X光检查系统在岸边集装箱起重机上的应用

黄 璐 陈 杰 龚涤生 桂 军

上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

码头口岸检查集装箱的工位一般设置在码头出口处,通过抽检的方式进行集装箱的安检,无法保障安全和高效的检查货品。为了达到各码头日益严格的集装箱安检要求,依托双小车岸边集装箱起重机(以下简称岸桥)中转平台设计岸桥X光检查系统,在不开箱情况下获取集装箱内部货物的信息,从而提高码头口岸集装箱货物检查效率,减少集装箱安检人工干预,尽可能实现每箱必检。

岸桥X光检查系统是利用X光射线扫描成像原理,不开箱检查集装箱内货物装载情况的一套系统,由移动门架、X光设备、门架控制柜、数据采集柜、本地控制操作站、主控台及相关配套设施等部分组成。系统通过X光设备一侧的放射源发出扇形射线穿透封闭集装箱和内部货物,被另一侧的探测器阵列所接收。由于集装箱内物质密度不同对X光射线吸收也不同,每个探测单元接收到的X射线强度与装箱及内部货品吸收能力有关[1]。探测器单元将不同强度的射线通过高精度模数转换处理,获得当前位置的图像扫描数据。通过检查设备与集装箱的相对移动,可获得整个集装箱内部物品的轮廓和形态,使检查人员在不开箱的情况下完成对集装箱货物的检查。

2 系统设计

2.1 X光集装箱检查系统设备选择

根据结构形式的不同集装箱检查通常可以分为3种形式:固定式集装箱检查系统、车载移动式集装箱检查系统、组合移动式集装箱检查系统。

固定式集装箱检查系统一般选择固定的场所或建筑物安装X光扫描设备,待查验集装箱由集卡或集装箱列车牵引通过检查通道,完成对集装箱的检查,可用于港口、边境和机场。为了避免系统X射线产生的辐射,通常采用混凝土结构进行屏蔽。系统安装调试周期长,配套工程复杂,场地固定,机动性差,系统性能较强。

车载移动式集装箱检查系统将X光检查系统集成在卡车底盘上,可行驶到各关卡检查集装箱货物,适合部署在港口、边检、机场和各类需要临时查验集装箱货物的检查点。其特点是占地面积小、无需任何土建配套工程、机动性好。

组合移动式集装箱检查系统将探测器、放射源、数据采集系统、门架控制系统集成在移动门架上。与固定式集装箱检查系统最大的不同在于,被检查集装箱放置在固定的检查位置,X光检查设备通过预设的轨道往复运动完成扫描作业流程。由于采用自屏蔽结构和模块化设计,系统功能强大,占地小、易于安装维护[2]。

双小车岸桥通常在陆侧配置中转平台,用于放置来自门架小车或主小车运送过来的集装箱。组合移动式集装箱检查系统可利用岸桥中转平台,通过移动门架在集装箱两侧的轨道往复运动扫描集装箱内货物。系统结构紧凑、占地面积小,在岸桥中转平台上便于安装施工;系统运行可靠性高,便于日常维护保养,故障保养时岸桥无需停止作业;系统模块化设计便于与岸桥控制操作系统集成。故岸桥X光检查系统宜选择组合移动式集装箱检查系统。

2.2 系统布置与组成

在中转平台海陆侧每个台座布置1套X光检查设备,以检查单20 ft、单40 ft、单45 ft、双20 ft集装箱,其布置图见图1。

1.海侧X光检查系统移动门架 2.海侧台座 3.中转平台局部4.陆侧台座图1 中转平台X光检查系统布置图

中转平X光检查系统主要由移动门架、探测器、放射源、数据采集柜、门架控制柜、本地控制操作站、主控台及其他辅助配套设施组成(见图2)。

1.移动门架 2.探测器 3.放射源 4.数据采集柜 5.门架控制柜 6.导轨 7.本地控制操作站 8.岸桥PLC 9.主控台图2 中转平台X光检查系统结构示意图

(1)移动门架,在海陆侧台座前后两侧各布置2根导轨,移动门架通过行走机构在导轨上进行往复运动以检查集装箱。

(2)X光检查设备由布置在移动门架两侧的发射源和探测器组成。从门架一侧发射源发出的X光射线经过集装箱及内部物品部分吸收后,到达另一侧的探测单元。探测单元将接收的X光射线转换为与射线强度成正比的电流信号,传送到数据采集柜。

(3)数据采集柜集成在一侧移动门架立柱上,包括信号放大模块、模数转换模块、数据获取与控制模块以及数据处理PC。数据采集柜将探测单元传送的电流信号放大,进行模数转换,通过数据处理得到集装箱内部货物的二维图像投影,并将图像传送到主控台。

(4)门架控制柜集成在另一侧移动门架立柱上,控制移动门架的启动、加减速、停止,确保整个集装箱的完整扫描。控制柜包括电源开关、电抗器、变频器、控制回路等部分。三相电源通过开关断路器经电抗器接入变频器,变频器输出至移动门架两侧的行走电机。电抗器可抑制高次谐波保护变频器及移动门架行走电机。

(5)本地控制操作站安装在中转平台海陆侧台座外部,可就地手动控制2个移动门架的运行。

(6)主控台包括工控机、操作指示台、显示器等,可远程控制监控整个系统的运行和状态,实时获取扫描集装箱内部物品的情况,并与岸桥PLC进行通讯。

(7)其他辅助配套设施,包括中转平台X光扫描状态指示灯、系统紧停、声光报警、海陆侧台座占箱限位等。

2.3 系统作业流程

当集装箱被主小车或门架小车放置在中转平台台座时,启动集装箱X光检测系统,在一侧的移动门架通过导轨移动,检查放置在中转平台台座上的集装箱。一旦系统检测到集装箱内有可疑物体时,通过Profibus通讯接口发信息给PLC,PLC中断ACCS(Automatic Crane Control System,岸桥自动化控制系统)作业,停止主小车或门架小车起升及小车的运行,并报警告知检查人员。在完成集装箱检查流程后,继续自动化作业。具体流程如下:

(1)装卸船作业时,主小车或者门架小车将集装箱放置在中转平台台座,岸桥PLC根据主吊具开闭锁以及台座占箱限位信号,判断是否有集装箱在海陆侧台座上。

(2)当有集装箱在中转平台台座上时,岸桥PLC发出检查指令给X光检查系统。

(3)X光检查系统启动集装箱检查流程,中转平台海陆侧通道门自动关闭,防止人员进入检查现场直至检查过程结束;当现场有紧急情况时,系统自动关闭,移动门架停止运动,中断检查过程,关闭放射源X光射线,保证人员和设备的安全。

(4)X光扫描系统启动扫描,发射源发出X射线穿过被检测集装箱被另一侧的探测器接收,门架控制系统完成移动门架移动检查整个集装箱。

(5)数据采集柜将探测器传送的信号处理后得到集装箱内部货物的二维图像投影,并将图像传送到主控台。

(6)当岸桥中转平台X光检查正常时(即未检测到集装箱内有可疑物品),系统输出正常,岸桥ACCS继续作业,将指定的集装箱运至后场AGV(Automated Guided Vehicle,自动引导集卡)或集装箱货轮上,完成作业等待下一个指令。

(7)当中转平台X光检测异常时(即检测到集装箱内有可疑物品),系统发信号给岸桥PLC,PLC触发控制回路,控制岸桥ACCS停止动作,并通知人员是否需要开箱检查;当操作人员完成开箱检查或者放行按下操作复位按钮后,岸桥ACCS才能继续作业流程。

中转平台X光检查系统工作流程图见图3。

图3 中转平台X光检查系统流程图

3 结语

岸桥X光检查系统是一种用于双小车岸桥中转平台的X光检查系统,在自动化码头装卸船作业过程中,利用岸桥中转平台配置组合移动式集装箱检查系统,在不开箱的情况下对集装箱货品进行检查,减少现场人工,提升运作效率,保证每箱必检,避免因抽检而造成的安全隐患,并有效避免了码头后场因集装箱检查而造成的交通拥堵。