隨著經濟全球化和區(qū)域經濟一體化進程的加快，世界集裝箱海運大幅增長，集裝箱船舶也呈現(xiàn)大型化的趨勢。為了增強集裝箱碼頭的競爭力，裝卸作業(yè)效率的要求越來越高，現(xiàn)代化國際樞紐港自動化、信息化、智能化的集裝箱堆場的發(fā)展已經成為必然趨勢。荷蘭鹿特丹港的 ECT 集裝箱碼頭、德國漢堡港的CTA 碼頭和鹿特丹 EUＲOMAX 集裝箱碼頭代表了世界集裝箱自動化作業(yè)系統(tǒng)發(fā)展的三個 階段。

已投入試運行的廈門遠海自動化集裝箱碼頭是第四代自動化碼頭。在該自動化碼頭中，自動引導小車與岸橋、AGV與AＲMG 的配合作業(yè)均可以實現(xiàn)全自動化，但是當 AＲMG與集卡進行裝卸作業(yè)時，考慮 AＲMG 自動對集卡抓、放箱時的設備、人員安全以及著箱時的準確、快速要求，采用通過遠程作業(yè)系統(tǒng)在中控室實現(xiàn) AＲMG 自動作業(yè)與手動作業(yè)相配合的作業(yè)方式。本文在對廈門遠海自動化集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)介紹的基礎上，詳細闡述了 AＲMG 遠程作業(yè)系統(tǒng)的構建和實現(xiàn)，并對 AＲMG 本機系統(tǒng)進行了介紹。

 廈門遠海自動化集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng) 廈門遠海集裝箱自動化裝卸碼頭設置了3 臺雙小車岸橋進行裝卸船作業(yè)，沿碼頭岸線方向布置了8 個堆場。堆場海側共采用16臺全電力驅動的AGV作為水平搬運設備，負責雙小車岸橋到堆垛區(qū)的集裝箱搬運，堆場陸側采用集卡作為搬運設備。每個堆垛區(qū)配備了2臺 AＲMG，其中一臺 AＲMG 配合AGV 在堆垛區(qū)的作業(yè)，另一臺 AＲMG 用于與集卡的裝卸箱作業(yè)。 AGV 與岸橋、AGV 與 AＲMG 的配合作業(yè)均可以實現(xiàn)全自動化，在對集卡作業(yè)時通常是利用 AＲMG 在 一定階段進行自動化作業(yè)。當AＲMG 自動作業(yè)階段完成后，會將作業(yè)控制交由位于遠程中控室的遠程控 制臺進行手動操作。當 AＲMG 對集卡進行裝箱時，在任務開始后，中控室ＲCS啟動 AＲMG 的自動運行模式， AＲMG 會自動運行到堆垛區(qū)合適的位置并抓取待裝的集裝箱，然后 AＲMG 自動移動大車、小車到目標車道上方，并將吊具下降至安全高度( 離地面約 6 m) ，這時切換到手動控制，由中控室操作員在現(xiàn)場視頻監(jiān)控畫面的指導下手動進行集卡對箱和裝箱，裝箱完畢后將吊具上升至安全高度，返回到自動模式，等待新的裝箱任務。此外，通過遠程維修操作臺操作員還可以在遠程中控室進行遠程維修操作和故障診斷，方便了設備的維護、調試、故障處理。

遠程作業(yè)系統(tǒng)相當于把傳統(tǒng)軌道式龍門起重機的司機室搬到了遠程中控室中，并將其改造成自動化軌道式龍門起重機，操作員不需要在ＲMG 上就可以作業(yè)，為操作員創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。

遠程作業(yè)系統(tǒng)網絡構建 目前，基于以太網的遠程監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用于各個領域， AＲMG 遠程作業(yè)系統(tǒng)正是基于以太網及相關設備組建起來的，圖 1 為 AＲMG 遠程作業(yè)系統(tǒng)網 絡架構示意圖。

在中控室中配備有6 臺遠程操作臺，一種是遠程控制臺ＲCS，用于AＲMG 對集卡遠程作業(yè)時的操作，共有5臺;另一種是遠程維修操控制作臺，用于遠程的維修操作。任一臺遠程控制臺可以控16 臺 AＲMG中的多臺設備。遠程作業(yè)系統(tǒng)服務器管理著整個遠程作業(yè)的任務分配和管理，并分配當前作業(yè)的 AＲMG的CCTV 攝像頭畫面給 ＲCS 操作員作為操作時的參考; 遠程起重機管理系統(tǒng)服務器提供各個 AＲMG 的運行狀態(tài)與故障信息 等數(shù)據(jù)服務;語音服務器提供網絡語音 支持;視頻服務器收集各個AＲMG 上安裝的數(shù)字攝像頭畫面并提供給遠程操作臺的客戶端; 視頻矩陣專用于吊具4個模擬攝像頭 的實時畫面的切換管理，可在ＲOCS Server 控制下使畫面自動切換到當前作業(yè)的AＲMG 吊具下方的視頻。

中控室還配備一臺遠程 PLC，一方面通過 I/O 模塊獲?。?span>OS 操作面板上的按鈕和搖桿信息 并發(fā)送到 AＲMG 上的 PLC;另一方面獲取 AＲMG 上的 PLC 的狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋，并在控制臺上實時顯示狀態(tài)信息，AＲMG上的PLC 與中控室內的Ｒemote PLC 通過 PowerLink 通信。遠程 PLC 也可以通過以太網將各個操作狀態(tài)信息和 AＲMG 的運行狀態(tài)信息上傳至 ＲOCS Server。 當 AＲMG 對集卡進行裝卸作業(yè)時，操作員通過ＲCS 上的視頻畫面可以獲知當前現(xiàn)場的運行情況，通過語音系統(tǒng)廣播語音消息，通過操作ＲCS 上的按鈕或搖桿即可實現(xiàn)對 AＲMG 的遠程控制，實時調整AＲMG 和吊具的運動，實現(xiàn)對集卡的遠程裝卸箱作業(yè)。此外，利用 MＲOS 可以對設備進行維護和檢修。

遠程操作臺 遠程操作臺ＲOS 主要由遠程控制計算機、 3 個顯 示屏、貝加萊 I/O 模塊、手柄搖桿、各種操作按鈕、語音麥克風組成。ＲOS 分為ＲCS 和 MＲOS 兩種，AＲMG 對集卡的遠程作業(yè)操作主要通過ＲCS 來實現(xiàn)，在此對ＲCS作主要介紹。ＲCS 操作面板具有手柄搖桿 2 個，一個用于控制大車和吊具，另一個用于控制小車，操控AＲMG 的運動以實現(xiàn)對集卡的裝卸箱。除此之外，還有各種操作按鈕用于遠程控制 AＲMG上的設備完成一些作業(yè)動作，如吊具開鎖、吊具傾轉，對應的指示燈可以實時顯示控制狀態(tài)?？刂婆_上的語音麥克風可以與現(xiàn)場進行通話和廣播，可以使遠程操作員通過呼叫提醒集卡司機配合作業(yè)任務。 ＲCS計算機上運行DataView和 CCTV 客戶端軟件， DataView 用于操作員在對 AＲMG 操作時觀察AＲMG 的狀態(tài)信息和堆場內的集裝箱層高和信息等當ＲCS 對某一臺 AＲMG 控制時，DataView 會在其中一個顯示屏上顯示當前 AＲMG 相關的狀態(tài)信息，如當前執(zhí)行的任務提示信息、集裝箱號、集裝箱類型、集卡號、 集卡類型、設備類型、設備編號、大車位置、小車位置、 吊具高度、著箱狀態(tài)、開閉鎖信息等。圖 2 為 DataView 的軟件界面圖，該界面顯示了當前操作的 AＲMG 的大車、小車、吊具等位置信息。CCTV 客戶端軟件可以在另一個顯示屏上用多分屏的形式顯示當前操作的 AＲMG 上攝像機拍攝到的實時畫面，供操作員參考。 此外，還有一個顯示屏為監(jiān)視器，直接連接視頻矩陣，可以顯示當前操作的AＲMG 吊具下的 4 個攝像頭畫 面，以便操作員根據(jù)現(xiàn)場情況做出合適處理。

ＲCS 作主要介紹。ＲCS 操作面板具有手柄搖桿 2 個，一個用于控制大車和吊具，另一個用于控制小車，操控 AＲMG 的運動以實現(xiàn)對集卡的裝卸箱。除此之外，還有各種操作按鈕用于遠程控制 AＲMG 上的設備完成一些作業(yè)動作，如吊具開鎖、吊具傾轉，對應的指示燈可以實時顯示控制狀態(tài)?？刂婆_上的語音麥克風可以與現(xiàn)場進行 通話和廣播，可以使遠程操作員通過呼叫提醒集卡司機配合作業(yè)任務。 ＲCS 計算機上運行著DataView和 CCTV 客戶端軟 件，DataView 用于操作員在對 AＲMG 操作時觀察 AＲMG 的狀態(tài)信息和堆場內的集裝箱層高和信息等。

當ＲCS 對某一臺 AＲMG 控制時， DataView 會在其中一 個顯示屏上顯示當前 AＲMG 相關的狀態(tài)信息，如當前執(zhí)行的任務提示信息、集裝箱號、集裝箱類型、集卡號、 集卡類型、設備類型、設備編號、大車位置、小車位置、吊具高度、著箱狀態(tài)、開閉鎖信息等。圖 2 為 DataView 的軟件界面圖，該界面顯示了當前操作的 AＲMG 的大 車、小車、吊具等位置信息。CCTV 客戶端軟件可以在另一個顯示屏上用多分屏的形式顯示當前操作的 AＲMG 上攝像機拍攝到的實時畫面，供操作員參考。此外，還有一個顯示屏為監(jiān)視器，直接連接視頻矩陣，可以顯示當前操作的 AＲMG 吊具下的 4 個攝像頭畫 面，以便操作員根據(jù)現(xiàn)場情況做出合適處理。

網絡服務方案 ＲOCS 服務方案ＲOCS 服務器用于安裝 OPC Server 程序和ＲOCS 程序。ＲOCS 服務器上運行的 OPC Server 負責收集 AＲMG 的 PLC的數(shù)據(jù)和發(fā)送指令給 AＲMG。ＲOCS 程序分為兩部分: ＲOCS Service和ＲOCS Client。ＲOCS Service無界面運行，作為一個 Windows 服務安裝在ＲOCS 服務器中ＲOCS 程序通過 OPC Server 獲取 Ｒemote PLC 所提供的數(shù)據(jù)。Ｒemote PLC 獲取兩類數(shù) 據(jù)信息并發(fā)送給 OPC Server: 一類是Ｒemote PLC 通過 PowerLink 總線從 AＲMG 控制系統(tǒng)收集而來的關于ARMG的一些設備信息，如 AＲMG 的模式、車位置、升高度、開閉鎖等，用于 ＲOCS 生成遠程控制任務以及 判斷設備位置和精確地切換視頻等; 另一類是 Ｒemote PLC 通過 I/O 模塊獲取的ＲOS 操作面板的各種按鈕、 搖桿的操作狀態(tài)信息，用于 ＲOCS 管理遠程任務狀態(tài) 和分配遠程任務等。ＲOCS Client 是一個 Windows 應用程序，可以對 ＲOCS Service 使用的一些數(shù)據(jù)源進行修改，如 OPC Server 配置參數(shù)、視頻矩陣串口配置參數(shù)、以太網端口配置參數(shù)等。ＲOCS Client 還可以觀察ＲOCS Service 運行時遠程任務和ＲOS 操作面板的狀態(tài)，可以調整遠程任務的優(yōu)先級，可以配置 ＲOCS Service 所使用到的視頻分配規(guī)則、語音分配規(guī)則、ＲCS分配規(guī)則等設置。

ＲCMS 服務方案 ＲCMS 服務器主要安裝ＲCMS 程序以及 OPC Server 程序。ＲCMS 程序主要用于收集各個 AＲMG 的運行狀態(tài)、運行速度、故障、各機構信息等數(shù)據(jù)，用于對 AＲMG的維護、故障提示及各機構運行效率、時間的統(tǒng)計等。ＲCMS 上的OPC Server 為ＲCS 上的DataView 提供數(shù)據(jù)源。此外，ＲCMS 程序還可以對岸橋的故障信息、設備維護信息進行管理，具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表生成和導出等多種功能。

CCTV 服務方案 CCTV 服務有兩種，一種是基于網絡視頻服務器 CCTV Server 和數(shù)字攝像頭的全數(shù)字化遠程視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)，另一種是基于視頻矩陣和模擬攝像頭的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)。CCTV Server 前端監(jiān)控設備將采集好的圖像進行編碼上傳至網絡，通過光纖傳輸?shù)街锌厥?，在中控室建立網絡視頻管理平臺，通過客戶端軟件在 ＲCS 上顯示出來。網絡視頻管理平臺基于C/S 架構，集中配置管理，統(tǒng)一分配用戶權限，引入用戶組概念，支持多用戶區(qū)域管理，具備視頻回放功能，可進行數(shù)據(jù)存儲、流媒體轉發(fā)。 每個 AＲMG 吊具的4 個角上各安裝有1個吊具攝 像頭，用于觀察鎖頭、鎖箱和對箱情況。ＲCS 上的監(jiān)視 器可以在 ＲOCS Sever 的控制下自動切換到當前作業(yè)的 AＲMG 的吊具攝像頭視頻畫面。 監(jiān)視器顯示為4 分格，分別對應 AＲMG 吊具4 個角 上的攝像頭。當 ＲCS 無任務不需要操作 AＲMG 時，監(jiān) 視器則為待機黑屏狀態(tài)。

語音服務方案 語音系統(tǒng)由麥克風、揚聲器、語音服務器組成，并 通過以太網連接。每個 ＲOS 控制臺安裝了一個麥克風。揚聲器安裝于每個堆垛的集卡交換區(qū)的車道上， 一個車道安裝一個揚聲器，整個碼頭24 個車道一共安裝24 套揚聲器。語音服務器位于中控室的機柜內，內置數(shù)字語音系統(tǒng)，用于控制麥克風與揚聲器的多對多的切換、管理和控制。 5 AＲMG 本機系統(tǒng) AＲMG 的實時位置會通過 AＲMG 的本機 PLC 檢測并通過通信網絡反饋到中控室的ＲOS 控制臺，以便于操作員實時了解AＲMG 的運行位置。AＲMG 上裝有數(shù)字攝像頭，用于對作業(yè)現(xiàn)場總體情況的監(jiān)控。吊具上的模擬攝像頭用于作業(yè)時堆箱的監(jiān)視，便于中控室操作員準確高效完成對箱操作。

軌道吊大車定位是通過霍爾磁鐵和絕對位置編碼器來實現(xiàn)的，兩者互相校驗決定大車位置的有效性。 小車定位通過磁尺實現(xiàn)，并輔以安裝 3個絕對位置校驗點，用于對磁尺的校驗，實現(xiàn)對小車的精確定位。此外，每個堆垛區(qū)的兩臺AＲMG 會使用防碰撞技術，當兩臺 AＲMG 的位置小于安全距離時，各 AＲMG 的 PLC 會控制大車減速、停車并給出報警信息。起升卷筒旁 安裝有絕對位置編碼器，對吊具起升高度進行定位。小車的底部安裝有傳感器，用來檢測吊具與小車底部的絕對距離和吊具的水平度、旋轉度以及運行過程中吊具的搖擺程度。 當 AＲMG 的小車進入集卡交換區(qū)時，空載時吊具底部或作業(yè)時集裝箱的底部必須在安全高度以上運行。當小車運行到目標位時，只有遠程中控室監(jiān)控人員確認安全后，方可進行裝卸集裝箱的動作，確保集卡及集卡司機的安全。當小車運行到目標位時，遠程中 控室操作員通過裝卸位側面的信息指示牌或者語音系統(tǒng)提示集卡司機離開集卡駕駛室進入安全島。當集卡司機按下安全島內的工作按鈕時，遠程中控室監(jiān)控人員確知集卡司機已經進入安全島，再進行裝卸集裝箱 的動作，從而確保集卡司機的安全。

軌道式龍門起重機遠程作業(yè)系統(tǒng)是集計算機控制技術、傳感器檢測技術、網絡技術、信息技術等各種智 能技術為一體的復雜系統(tǒng)，也是自動化集裝箱碼頭總 體系統(tǒng)的重要分系統(tǒng)之一。AＲMG 遠程作業(yè)系統(tǒng) 實現(xiàn)了在中控室的任意一個ＲCS 操作臺上完成多臺AＲMG 的遠程作業(yè)操作，提高了設備利用率。操作員 在遠程作業(yè)中控室的工作環(huán)境更加舒適，只需要對 AＲMG 的控制進行少量手動操作，就會進一步降低工 作強度。 遠程作業(yè)系統(tǒng)是基于以太網建立的，除了已實現(xiàn)的在中控室進行遠程作業(yè)的功能，還可以很容易地對系統(tǒng)升級，將設備運行狀態(tài)接入到互聯(lián)網，實現(xiàn)遠程狀態(tài)監(jiān)測，為碼頭應對未來的升級提供便捷的接口和平臺。廈門遠海自動化集裝箱碼頭軌道式龍門起重機遠 程作業(yè)系統(tǒng)的成功應用可以為我國后續(xù)的自動化碼頭中的集裝箱遠程作業(yè)系統(tǒng)的設計提供重要參考。