集装箱港口内陆堆场起重机的自动化

本文选自《起重运输机械》杂志，未经许可，不得转载

作者：姜广路

摘 要：配备自动化系统的集装箱港口内陆堆场起重机装卸效率高、作业稳定且可靠，自动化系统设备可以部分或全部代替通常由人工完成的复杂、重复的集装箱装卸工作。自动化系统设备在堆场起重机中的运用能有效提高码头的装卸效率，缩短船舶滞港时间，增加港口的吞吐量，降低人工成本，适应现代化集装箱港口装卸集装箱船舶的大型化和高速化。为此，文中详细介绍了集装箱港口内陆堆场自动化起重机及其配备的自动化系统，阐述了自动化起重机的优势及其发展趋势。

Abstract: With automation system, inland yard cranes for container ports are highly effective in handling and stable and reliable in operation. Automation system equipment can replace all or part of the complex and repetitive container handling

work that is often done manually. In addition, the equipment can improve handling efficiency of terminals, shorten the time of vessel on demurrage, increase port throughput and lower labor costs. It is suitable for the large and high-speed container ships for modern container ports. Therefore, the paper details the inland yard automated cranes for container ports and the equipped automation system and explains the advantages and development trend of the automated cranes.

关键词：内陆堆场起重机；集装箱；自动化系统；发展趋势

Keywords: inland yard crane; container; automation system; development trend

0 引言

大型集装箱港口内陆堆场自动化起重机主要分为轮胎式集装箱起重机（简称RTG）和轨道式集装箱起重机（简称 RMG）。

RTG 的装卸集装箱功能还没有实现完全自动化， 其配备的自动化系统主要有全球定位系统（Global Position System，简称 GPS）、集装箱箱位检测系统（Position Detective System， 简称 PDS）、轮胎吊自动纠偏系统（Automated Guided Sling System，简称 AGSS）、集卡车辆防吊起保护系统（Chassis LiftProtection System， 简称 CLPS）、集装箱号码识别系统（Container Number Recognition System，简称CNRS）等，此类起重机属于半自动化起重机，其自动化功能主要体现在增加部分自动化系统以辅助司机进行集装箱的装卸作业，如大车运行辅助系统、小车运行辅助系统、吊具对箱和着箱自辅助系统等，这些系统在一定程度上减少起重机司机的手动操作，提高起重机的装卸准确度和速度，缩短了装卸集装箱的时间，提高了整个内陆堆场的运作效率。但是，目前此类型的起重机仍以人工上机操作为主、自动化系统功能为辅，尚未实现起重机无人操作的全自动化作业。

RMG 是目前全世界集装箱自动化内陆堆场起重机的主要形式，其配备的自动化系统相对 RTG 的自动化系统而言更多、更为全面。RMG 的自动化系统主要有自动人声语音引导系统（Public Address，简称 PA）、集卡车辆防吊起保护系统（Chassis Lift Protection System，简称 CLPS）、集卡车辆位置扫描系统（Chassis Alignment System， 简称 CAS）、 集装箱号码识别系 统 （Container Number Recognition System， 简 称 CNRS）、 着 箱 系 统（Final Landing System， 简 称 FLS）、 起 重 机 摄 像 管 理 系 统（Crane Video Management System，简称 CVMS）、远程网络视觉系统

（Remote Vision System/Network Video Recorder，简称 RVS 或 NVR）、 吊具位置控制系统（Spreader Position Control System，简称 SPCS）、集装箱堆垛扫描系统（Spreader Profile Scanning System，简称SPSS）、集卡车辆号码识别系统（Prime Mover Number Recognition System，简称 PMNRS）。无人操作的全自动化 RMG 装卸效率非常高，减少了集装箱船舶尤其是大型集装箱船舶的滞留时间，大幅提高了港口的集装箱吞吐量，从而为集装箱港口带来了巨大的经济效益。目前， 单个的自动化系统均已集成为一个或多个电气系统元件，自动化港口集装箱内陆堆场起重机以 RFID 射频识别、远红外射线传感器技术、位置监控技术、激光扫描成像及定位、摄像识别及监控等技术通过网络通讯协议进行快速信息交互，从而实现智能化感应、扫描、识别、定位、监控等操作。文中以新加坡 PSA 巴西班让码头集装箱堆场自动化 RMG 为例，简要说明集装箱港口内陆堆场起重机的自动化系统。

1 自动人声语音引导系统

当集卡车辆进入堆场外的专用车道并靠近轨道吊时，通过 RMG 的扫描和定位系统对行进中的集卡车辆进行语音引导，使集卡车辆抵达准确的停车位置。当集卡车辆还需继续向前行驶时，PA 系统就会持续发出“前进”的语音提示，集卡车辆抵达预定的准确位置，PA 系统发出“停止”的语音提示；当集卡车辆行驶超过预定停车位置时，PA 系统持续发出“后退”的语音提示， 集卡车辆后退至预定的准确位置，PA 系统发出“停止” 的语音提示。通过 PA 系统的语音提示，可指引司机短在时间内将集卡车辆停泊至预定位置，从而确保自动化起重机能进行快速的集装箱装卸作业。

2 集卡车辆防吊起保护系统

当 RMG 吊具闭锁后起吊装载在集卡车辆上的集装箱时，若集卡车辆上锁住集装箱的锁头并未打开，吊具会将集装箱连同装载的集卡车辆一同吊起，出现这种情况极易造成集卡车辆的损坏，甚至威胁到集卡车辆司机的人身安全。RMG 的CLPS 系统能扫描到集卡车辆的位置， 如CLPS 扫描集卡车辆升高至超过安全设定高度1 m 时，RMG 会停止起升操作，起到自动保护集卡车辆、司机及集装箱安全的作用。

3 集卡车辆位置扫描系统

当集卡车辆进入 RMG 装卸集装箱的区域范围时，CAS 系统自动进行集卡车辆的扫描，CAS 系统不仅能识别出集卡车辆是单层集卡车辆还是双层集卡车辆，更为重要的是能扫描识别集卡车辆的移动位置并将集卡车辆的位置信息与交通指示灯进行信息交互，以交通指示灯的灯光和箭头引导集卡车辆司机进行准确的前进、后退或停车操作，使集卡车辆在短时间抵达预定的停靠地点以便轨道吊能准确、快速地进行装卸集装箱的抓箱或着箱动作。

4 集装箱号码识别系统

RMG 鞍梁、支腿等部位安装了多个识别集装箱前后、侧面及顶上号码的 CNRS 摄像头，装载集装箱的集卡车辆抵达 RMG 侧下方时，通过 CNRS 摄像头的摄像功能将集装箱号码的画面传输到 CNRS 系统，之后 CNRS 系统以图像识别技术识别、读取并记录集装箱的号码，将集装箱的号码转换为计算机能够识别的数字和字母并把读取的集装箱号码传输给 RMG 的控制系统及堆场管理系统。

5 着箱系统

FLS 系统通过吊具四角上安装的摄像头或激光仪进行集装箱位置的识别、吊具位置的识别及调整。以激光仪元件为位置检测的 FLS 系统，通过安装在吊具四角上的激光限位发射出激光束，4 条激光束与集装箱的竖向四面箱壁平行。当吊具动作时，如激光束照射在集装箱上，FLS 系统会采集激光束反馈的信息，调整吊具位置使激光束保持与待吊集装箱的竖向四面箱壁保持平行， 从而使吊具能准确的进行着箱动作，避免吊具歪斜地放置在集装箱上。

6 起重机摄像管理系统

CVMS 系统通过 RMG 上安装的多个摄像头对堆场情况、车道情况及同堆场内其他 RMG 的运行情况进行实时监控，将各部位对应的监控画面同步传输至 CVMS 系统信息处理中心和码头的中控远程控制操作室（简称ACOC）。CVMS 系统是 RMG 安装的所有画面监控摄像头的综合管理系统，该系统按照 ACOC 的要求对堆场、车道、RMG 运行等情况和状态进行查看和监控，同时 CVMS 系统还可根据需要进行摄像画面的切换，对 RMG 四周情况进行无死角查看和监控。

7 远程网络视觉系统

RVS/NVR 系统是在摄像头画面监控的基础上增加了画面检测，将获得的实时监控画面与预先设定的 Video Encoder 画面对比、分析，以检测 RMG 的手、自动运行状况是否在设定操作范围内。该系统还具备监控画面的存储功能，以便后续调出监控画面进行分析。

8 吊具位置控制系统

SPCS 系统通过 RMG 小车架下方安装的 2 个 SPCS 扫描仪和吊具上安装的反射底板在吊具起升和下降的过程中实时检测吊具和集装箱的位置。在装载或卸下集装箱时，SPCS 系统自动检测吊具和集装箱的位置是否有倾回转并根据检测的位置信息指令吊具进行倾回转调整， 从而保障 RMG 装卸集装箱的位置精度。

9 集装箱堆垛扫描系统

SPSS 系统用来扫描、检测 RMG 吊具下方集装箱单排的堆垛层数及堆垛高度，若所检测的集装箱堆垛高度需与 ABMS 系统中设定的高度一致，方能使集装箱的装卸作业继续运行。SPSS 系统还可检测吊具平行移动与集装箱的堆垛是否会发生撞击，当 SPSS 系统扫描、检测到运行的吊具和集装箱堆垛高度数据与 ABMS 系统中设定的高度不一致时，即吊具可能会撞击堆垛在地面上的集装箱，SPSS 系统会发出停止小车和吊具的运行， 从而防止 RMG 吊具撞击堆场集装箱事故的发生。

10 集卡车辆号码识别系统

PM 是用来连接岸边集装箱起重机与 RMG 之间往来运输集装箱的码头内部集卡车辆或外部集卡车辆。集装箱的装卸需识别、核对与记录集卡车辆车头的编号，是RMG 上 PMNRS 系统的主要功能。每辆集卡车辆的车头侧上方安装了带有集卡车辆信息的 Tag 标签，当集卡车辆靠近轨道吊时，安装在 RMG 鞍梁部位的 PMNRS 系统通过RFID 射频识别功能读取集卡车辆 Tag 标签上的数据， 从而获取集卡车辆的信息。

近年来，我国自动化码头的建设已有了极快的发展。已经投入实际运营的福建厦门远海自动化码头是我国第一个自动化码头以及后续的天津港码头也陆续采用自动化起重机设备进行运营。已经投入实际运营的山东青岛港全自动化集装箱码头是亚洲第一个全自动化码头，其第一次实际装卸作业的 7 h 里有 12 台内陆堆场起重机同时作业，共计装载 854 个集装箱，平均 22 Move/H 的效率和 3% 的每百个装卸集装箱故障率，大幅提高了码头集装箱的装卸效率，增加了其吞吐能力，其经济效益远远超过了传统人工操作类型起重机的经济效益，为该港口面对世界集装箱航运业的大船时代挑战提供了有力的设备基础保障。洋山港四期集装箱自动化码头是全世界综合自动化程度最高的集装箱码头，也是全世界单体最大的全自动化集装箱码头目前已经开始试运营，实现了岸边船上集装箱装载和卸下、内陆堆场集装箱运输及装卸的全程自动化操作，在起重机上无人的全自动化操作下，可进行 24 h 不停歇作业，整个码头的装卸效率会达到 40 Move/H，是传统人工操作远远无法企及的装卸效率。