雙小車岸邊集裝箱起重機分離式中轉平臺流程規劃與安全管理措施

劉楊得志

上海國際港務(集團)股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

大型自動化集裝箱碼頭采用雙小車岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)。自動化雙小車岸橋配有兩部可以獨立運行的起重小車。通過程序對電氣設備的控制，使岸橋達到高度自動化，岸橋操作員只需在主小車對箱時進行人工操作，門架小車完全自動運行，可有效提高裝卸效率[1]。岸橋上的中轉平臺作為主門小車抓放箱過程中的緩存區域，設有2個供集裝箱放置的臺座，并且工人拆裝鎖扭流程在中轉平臺上進行。作為人機交互作業的重要區域，中轉平臺上的流程規劃和安全管理至關重要[2]。

2 分離式中轉平臺介紹

自動化雙小車岸橋兩部起重小車分別工作在不同軌道上，互不干擾，其中主小車沿岸橋大梁上的軌道運行，門架小車的運行軌道敷設在門框聯系梁上。雙小車岸橋將傳統岸橋的一次性抓箱到軌內集卡車上的流程改進為主小車負責船舶作業，抓箱后放到中轉平臺臺座，再由門架小車自動運行至平臺上方并抓箱，吊運至目標AGV(Automated Guided Vehicle，自動導引車)車道放箱運送到堆場。其中，遠程操作員只需手動操作主小車對箱過程，其余流程均為自動運行。

雙小車岸橋中轉平臺不僅承擔主門小車中轉接力的作用，同時，鎖扭工拆裝鎖扭作業也從傳統碼頭的軌內轉移到中轉平臺上進行，是自動化岸橋上唯一人機交互作業的區域。中轉平臺一般設計在岸橋陸側下橫梁上，平臺海陸兩側分別設有1個臺座，每個臺座可以放置單40 ft或雙20 ft集裝箱。臺座周圍設有安全通道供人員作業。傳統整體式雙小車岸橋中轉平臺布置見圖1，每個臺座下方留有4個鎖扭框空間，用于放置鎖扭框儲存鎖扭，鎖扭框與臺座集成一體。人員安全通道設置在臺座內部，為3條左右行走通道，為了保證人員作業安全，鎖扭工被強制要求在候工室等待直到中轉平臺抓放箱作業完成。

圖1 傳統中轉平臺結構

根據全自動化集裝箱碼頭特點和作業過程中發現的問題，將中轉平臺結構創新設計為分離式中轉平臺(見圖2)。分離式中轉平臺對臺座、鎖扭框、導向架以及人員安全通道均進行了改造。集裝箱臺座改為固定式，鎖扭框與臺座分離放置在平臺海陸兩側布置的2組鎖扭架內，鎖扭架可以單獨起吊，每組鎖扭架可以存放8個鎖扭框。人員安全通道取消原有的兩臺座之間的通道，新增3條海陸方向通道，可供鎖扭工更高效進行單20 ft或雙20 ft工況鎖扭拆裝作業。

圖2 分離式中轉平臺結構

3 中轉平臺拆裝鎖扭流程規劃

中轉平臺作為鎖扭工拆裝鎖扭的主要區域，對鎖扭工作業流程制定規范，在主、門小車對中轉平臺放箱過程中，作業人員要站在候工室旁等候，當作業提示燈綠燈閃爍，有鎖扭需要拆裝時，人員按下“進臺座”按鈕，自動流程中止；進入安全通道完成作業任務后，人員回到操作盒旁，按下“鎖扭確認”，自動流程繼續門架或主小車對平臺抓箱。

中轉平臺通常配置1～2名鎖扭工進行拆裝鎖扭作業，針對不同工況合理規劃作業路線，可以有效地減少拆裝時間，加快集裝箱裝卸速度。以單人單吊具雙20 ft箱工況為例，傳統平臺裝卸路線見圖3(a)，分離式平臺裝卸路線見圖3(b)。

圖3 單人單吊具雙20 ft箱工況

2種作業路線主要區別在于分離式平臺設有海陸方向通道，根據平臺設計圖安全通道長度l=15 m，寬度w=2.9 m。拆裝鎖扭所用時間T可以分為人員行走所需時間和拆裝鎖扭所需時間。通常情況下，人員在2種平臺上的步行速度與拆裝速度都是相同的。因此，只對2種平臺人員作業時的路線用時進行比較：

(1)

式中，t傳統為整體式平臺用時；t新為分離式平臺用時；v為人員步行速度。

Δt=t傳統-t新

(2)

將式(1)代入到式(2)中，得到兩者時間差并將尺寸數據代入，計算出比傳統路線減少用時25.7%。同理，可得到其余工況用時情況，見表1。

表1 鎖扭工單次路程所用時間比較

通過分離式中轉平臺與傳統平臺在多種工況下鎖扭拆裝所需時間的對比，分離式中轉平臺作業流程更加高效，可以有效地縮短鎖扭拆裝工程所用時間。

4 中轉平臺安全設施分布與安全管理

岸橋中轉平臺需要同時保證生產效率和人員安全。分離式中轉平臺在提升人工作業效率的同時，設置多種安全措施并制定安全管理細則，包括多組鎖扭操作盒、LED作業提示燈、光柵安全檢測、緊急停止按鈕等裝置，實現對人員的安全防護。

中轉平臺臺座兩側各設有1個操作盒，操作盒上面布置3種功能按鈕。其中， “鎖扭異常”按鈕用于集裝箱鎖扭無法拆除的異常工況；“進臺座”按鈕用于作業人員準備進入安全通道進行鎖扭拆裝，提示遠程操作員此時通道內有人員作業，岸橋自動化流程中止，設備只能手動操作，需要設備控制員重發指令恢復自動運行；“鎖扭確認”按鈕用于平臺作業人員完成鎖扭拆裝后，退出平臺已到達安全位置，岸橋自動化流程繼續對箱作業。每個操作盒旁均設置1塊LED作業提示燈，作業提示燈使用紅綠兩色，現場人員根據提示判斷工況，其中燈熄滅時，表示當前不進行集裝箱裝卸作業，人員可以自由進出平臺；紅燈閃爍時，表示當前正在作業，提示人員不允許進入平臺作業區域；綠燈閃爍時，表示當前有集裝箱拆鎖鈕或裝鎖鈕指示，提示人員進入平臺作業。操作指令和LED提示燈有效搭配，使鎖扭工明確現場作業狀態，并且通過對現場情況的判斷，擁有主動中斷作業的能力，提高現場人員主觀安全性。

同時，為防止人員違規進入作業區域，杜絕人為風險，平臺安全通道的每個入口都安裝了光柵安全檢測裝置，用于提前檢測誤入人員，保護人員免受機械的傷害。裝置主要由發光器、受光器和控制器組成。光柵發光器作為光源向外發射紅外線，受光器即為接受者，接受紅外線。光柵的一邊等距離裝有多個紅外發射管，另一邊相應擺放數量相同的紅外接受管，每一個紅外發射管都對應一個紅外接受管，且裝置在同一條直線上。正常無人通過的情況下，同一條直線上的紅外發射管、紅外接受管之間沒有障礙物，因此，光柵檢測裝置紅外發光器發出的調制信號都能順暢抵達紅外線受光器。紅外線受光器接收到調制信號后，內部電路輸出低電平。當有人員進入時，光柵發光器與受光器之間存在障礙物，紅外發光器發出的調制信號不能順暢抵達紅外受光器，此時受光器接收不到調制信號，相應的內部電路輸出為高電平。受光器接收信號后通過信號電纜傳輸到控制器，控制器將此信號進行處理反饋給主控PLC，設備小車及起升動作允許中斷，并聯動蜂鳴器警告誤入人員當前操作違規，令其盡快退出作業區域。遠程操作員可通過多組攝像頭觀察平臺情況，聯系現場安防人員制止違規行為，確定現場安全后按下復位按鈕恢復作業。

除以上安全管理措施外，中轉平臺左右兩側門腿上設有緊急停止按鈕，按下按鈕后岸橋所有運行中斷，無法遠程恢復。岸橋作業過程中，緊急停止會對電氣設備、鋼絲繩等造成較大沖擊，只有在發生特殊危險情況時使用，事后需將緊急停止原因詳細匯報。

5 結語

該方案已經在某自動化碼頭投入使用，運行效果表明，分離式中轉平臺與傳統整體平臺相比，生產效率明顯提高，人員安全性得到有效保證，可以為自動化碼頭運營管理提供參考。