，除需要移动供电外，还需要移动状态下的数据通信，主要涉及位置和状态信息、操作指令信息及视频监控信息等。在ARMG自动控制装卸作业时：位置和状态信息、操作指令信息数据通信对可靠性和实时性的要求较高；视频监控信息数据通信对带宽的要求较高，以传递数据量较大的视频监控图像信息。

在移动供电方面，ARMG可以采用滑触线和电缆卷盘2种供电技术方案。滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗上更具优势；电缆卷盘供电技术方案在数据通信方面的优势明显，其通过选用带光纤的电缆，在解决移动供电问题的同时能够很好地解决移动数据通信问题。

当采用滑触线供电技术方案时，ARMG的数据通信方式包括滑触线电力载波、漏波电缆和基站无线覆盖，其均存在一些问题：（1）滑触线电力载波通信方式将低压滑触线作为数据传输介质与移动设备通信，该方式属于机械接触式，易受到滑动产生的高次谐波和噪声干扰，可靠性较低，通信质量难以保证；（2）漏波电缆通信方式通过漏波电缆发射带状无线信号覆盖传输数据进行通信，该方式在跨区长距离通信时需要漫游，延时较长（几百毫秒），不适用于较长距离快速移动设备的通信；（3）基站无线覆盖通信方式通过基站天线形成信号覆盖区进行无线局域网通信，该方式的和信号穿透性较差，容易被建筑物遮挡及受天气（雨、雾等）影响，可靠性较低。

从通信角度考虑，由于光纤通信具有数据带宽较大、长距离传输信号衰减率较小、抗干扰能力较强、安全性能较好等优点，目前仍为数据通信的首选。电缆卷盘供电技术方案将供电与通信技术相结合，在电缆中内嵌光纤，同步解决供电和通信问题，无须额外建设通信系统，能够充分满足自动化控制系统对数据通信的要求。因此，从减少设备数量和资金投入以及保证数据通信安全可靠的角度出发，电缆卷盘供电技术方案是较好的选择。

4 结束语

天津港自动化集装箱码头ARMG应当优先选用电缆卷盘供电技术方案，其原因为：一方面，该方案可以保证ARMG的供电；另一方面，该方案可以充分满足控制系统的通信需求，降低系统的复杂度及建设成本。不过，滑触线供电技术方案在使用寿命和能耗等方面具有自身的特点和优势，随着通信技术的不断发展，其在移动设备上的应用将越来越广泛。

（编辑：谢尘 收稿日期：2014-11-26）