自动化码头舱盖板作业管理系统

郑 重 曾 健

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

随着我国自动化码头的发展，设备管理控制的智能化已经成为主要发展趋势[1]，而码头岸侧机械的自动化水平，则直接反映出码头的作业效率，从而体现出码头的对外服务质量水平。码头岸侧机械作业模式主要分为岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)的集装箱装卸模式、特殊工艺装卸模式以及船舶舱盖板装卸模式，当所有的作业模式均可实现自动化，并达到岸侧作业指令的连续执行无中断，则表明自动化码头的作业安全性和有效性得到了最大的提升[2]。

自动化码头的前沿作业、水平运输、堆场作业及进出场闸口基本实现自动化，但船侧舱盖板作业由于其作业工况复杂，仍采用传统人工作业模式，系统无舱盖板指令，不能实现自动化作业流程连续化。在实际舱盖板作业中，需要频繁对作业要求及具体实施时间进行人工确认，影响生产持续性、稳定性及安全性；对船舶的舱盖板作业次序缺乏统筹安排、统一指令，增加了人工作业的不确定因素；无法实现舱盖板数据采集，进而无法通过作业数据的统计与分析，为系统功能、业务流程优化与统计提供数据支撑。

2 自动化码头岸桥系统架构

2.1 系统架构

自动化码头岸桥的系统架构由TOS(Teminal Operation System,码头管理系统)和ECS(Equipment Control System,设备控制系统)组成，系统之间的信息沟通，是通过数据库事件交互形式进行传递。ECS由QCMS(Query-side Crane Management System,岸桥管理系统)、ACCS(Automatic Crane Control System,自动化岸桥控制系统)以及PLC组成。码头每一台岸桥都有独立的ECS，其中QCMS与ACCS之间通过OPC传输协议，对数据信息以OPC点的形式进行传递，ACCS与PLC控制系统之间则通过PROFINET协议传输[3]。

2.2 系统指令交互逻辑

码头的岸桥设备作业指令，被分解成一步步基础动作，每一个动作环节都有对应事件信息流。

由TOS根据计划安排的作业次序，依次生成岸桥作业指令，指令包含岸桥实时状态、起始目标位置和终点目标位置类型及对应位置代码信息、岸桥吊具模式及吊具尺寸信息、目标任务箱信息及每个动作节点的时间戳信息。

系统间的事件交互，则是将岸桥每一步动作，以关键节点为依托，将信息传递给对方。TOS发出允许设备作业的许可事件，QCMS收到并处理，同时将指令信息进行解析，再通过OPC点传输给ACCS，ACCS将指令信息传递给设备PLC，岸桥单机设备根据指令信息执行具体动作。

岸桥完成每一步动作指令后，ECS将事件发送给TOS，TOS收到事件后进行处理，并将下一步的动作指令传达至设备层。

3 舱盖板作业管理系统

自动化码头舱盖板作业管理系统以高效、安全、稳定、可操作为原则，基于原有工艺流程、系统设备功能及界面需求，依托现有码头操作系统及设备控制系统，开发舱盖板系统作业指令功能，包括系统任务指令发送、设备指令执行，并通过仿真模拟测试及现场真机设备测试，实现舱盖板作业自动化。

3.1 舱盖板任务的发送

舱盖板任务发送功能，由系统根据计划安排的任务作业顺序，进行智能决策并且自动发送作业指令；也可由船舶控制员在船舶控制操作界面(见图1)发送舱盖板作业任务，结合船舶作业实时情况，对任务队列及时进行相应调整。舱盖板自动化任务的TOS系统与ECS系统对接，通过系统任务指令与设备指令解析，将作业信息实时显示在岸桥远程操作司机的操作界面上。

图1 船控操作界面

3.2 舱盖板指令的执行

在舱盖板作业指令执行过程中，根据吊具的开闭锁状态信息和起升高度判断条件，实现指令自动完成。为防止因设备异常而导致自动化流程中断的情况，增加辅助手动完成功能，提供手动完成按钮，以便进行人工干预。

码头岸桥单机指令执行阶段主要分解为AGV车道抓放箱、岸桥中转平台抓放箱、船侧抓放箱与轨内地面抓放箱。舱盖板作业指令执行，分为开舱与关舱2种工况，开舱吊取舱盖板对应船侧抓箱指令，放置舱盖板对应轨内放箱指令；关舱吊取舱盖板对应轨内抓箱指令，放置舱盖板对应船侧放箱指令。其中，每一段执行指令，都有对应的作业代码，由ECS系统解析指令并将指令信息传达给底层控制系统。

3.3 岸桥操作信息界面

在岸桥远程操作界面中，加入舱盖板模式图标与正常装卸任务进行区分(见图2)，并有效地辅助远程操作员进行安全作业。

图2 岸桥操作信息界面

3.4 岸桥视频监控

在岸桥远程操作过程中，设备接收到系统舱盖板指令后，可根据设备当前的作业模式，自动切换至相应的舱盖板视频模式；吊具闭锁后视频监控自动切换至全景模式，防止在舱盖板作业的起升阶段钩挂船舶设施及相邻贝位集装箱。作业完成后可切换至正常装卸镜头模式，并支持手动微调视角及对焦等参数。

4 结语

自动化码头舱盖板作业管理系统推广应用后，平均每块舱盖板作业时间减少10%以上，在系统与设备层面的指令自动化、生产指挥的规范化、司机操作的安全性与便捷性等多方面都得到了有效的提升。该系统与现有自动化集装箱装卸流程无缝衔接，进一步打通自动化流程，提高指令严密性与精确性，完善了自动化码头的海侧岸桥侧作业自动化体系。