双小车岸边集装箱起重机中转平台锁销拆卸安全保护系统

陈 杰

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125

0 引言

由于集装箱运输船舶趋于大型化，尤其是超巴拿马型船的发展，对岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）提出了更新更高的要求。全自动双小车岸桥就是为了满足这一要求而设计开发的高效新型集装箱装卸设备。

由于目前双小车岸桥自动拆锁销系统尚欠成熟，绝大部分双小车项目还要人工将放置在中转平台上的集装箱锁销进行拆卸操作。为了确保人员安全，有必要在双小车岸桥中转平台设置一套安全保护系统，为岸桥安全高效的操作提供保障。通过荷兰鹿特丹RWG 双小车项目的应用，介绍中转平台安全保护系统，从人员安全通道、操作设备布置、人员检测系统、设备运行速度高度控制等方面说明该系统与起重机控制系统相结合，保障现场作业人员安全。

1 中转平台安全系统应用背景

双小车岸桥最大的特点是配置了2 台小车在各自独立的轨道上运行作业，互不干涉，主小车在主梁轨道上运行，门架小车在门框联系梁上运行。通常在陆侧下横梁设置集装箱中转平台，用于放置来自主小车或门架小车运送过来的集装箱。卸船时，主小车将船上的集装箱运至中转平台箱位上，后门架小车将主小车运到中转平台的集装箱转运到后场或AGV 上，装船过程则相反。

由于卸船时主小车将船上集装箱吊运至中转平台的箱位上后即可卸箱离去（而常规岸桥必须在地面由操作人员拆掉集装箱4 个角的旋锁后方可将箱卸到卡车上），省掉了作业循环中的卸旋锁时间。常规岸桥司机在集装箱的锁销拆除后还要操作小车对位地面集卡，对位时间较长。而双小车的装卸位置固定，且为自动化操作，非常快捷，可大大提高装卸效率。

在双小车中转平台上，集装箱底部转销的拆除和安装必须快捷、方便、安全，即主小车从船上将集装箱卸到中转平台后，在门架小车抓箱的过程中，操作人员应迅速将在平台集装箱底部4 个角的转销拆除才能做到拆箱底部的转销时间不影响效率。在此过程中，操作人员处于人机交互的过程。为了保障人员安全，该RWG 双小车中转平台设计了整套安全保护系统。

2 人员安全通道硬件保护

中转平台位于岸桥门框陆侧，位置靠近陆侧下横梁，成一个22 mh 14.35 m 长方形平台，平台陆侧有2个台座，用于转运双小车岸桥作业时的集装箱。在集装箱台座两侧设置3 组坚固的导向座，具有一定强度，可承受集装箱着箱的频繁冲击。导向座可引导主/门架小车将集装箱快速放入平台台座，即使小车位置有偏差或集装箱有少量晃动时。另外，利用导向座将人员通道布置在其内部，为3 条大车方向的通道，每条通道宽0.8 m，人员可在导向座内部完成拆装锁销的工作。导向座两侧间隙安装网眼板，覆盖整个通道，防止因意外导致物体落入人员通道内。整个作业区域通道用拱门笼形结构和护网包围起来（见图1），最大程度避免因有物体意外坠落对人员造成的伤害，保护操作工人的人身安全。

图1 中转平台人员安全通道

3 锁销拆卸操作设备布置

中转平台与锁销拆卸相关的设备有紧急停止按钮、拆装锁钮作业信号引导灯、作业完成按钮等，通过岸桥上的PLC 控制，与码头操作系统TOS 相连，可实现中转平台台座上集装箱的拆装锁销工序，确保对操作人员的安全防护。

1）紧急停止按钮

中转平台上的每个安全通道两侧均设有红色紧急停止按钮（见图2），如果发生异常情况操作人员可按下紧急停止按钮，使岸桥立即停止运行，以防意外发生，保障人身安全。

图2 中转平台安全通道紧急停止按钮

2）作业信号引导灯

中转平台上的每个安全通道两端均设有提醒作业人员的信号引导灯（见图3）。红色信号灯表示主/门架小车正在带载往中转平台上放置，提示人员不得进入通道；黄色信号灯表示有系统有故障，需要检修；绿色信号灯表示可以进行正常作业。

3）作业完成按钮

当操作人员完成每一次集装箱的拆装锁销作业，需要退出通道并按下黑色按钮，提示系统可进行下一个作业循环。岸桥自动化控制系统在确认操作人员已退出平台后，自动化作业流程继续进行。通过作业信号引导灯，以及作业完工反馈按钮（见图3），可达到人机交互的目的，使岸桥安全高效运作。

图3 中转平台人员作业信号引导灯及作业完工按钮

4 人员光栅检测系统

在平台上安全通道两侧护栏预留的开口是操作人员的作业窗口。在作业期间，操作人员需要将手伸进窗口内将台座上的集装箱锁销拆除。为避免因误操作导致手部被碾压，每个护网窗口均配置一对全天候户外型手掌级保护SIL2 安全等级的光栅限位（见图4）。当操作人员误将手伸进窗口内时，主/门架机构就会立即停止，可防止对操作人员的意外伤害。

图4 中转平台锁销作业窗口光栅限位

光栅需要成对安装，由一个发射器和一个接收器组成一对，电源为24 VDC 直流电源，整个光栅的高度与锁销作业窗口的高度相同，其保护的宽度由每对光栅之间安装的距离决定。检测最小物体的范围尺寸（即保护精度）由光栅内的光源数量以及光源点阵之间的距离决定。本文采用的光栅具体参数有：扫描高度为1 m，最大扫描宽度为15 m，光源点阵数量为50，响应时间为10 ms（从光源被打断到输出触点动作所需的时间），电源为24 VDC，防护等级为IP65，作业环境温度为-30℃～+55℃，作业环境湿度为15%～95%。

光栅接线图如图5 所示，中转平台光栅布置根据实际拆装锁销作业位置，安装在安全通道的两侧，共有20 组，具体布置如图6 所示。其中每对光栅都有2路电源组成，1 路为24 VDC 直流控制电源，另1 路为230 VAC 交流加热器除湿电源，以确保设备在特殊气候环境下正常工作。设备安装调试时应确保光栅发射和接收器必须在同一平面内才能正常工作。

图5 光栅限位接线示意图

图6 光栅限位布置图

为了使整套光栅检测系统的安全级别更高，光栅接收器限位的2 副输出信号均反馈至主电控安全继电器上（见图7）。当光栅正常、光源未被打断时，光栅接受器2 副触点输出为1 的信号，安全PLC 输出正常不影响岸桥机构的动作。一旦有操作人员身体或其他物体通过光栅时，光源被打断即使立即复位，光栅接收器输出也会断开。安全PLC 接受到断开信号即触发控制回路，控制主/门架起升和小车机构停止动作，只有安全模块复位后才能允许设备继续正常工作。根据安全继电器的工作特性，安全PLC 控制回路已断开即使光栅接收器的输出恢复正常，如要安全PLC 控制回路恢复正常，必须使其功能块内复位触点闭合一下。通过岸桥操作人员或维护保养人员确认复位后，岸桥安全PLC 接受到复位信号才能复位安全模块。由于安全PLC 集中处理，进一步提升了安全等级，极大保障安全系统有效工作。

图7 光栅限位信号安全处理模块

5 主/门架小车起升机构速度高度控制

为了进一步保障设备人员的安全，对中转平台上方起升机构的限速实施保护。在靠近中转平台的两侧门腿立柱内侧分安装一对光电限位和限位反射板，当起升下降至特定高度时，光电限位与反射板之间光源被打断，即反馈信号至主控干预，此时需要检测当前的起升速度是否减速到合理区间内，从而避免因设备失速导致对中转平台硬件设施以及操作人员的伤害（见图8）。

图8 门腿立柱内侧面光电反射限位

另外，对中转平台上方主/门架小车负载机构运行实施限高保护。在极端情况下，若负载在中转平台上方意外坠落，会对下方作业人员造成致命危害，需要依据不同载重对其运行轨迹规定高度进行限制，以确保负载在不同高度意外下坠的同时中转平台上的导向座能承受相应坠落冲击，保障人员安全。为此，整机称重系统全部采用SIL2 等级安全型元件设备，确保岸桥自动化作业系统的高精度，可靠性和安全性。

该称重系统与主电控的通讯方式为Profinet Safe（见图9）, 大大增加了通讯传输的可靠性与安全性。系统控制器内可根据起升高度变化而造成钢丝绳夹角变化带来的负载读数变动，单独设定高度补偿，更进一步增加系统读数精度，确保中转平台上方负载运行轨迹控制在合理高度以内。

图9 称重系统控制器与主电控通讯接口图

6 结语

随着集装箱码头自动化技术应用得越来越普及，需要正视和解决人机交互作业过程中的安全问题。双小车中转平台是人机交互作业最频繁的区域，必须确保操作人员及设备的安全。通过荷兰鹿特丹RWG 双小车岸桥中转平台锁销拆卸保护系统的具体方案的实际应用，可有效保障双小车岸桥的人员安全，进一步提高设备的作业效率，为装卸自动化提供可靠保障，也为其他自动化码头项目提供有益参考。