集装箱码头场桥作业集卡检测及防砸系统设计

杨　萌

天津港欧亚国际集装箱码头有限公司



集装箱码头场桥作业集卡检测及防砸系统设计

杨萌

天津港欧亚国际集装箱码头有限公司

摘要:针对场桥集卡车的作业工况，采用二维激光扫描技术，设计了场桥集卡激光检测防砸系统，实现了对集卡的位置检测、防砸预警。

关键词:集装箱门式起重机； 集卡； 检测； 防砸

1引言

集装箱门式起重机(以下简称 “场桥”) 是集装箱码头装卸设备的重要组成部分。场桥生产作业过程中，当吊具从集卡上吊运集装箱或者将集装箱放置在集卡上时，传统方法需要依靠集卡司机通过个人的目测，前后反复移动集卡，完成集卡与吊具的对位。该对位过程降低了集装箱的装卸速度，增加了司机的操作疲劳，同时难以完全避免吊具、集装箱和集卡之间的碰撞，造成设备损坏，带来了诸多安全隐患。

通过分析某公司近2年作业事故情况，33台场桥由于集卡和场桥作业中碰撞的事故多达20 余起，直接经济损失近15万元。为此，有必要在场桥上加装一套集卡对位和防撞系统，保障设备完好正常作业。目前，在场桥上安装的检测方式有：视频识别、雷达、红外线检测、激光检测等4种。由于场桥作业工况复杂，作业光线变化大，采用视频和雷达无法应对复杂的工况，红外检测的功能较为简单，误判率较高，采用激光检测的方式效果最佳。

2场桥集卡检测防砸系统

2.1激光检测系统组成

系统主要设备包含激光扫描仪、工控机、LED显示屏。这些设备与场桥上原有PLC系统和司机控制台上功能启停选择开关、状态指示灯共同实现系统功能，其中工控机上部署集卡对位控制软件。

2.2设备安装

作业集卡车道一般位于电气房侧，激光扫描仪、LED显示屏设备安装电气房侧。

激光扫描仪通过螺栓固定在支架上，支架由8#槽钢焊接而成，支架直接焊接在电气房上方平台支架上。激光扫描仪上方加防护罩保护，防护罩固定在支架上。

工控机安装在电气房内，提供网口连接激光扫描仪，提供RS485连接LED显示屏，提供RS232串口连接PLC。

LED显示屏尺寸不小于480 mm×320 mm，通过安装支架固定在场桥车道侧平衡梁的两侧，根据场桥安装条件配备安装支架。安装高度距地面约3 m，屏幕中心高度与集卡司机视线高度一致。LED显示屏与场桥平衡梁应有30°的夹角。LED屏幕采用红色显示，分为2个显示区域。

集卡对位方向“向前”、“向后”用箭头显示，对位成功后用横杠表示停止。集卡对位方向采用红色上下箭头显示。当系统识别出操作区域内进入集卡车辆，则显示对应的对位方向的箭头。当集卡车调整到位后，则显示红色横杠，此时禁止集卡车辆移动。

对位偏离距离显示为红色，显示范围为“00”-“99”，单位为 cm。该区域表示集卡当前位置与正确的停车位置相差的距离。当集卡停车到位时显示“00”；当场桥完成卸箱或装箱的操作时，显示为“--”，此时集卡允许驶离操作区域；当操作区域内没有集卡进入时，也显示为“-”。

2.3系统工作原理

在电气房上方安装1台激光扫描仪，激光沿平行于集卡车道中心线对集装箱及集卡进行扫描测距。工控机安装在电气房内，通过与PLC接口，获取当前作业的吊具操作模式、作业类型信息等。

激光扫描仪将数据发送工控机，工控机识别集卡的行驶方向、位置，以及区分集卡车头和集卡托架或集卡上的集装箱。

工控机从PLC获取吊具操作模式、开闭锁信号和起升高度，系统实时定位集卡车头、集卡托架的位置，如集卡未停车到位，将对吊具在集卡车道进行禁止下降动作，以保护集卡和司机的安全；同时，系统实时计算集卡偏离场桥起吊点的距离值，并将方向信息、距离信息显示在LED显示屏上，提示司机调整集卡停车位置，对准状态。

在场桥司机操作台提供旁路开关，控制启停系统功能。相关状态也可以通过指示灯显示。

2.4防止吊具下放误砸集卡和司机机理

在场桥作业过程中，场桥司机经常进行吊具模式的切换，当从单20 ft切换到40 ft作业时，集卡司机未注意到吊具模式已发生切换，仍停在前20 ft的位置，而场桥司机由于遮挡也未注意到下方集卡未停到位，结果吊具继续下放，造成安全事故。造成此事故的另一个原因是集卡司机由于个人原因未停到位或者由于风大，司机停到位后，未拉起手刹，集卡车被风刮向后移动，司机未察觉到。

为了防止集卡未停到位时吊具下放误砸集卡和司机，系统通过激光扫描仪实时检测集卡偏离距离，并从PLC获取开闭锁信号及吊具起升高度，当集卡偏离距离大于安全距离时，对吊具下降采用限制策略，以保证人车安全。

激光扫描仪用于障碍物扫描会受到环境的约束，例如在大雪，大雨和大雾天气时，激光扫描仪出现识别错误等情况。本系统多次经过恶劣天气环境下进行测试。测试情况表明，在大雪、大雨、大雾天情况下，如人眼无法看见作业集卡，激光扫描仪出现识别错误，同时系统报故；如作业集卡可视，系统仍保持正常工作。图1为系统在大雪天气情况下的测试示意图，虽然激光扫描仪被一些雪花遮挡，但经过整体数据组合和处理，集卡及集装箱可以清晰的识别出来。

图1　大雪天激光识别情况

通过对实际数据的分析，即使有天气因素影响也能够通过程序过滤的方式实现较好的控制环境干扰。

4结语

通过对场桥加装集卡检测系统，不但最大程度地提高了作业安全性，也有效地提高了作业效率。加装集卡检测系统后，通过2016年半年的观察统计，事故次数平均下降30%，效果显著。预计在场桥司机使用熟练后该功能对场桥作业安全将起到更大的作用。该系统对非自动化码头的智能控制也是较为经济实用的辅助手段，具有推广应用价值。

杨萌： 300461， 天津市塘沽区临海路1698号

Design of the Detection and Anti-smashing System for Container Trucks Operating on Container Terminal

Tianjin Port Europe-Aisa International Container Terminal Co., Ltd.Yang Meng

Abstract：With the consideration of the operation condition of container trucks, the laser detection and hit protection system is designed with 2D laser scanning technology, and the system realizes the position detection and anti-smashing warning of container trucks.

Key words:container portal crane; container truck; detection; Anti-smashing

收稿日期：2016-05-05

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.03.013