自动化集装箱码头控制系统安全管理

孙滔然 金 毅

1 上海振华重工(集团)股份有限公司

2 上海国际港务(集团)股份有限公司尚东集装箱码头分公司

1 引言

自动化集装箱码头由于其智能化、无人化特点，能够在减少码头作业人员降低运营成本的同时，通过不断优化的控制系统持续提升码头作业效率和堆场利用率，提高码头资源使用率。自动化集装箱码头以电驱为主，相较于传统集装箱码头更加低碳节能、绿色环保，符合我国当前生态文明建设要求。

随着自动化集装箱码头建设的不断深入，自动化集装箱码头控制系统在制造、调试和应用过程中的安全问题开始逐步显现。由于自动化集装箱码头设备种类多、单机自动化技术要求高以及系统总集成难度大[1]，因此相较于传统集装箱码头，自动化集装箱码头的安全问题更为多样化，一旦发生安全事故，可能造成的影响更为严重，查找问题原因更为困难，处理问题的方式也更为复杂。因此，自动化集装箱码头控制系统的安全管理应得到重视。目前，针对自动化集装箱码头控制系统安全管理的研究还较为欠缺。通过对现有自动化集装箱码头中控制系统出现的安全问题进行整理和分析，探讨了适合自动化集装箱码头控制系统的安全管理对策，提出了相应的安全管理措施。

2 自动化集装箱码头控制系统常见安全问题分析

2.1 常见事故比例分析

自动化集装箱码头控制系统主要分为自动化港口机械和自动化工控网络两部分。其中，常见的自动化港口机械有：岸边集装箱起重机(以下简称为岸桥)、轨道式集装箱龙门起重机(以下简称为轨道吊)、轮胎式集装箱龙门起重机(以下简称为轮胎吊)、自动引导小车(以下简称为AGV)、智能引导小车(以下简称为IGV)、无人集卡等。常见的自动化工控网络包含交换机、波导管、服务器集群、工程师工作站等设备以及对应的各种软件设计。

通过对2015年以来国内外自动化集装箱码头机械发生相关事故分析，可以发现：AGV相关事故占比42%，桥吊相关事故占比33%，轨道吊相关事故占比21%，轮胎吊相关事故占比4%。

相比于传统集装箱码头，自动化集装箱码头控制系统的安全问题具有普遍性和独特性。

2.2 常见安全隐患分析

在自动化集装箱码头中，岸桥和轨道吊通过电缆供电，轮胎吊通常使用滑触线方式供电，AGV设备与IGV设备则通过更换电池包及电池包充电方式进行供电。另外，在工控网络部分，设备均需要依赖于电力供应才能进行正常工作。自动化集装箱码头中配备的工程部人员、信息部人员在日常检修维护中，如果没有正常防护和准备，就存在触电风险。

由于岸桥处于自动化集装箱码头临海位置，在调试岸桥时，势必有临水作业的内容。如果相关人员在临水作业前没有按照规定穿戴好救生衣，就有淹溺的隐患。

自动化集装箱码头中存在2种常见火灾隐患。一是由于线路老化、充电装置受到挤压等原因，导致线路回路短路，造成大电流瞬时输出，引发短路线路附近接触器、保险丝、相关线路起火。二是由于现场动火作业，保护措施不到位，导致火星飞溅至易燃设备引发火灾。以上2种火灾均有发生迅速、火势容易蔓延、火灾影响较严重等问题。

目前，自动化集装箱码头的岸桥起升高度一般为50 m左右。为了提升堆场利用率，越来越多的码头提出轨道吊要“堆五过六”甚至“堆六过七”，因此轨道吊的起升高度一般至少为18 m。一旦高空作业没有相应安全措施，很可能发生高处坠落事故。

除以上4种常见事故隐患外，还存在车辆伤害、机械伤害、起重伤害等事故隐患。但是，由于自动化集装箱码头中操作人员数量大量减少，因此相应事故的发生概率也大大降低。

2.3 常见事故类型分析

整理2015年至今的自动化集装箱码头事故类型，在自动化集装箱码头调试及作业流程中，最常见的安全事故为机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故，占比为69%；机械状态异常占比为18%；软件系统故障占比10%；网络故障占比3%。

机械调试期间常见的机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故发生在AGV与AGV、AGV与AGV伴侣、轨道吊与轨道吊之间；正常使用期间常见的机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故发生在岸桥与船舶、岸桥与集装箱之间。机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故为一般事故的概率较大，仅有6%和4%的概率为较大事故以及严重事故。

机械状态异常故障属于常见的自动化集装箱码头事故类型。岸桥大车、小车运行异常、岸桥放箱异常、AGV运行异常等事故都属于机械状态异常情况，该情况如果进一步发展，有可能导致机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故。由于机械状态异常仅影响异常机械本身，并没有影响到其他交互机械设备，且异常机械一般恢复较快，因此该类事故均为一般事故。

由于自动化集装箱码头依赖于远程控制系统、自动控制系统、设备管理系统以及生产调度系统的管理和调配，因此以上系统的安全性、规范性和稳定性的缺失，都可能造成软件系统故障。由于涉及系统较多，因此查找软件系统故障原因较难，查找时间较长，对码头生产影响较大，严重时可能导致船期推迟等影响。虽然软件系统故障仅占自动化集装箱码头常见事故的10%，但是其较大事故和严重事故各占该事故的15%，应当予以重视。

自动化集装箱码头的工控网络设备集群建立在信息化集群基础上，相比于传统集装箱码头对于网络的依赖性更强。目前发生的网络故障一般为服务器宕机、任务指令刷新间隔时差较长等。另外，电脑病毒对于自动化集装箱码头也是一种挑战。港口外部的攻击和港口内部的感染都可能造成网络故障。码头现场一旦出现网络故障，就会导致设备大面积故障或者作业停滞，对正常生产运营产生严重的影响[2]。目前自动化集装箱码头发生的网络故障中，50%为较大事故，50%为严重事故。因此，网络故障在自动化集装箱码头设计之初就应该加以防范。

3 主要安全问题原因分析

自动化集装箱码头事故中，1个事故可能有多个关键原因导致。统计2015年至今的自动化集装箱码头事故原因，可以发现：人员违规操作引起的事故占比为39%，其中中控人员操作事故占比13%，调试人员违规操作占比12%，司机操作违规占比10%，其他人员违规占比4%；机械和设备故障占比61%，其中功能缺陷占比38%，软件漏洞占比19%，机械故障占比4%。

3.1 人员因素

中控人员操作原因、司机操作原因、调试人员违规、其他人员违规均属于人员因素，约占整体事故原因比例39%。其中中控人员主要负责码头各设备管理系统和生产调度系统的监管以及异常处理工作。这4类人员因素主要是由于人员操作不规范、操作失误等原因导致。

3.2 功能缺陷

功能缺陷是导致自动化集装箱码头控制系统安全事故最为常见的原因。自动化港口机械控制系统缺陷有：机械自动化作业校验条件缺失、机械交互流程条件缺失、系统软件连锁保护不周全、人工介入处理机制不健全等。由于当前自动化集装箱码头还处在发展初期阶段，因此控制系统功能缺陷是不可避免的。分析功能缺陷导致的不同类型事故的概率和事故严重程度概率，同自动化集装箱码头所有事故对应的概率相当，可见功能缺陷不会影响事故类型概率。从时间上分析，功能缺陷多发生于自动化港口机械调试末期及使用前期。考虑到自动化港口机械调试前期主要目标是保证机械基础功能完备，而自动化港口机械应用一段时间后，控制系统也趋于稳定，这与该事故原因发生时间也相匹配。

3.3 软件漏洞

由于软件漏洞而导致的控制系统安全事故是自动化集装箱码头中较为特殊的一类故障原因。与自动化集装箱码头所有事故对应的概率相比，软件漏洞导致的机械剐蹭、碰撞、挤压和损伤事故较少，导致机械状态异常事故较多；导致一般事故较多，较大事故和严重事故较少。

4 自动化集装箱码头控制系统安全管理

4.1 控制系统的持续优化

自动化集装箱码头控制系统需要根据码头实际需求、当前科技发展情况、项目可行性、项目安全性、项目经济性等多方面因素统筹考虑，持续优化。整理自动化集装箱码头控制系统常见事故类型，目的是通过数据形式确定控制系统的关键部位和薄弱环节，从而确定控制系统持续优化方向，使控制系统趋向更好的状态，确保控制系统满足规定的安全要求。

针对功能缺陷和软件漏洞，可以通过开展技术交流会、头脑风暴等多种方式，不断完善软件开发设计。当发生控制系统事故时，及时总结事故原因，确定改进措施，实现控制系统的持续优化。

4.2 加强安全相关培训工作

人员因素是导致自动化集装箱码头控制系统事故的一个重要原因，加强安全培训工作是安全管理中一个重要的手段。自动化集装箱码头需要不同机种、不同系统、不同专业相互配合，系统复杂程度高，对人员的专业性要求也很高。因此，有计划定期开展专业性培训、经常性开展常规培训，对降低安全事故发生概率有直接影响。

4.3 建立安全管理制度

自动化集装箱码头作为特殊的集装箱码头，必须有其相应的安全管理制度。建立并完善相关安全管理制度，落实安全主体责任，强化安全监管，将信息技术与安全生产深度融合，对防止和避免安全事故的发生非常重要。针对自动化集装箱码头设备情况，建立不同自动化港口机械的调试安全规范，确定自动化调试每日安全交底内容，规范自动化集装箱码头作业流程，都能够降低安全事故风险。同时，规定软件部署到现场前必须经过仿真模拟测试，可以减少现场调试的固有风险。

5 结语

通过控制系统持续优化，应用新技术、新工艺、新材料，加强安全相关培训工作，建立安全管理制度等方法，能进一步加强自动化集装箱码头控制系统的安全管理。同时，还应加强对自动化集装箱码头控制系统安全问题深度挖掘分析，结合先进的安全管理思路，为自动化集装箱码头控制系统建设提供有力支撑，促进自动化集装箱码头更好地发展。