自動化碼頭艙蓋板作業管理系統

鄭 重 曾 健

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

隨著我國自動化碼頭的發展，設備管理控制的智能化已經成為主要發展趨勢[1]，而碼頭岸側機械的自動化水平，則直接反映出碼頭的作業效率，從而體現出碼頭的對外服務質量水平。碼頭岸側機械作業模式主要分為岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)的集裝箱裝卸模式、特殊工藝裝卸模式以及船舶艙蓋板裝卸模式，當所有的作業模式均可實現自動化，并達到岸側作業指令的連續執行無中斷，則表明自動化碼頭的作業安全性和有效性得到了最大的提升[2]。

自動化碼頭的前沿作業、水平運輸、堆場作業及進出場閘口基本實現自動化，但船側艙蓋板作業由于其作業工況復雜，仍采用傳統人工作業模式，系統無艙蓋板指令，不能實現自動化作業流程連續化。在實際艙蓋板作業中，需要頻繁對作業要求及具體實施時間進行人工確認，影響生產持續性、穩定性及安全性；對船舶的艙蓋板作業次序缺乏統籌安排、統一指令，增加了人工作業的不確定因素；無法實現艙蓋板數據采集，進而無法通過作業數據的統計與分析，為系統功能、業務流程優化與統計提供數據支撐。

2 自動化碼頭岸橋系統架構

2.1 系統架構

自動化碼頭岸橋的系統架構由TOS(Teminal Operation System,碼頭管理系統)和ECS(Equipment Control System,設備控制系統)組成，系統之間的信息溝通，是通過數據庫事件交互形式進行傳遞。ECS由QCMS(Query-side Crane Management System,岸橋管理系統)、ACCS(Automatic Crane Control System,自動化岸橋控制系統)以及PLC組成。碼頭每一臺岸橋都有獨立的ECS，其中QCMS與ACCS之間通過OPC傳輸協議，對數據信息以OPC點的形式進行傳遞，ACCS與PLC控制系統之間則通過PROFINET協議傳輸[3]。

2.2 系統指令交互邏輯

碼頭的岸橋設備作業指令，被分解成一步步基礎動作，每一個動作環節都有對應事件信息流。

由TOS根據計劃安排的作業次序，依次生成岸橋作業指令，指令包含岸橋實時狀態、起始目標位置和終點目標位置類型及對應位置代碼信息、岸橋吊具模式及吊具尺寸信息、目標任務箱信息及每個動作節點的時間戳信息。

系統間的事件交互，則是將岸橋每一步動作，以關鍵節點為依托，將信息傳遞給對方。TOS發出允許設備作業的許可事件，QCMS收到并處理，同時將指令信息進行解析，再通過OPC點傳輸給ACCS，ACCS將指令信息傳遞給設備PLC，岸橋單機設備根據指令信息執行具體動作。

岸橋完成每一步動作指令后，ECS將事件發送給TOS，TOS收到事件后進行處理，并將下一步的動作指令傳達至設備層。

3 艙蓋板作業管理系統

自動化碼頭艙蓋板作業管理系統以高效、安全、穩定、可操作為原則，基于原有工藝流程、系統設備功能及界面需求，依托現有碼頭操作系統及設備控制系統，開發艙蓋板系統作業指令功能，包括系統任務指令發送、設備指令執行，并通過仿真模擬測試及現場真機設備測試，實現艙蓋板作業自動化。

3.1 艙蓋板任務的發送

艙蓋板任務發送功能，由系統根據計劃安排的任務作業順序，進行智能決策并且自動發送作業指令；也可由船舶控制員在船舶控制操作界面(見圖1)發送艙蓋板作業任務，結合船舶作業實時情況，對任務隊列及時進行相應調整。艙蓋板自動化任務的TOS系統與ECS系統對接，通過系統任務指令與設備指令解析，將作業信息實時顯示在岸橋遠程操作司機的操作界面上。

圖1 船控操作界面

3.2 艙蓋板指令的執行

在艙蓋板作業指令執行過程中，根據吊具的開閉鎖狀態信息和起升高度判斷條件，實現指令自動完成。為防止因設備異常而導致自動化流程中斷的情況，增加輔助手動完成功能，提供手動完成按鈕，以便進行人工干預。

碼頭岸橋單機指令執行階段主要分解為AGV車道抓放箱、岸橋中轉平臺抓放箱、船側抓放箱與軌內地面抓放箱。艙蓋板作業指令執行，分為開艙與關艙2種工況，開艙吊取艙蓋板對應船側抓箱指令，放置艙蓋板對應軌內放箱指令；關艙吊取艙蓋板對應軌內抓箱指令，放置艙蓋板對應船側放箱指令。其中，每一段執行指令，都有對應的作業代碼，由ECS系統解析指令并將指令信息傳達給底層控制系統。

3.3 岸橋操作信息界面

在岸橋遠程操作界面中，加入艙蓋板模式圖標與正常裝卸任務進行區分(見圖2)，并有效地輔助遠程操作員進行安全作業。

圖2 岸橋操作信息界面

3.4 岸橋視頻監控

在岸橋遠程操作過程中，設備接收到系統艙蓋板指令后，可根據設備當前的作業模式，自動切換至相應的艙蓋板視頻模式；吊具閉鎖后視頻監控自動切換至全景模式，防止在艙蓋板作業的起升階段鉤掛船舶設施及相鄰貝位集裝箱。作業完成后可切換至正常裝卸鏡頭模式，并支持手動微調視角及對焦等參數。

4 結語

自動化碼頭艙蓋板作業管理系統推廣應用后，平均每塊艙蓋板作業時間減少10%以上，在系統與設備層面的指令自動化、生產指揮的規范化、司機操作的安全性與便捷性等多方面都得到了有效的提升。該系統與現有自動化集裝箱裝卸流程無縫銜接，進一步打通自動化流程，提高指令嚴密性與精確性，完善了自動化碼頭的海側岸橋側作業自動化體系。