集装箱智能化码头AGV选型

2020-10-22熊玲燕

港工技术 2020年5期

熊玲燕

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引言

集装箱自动导引小车AGV（Automated Guided Vehicle）设有光学或电磁设施，能够沿着设定的路径行驶，具有水平移动和安全保护功能，是一个具有动态决策与规划、对环境能够感知、对行为能够进行控制与执行等多种功能集于一体的综合运输车。集装箱AGV具有无人驾驶、自动导航、精确定位、可路径优化以及安全避障等智能化功能。集装箱AGV的推广应用，对建设资源节约型、环境友好型、和谐可持续发展社会，具有极其重要而深远的意义。

1 AGV国内外运用情况及特点

集装箱AGV作为一种新型的搬运设备，近年来在国内外大型港口得到了广泛应用。目前应用集装箱AGV的港口主要包括荷兰鹿特丹港的ECT码头、Euromax码头、德国汉堡港CTA码头、厦门远海、青岛自动化码头以及上海洋山自动化码头等。集装箱AGV相比传统的人工集装箱拖挂车作业具有智能化、安全可靠、绿色环保等方面优势。

1.1 智能化

集装箱 AGV是一种全自动、智能高效的集装箱水平运输设备，采用计算机控制可以快捷高效、准确地实现集装箱在码头和堆存之间的搬运，其控制系统分为地面控制系统、车载控制系统及导航/导引系统。

AGV地面控制系统是AGV系统的核心。其主要的功能是对系统中的众多AGV单机分配任务，管理交通，管理车辆，管理通讯等。AGV车载控制系统在收到上位系统的指令后，对AGV单机进行导航，并选择路径，驱动车辆，进行装卸操作。导航系统为各AGV单机提供系统相对或绝对位置及运行方向。集装箱AGV通过其统筹调度、路径优化，实现高效化、节能化运行。

1.2 安全可靠性

AGV系统拥有强大的后台数据库，消除人为因素，保证安全、及时、准确地完成运输任务。

集装箱AGV是一款无人化自动化导引小车，传统集装箱码头需要人工进行水平运输作业，增加了意外事故对人身安全的威胁影响，而集装箱码头采用集装箱AGV作业，完全实现无人化，通过地面控制系统、车载控制系统、机器视觉技术等实现安全避障，大大提高了码头作业安全性。AGV无人化作业大大减轻劳动强度，改善生产环境，优化生产结构，使得码头作业和堆场作业进行无缝衔接，提高生产效率。

1.3 绿色环保

集装箱AGV采用清洁能源，减少废气的排放，采用电力驱动相比传统集装箱拖挂车的柴油驱动更节能减排。

图1 集装箱AGV

2 集装箱AGV选型分析

2.1 集装箱AGV功能选型

集装箱AGV主要用于码头与堆场之间集装箱水平运输作业，每个集装箱AGV可装载1个40’/45’或2个20’集装箱。从装卸运输功能上看，集装箱AGV可分为两种类型。一是不带举升功能的集装箱AGV，一是具有举升功能的集装箱LAGV。

目前自动化码头采用 AGV的海侧交换区有 3种较为成熟的布置，一是码头与堆场之间集装箱水平运输作业仅配置AGV，这种模式下，AGV到达海侧交换区后，需要等待自动化集装箱龙门起重机ARMG对其完成取箱或装箱作业之后才能离去，AGV等待时间较长，设备配置较多，投资较高。

为了降低集装箱AGV与ARMG的相互等待时间，减少 AGV配置数量，提高作业效率，衍生出另外两种布置模式：一是在海侧交换区布置带有顶举功能的支架，当集装箱AGV到达海侧交换区后，可以通过支架顶举功能将AGV上的集装箱卸载到支架上或者通过支架顶举功能将集装箱装载到AGV上，集装箱AGV不需等待ARMG到来便可先行离去，这样大大节省了AGV的等待时间，提高了装卸作业效率，降低了集装箱AGV的配置数量及投资。另一种是在AGV上增加顶举功能，海侧交换区设置普通支架；装船作业时，ARMG从堆场取箱后可先将其放置在海侧交换区的支架上，集装箱LAGV到达后可将支架上的集装箱自行取走；卸船作业时，集装箱 AGV将集装箱运载至海侧交换区，利用举升功能将其放置在支架上等待ARMG转载。集装箱LAGV+普通支架相对于集装箱AGV+带顶举功能支架，投资略低，且维护更方便。根据仿真研究，集装箱 LAGV+普通支架模式相对于纯集装箱AGV模式可减少10 %的设备配置数量，大大节省了投资，提高设备利用率，提高装卸效率。

2.2 集装箱AGV动力选型

集装箱AGV按照动力源分为柴油发电机驱动、电池驱动、燃气驱动和混合动力驱动。柴油驱动的集装箱AGV废气排放较多、节能环保条件较差且运行成本较高；电驱动集装箱AGV能源效率系数高、既节能又环保，但需设置相应的充电设施；燃气式集装箱AGV目前产品还不成熟。

目前，集装箱AGV供电一般由电池作为载体，使用较为广泛的电池种类主要包括铅酸电池和锂离子电池。

铅酸蓄电池成本相对较低，但其能量密度低，体积大，使用时间短。而锂电池成本虽略高，但具有较高的能量密度和较好的耐用性，待机充电时间短，且对环境无污染，综合性能好，是集装箱AGV的理想电源。

在充电模式上，根据电池及工作模式的不同，分为自动充电、人工充电、更换电池几种方式。

人工充电模式效率、自动化、智能化程度低。更换电池模式需要建立大型的电池更换站，虽然这种模式下可以节省集装箱AGV的充电时间，但是电池更换站投资高，集装箱 AGV需不断的进出充电站进行电池更换，运营管理及维护复杂。

自动充电包括快充/慢充、空闲充电/定时充电/定量充电，如果建立专门的集装箱AGV充电场地，一方面需要设置充电站，另一方面集装箱AGV需要花费较长时间进行充电及往返于充电站和作业区域之间，降低了AGV利用率及其生产作业效率。基于这些情况，提出了一种空闲充电和定量充电相结合的模式，即机会充电。机会充电技术的应用作为电池供电的补充，实现边走边充。采用机会充电可以提高集装箱AGV使用效率、节省集装箱AGV充电时间、简化自动化码头供电设施，减少自动化码头建设投资。

3 青岛自动化码头AGV工艺布置

青岛迪拜环球集装箱自动化码头建设有2个10万t级和2个3万t级集装箱泊位，装卸工艺为双小车岸边集装箱装卸桥进行装卸船作业、集装箱拖挂车/集装箱AGV进行水平运输作业、轨道式集装箱龙门起重机（ARMG/RMG）进行堆场内集装箱的拆码垛及装卸车作业、集装箱正面吊进行相关辅助作业。

该工程码头前方作业区域宽130 m，码头前沿共布置了 14台双小车集装箱岸边装卸桥，其轨距为35 m，外伸距为70 m，后伸距27 m。码头岸桥陆侧轨后方设置了封闭无人化的管理区域，可实现集装箱自动化码头安全、高效运行；岸桥装卸车道和集装箱LAGV布置在岸桥后伸距正下方，共设置7个单向车道，其中6个是装卸车道，最南侧1个是通过式车道。岸桥下方集装箱LAGV装卸车道南侧设置集装箱LAGV缓冲区和6个集装箱LAGV行驶车道。

码头前方作业区后方开始布置全自动集装箱堆场，整个集装箱堆场垂直于码头布置。堆场区共布置38条自动化箱区和1条特种箱区。为了节省集装箱 AGV与 ARMG衔接过程中相互等待的时间，节省设备投资，提高生产效率，该工程集装箱AGV具有顶举功能，即为 LAGV，并在海侧交换区为其设置支架，作为LAGV与ARMG的中转平台，解决了LAGV与ARMG的耦合问题，提高集装箱LAGV的作业效率及利用率。当LAGV运输集装箱抵达海侧交换区后，如果 ARMG还没有来到该装卸位，可以通过顶举功能将LAGV上的集装箱放到支架上然后先行离去，从而减少LAGV等待时间提高LAGV的利用率。

青岛自动化码头在海侧交换区布置了集装箱装卸位和ARMG检修位，海侧交换区宽度为39 m，其中每个集装箱LAGV交换区设置5个LAGV交换通道，其中4个带有LAGV支架。为了节省集装箱 LAGV充电时间和充电设施投资，提高 LAGV利用率，青岛自动化码头 LAGV采用机会充电模式，在LAGV支架边设有滑触线用于LAGV机会充电。AGV进入海侧交换区，进入—顶起集装箱—放下起升机构—退出海侧交换区，整个过程需要约1分钟，这段时间可以给集装箱LAGV充3～4度电，而集装箱LAGV的一个作业循环需要耗3～4度电左右，充放电基本实现一种供需平衡。

青岛迪拜环球集装箱自动化码头一期工程包括19条自动化箱区和1条特种箱区，配置了7台双小车集装箱岸边装卸桥、1台轨道式集装箱龙门起重机（RMG）、38台全自动轨道式集装箱龙门起重机（ARMG）和 38台 LAGV，实现了装卸系统中的双小车岸边集装箱装卸桥、全自动轨道式集装箱龙门起重机和LAGV高效配合作业，双小车岸边集装箱装卸桥单机效率高达近 40 move/h，码头系统作业效率也已稳定达到33自然箱/小时，实现了短周期、全智能、高效率、更安全的智慧港口模式。