岸邊集裝箱起重機(jī)裝卸作業(yè)安全防護(hù)功能智能化設(shè)計

陳俊敏

廣州南沙海港集裝箱碼頭有限公司

1 引言

隨著現(xiàn)代集裝箱船舶不斷向著大型化、高速化發(fā)展，岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡稱岸橋)作業(yè)是否安全可控，直接影響班輪作業(yè)計劃的落實(shí)效果。做好作業(yè)安全管控是充分保障設(shè)備操控安全性的必要前提。

2 岸橋作業(yè)要求及設(shè)備安全防護(hù)常規(guī)配置

集裝箱岸橋配置有起升、大車、小車、俯仰四大運(yùn)行機(jī)構(gòu)，出廠時已系統(tǒng)性配備各類安全防護(hù)裝置，包括終點(diǎn)減速、終點(diǎn)停止、鞍梁保護(hù)、起升高度保護(hù)、機(jī)構(gòu)間連鎖等通用防護(hù)裝置。起升(包含吊具)、小車作為設(shè)備作業(yè)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，一般裝卸作業(yè)流程如下。

(1)裝船作業(yè)：①小車/起升聯(lián)動→②下降到地面指定柜上方安全高度→③下降著箱/閉鎖→④慢速上升→⑤小車-起升聯(lián)動→⑥下降到船上指定擺柜位置上方安全高度→⑦下降著箱/開鎖→⑧慢速上升→⑨起升/小車聯(lián)動→重復(fù)循環(huán)①。

(2)卸船作業(yè)：①小車/起升聯(lián)動→②下降到船上指定柜上方安全高度→③下降著箱/閉鎖→④慢速上升→⑤小車/起升聯(lián)動→⑥下降到地面指定位置上方安全高度→⑦下降著箱/開鎖→⑧慢速上升→⑨起升/小車聯(lián)動→重復(fù)循環(huán)①。

當(dāng)前起升機(jī)構(gòu)通用正常作業(yè)限速包括有以下4種情況：①著箱信號觸發(fā)后，起升機(jī)構(gòu)限速10%；②船艙內(nèi)起升位置在0 m以下起升機(jī)構(gòu)限速50%；③到達(dá)起升上終點(diǎn)或下終點(diǎn)前8 m開始分級進(jìn)行一、二級減速；④按負(fù)載重量恒功率計算起升運(yùn)行速度。

集裝箱裝卸作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程規(guī)定集裝箱被吊離支撐面300 mm后應(yīng)暫停，對吊具和集裝箱連接情況通過目測檢查確認(rèn)連接牢固后，方可起吊，而對于吊具下降到接近柜面的操作沒有具體要求。

裝卸作業(yè)流程中第2、3、4、8步，以及裝船作業(yè)第6步在實(shí)際操作中完全靠司機(jī)人工控制，因此對于裝卸作業(yè)中的“慢起慢落”要求的執(zhí)行效果往往并不理想，意外時有發(fā)生。

3 常規(guī)作業(yè)防護(hù)系統(tǒng)主要問題分析

岸橋裝卸作業(yè)主要存在以下操作安全隱患。

(1)在“閉鎖或開鎖”操作期間起升，導(dǎo)致部分鎖頭在鎖孔外閉鎖或閉鎖不成功，或者開鎖時鎖頭卡鎖孔。正常操作流程為：在起升下降進(jìn)行吊具對箱并全部鎖頭著箱后，司機(jī)選擇“閉鎖指令”完成閉鎖動作，此時司機(jī)室開鎖指示燈滅、閉鎖指示燈亮，然后操作起升完成裝卸柜各流程動作；開鎖操作流程類同[1]。在發(fā)生該問題后，查看系統(tǒng)監(jiān)控記錄，發(fā)現(xiàn)在閉鎖指示燈亮之前司機(jī)就進(jìn)行了起升操作。通過對程序內(nèi)部邏輯分析，機(jī)構(gòu)連鎖中僅是串入“開鎖操作故障”、“閉鎖操作故障”，而開、閉鎖操作需要2～3 s的時間才能完成(系統(tǒng)檢測時間設(shè)定為4～5 s)，則在進(jìn)行開、閉鎖操作動作檢測的4～5 s時間段仍然允許起升動作，由此造成了司機(jī)在著箱后閉鎖操作完成時間內(nèi)(2～3 s)操作起升，導(dǎo)致鎖頭脫出鎖孔后在鎖孔外完成閉鎖。

(2)卸船作業(yè)時，對下降到船上指定柜上方安全高度的控制不到位，下降對箱操作未能提前降速導(dǎo)致對箱錯位砸穿柜頂，或者下降減速距離不足，在吊具下降停止后鋼絲繩下放過多造成扭曲變形、甚至勾掛受損。

(3)閉鎖操作后上升速度過快，對吊具鎖頭、上架鎖頭、起升鋼絲繩、滑輪、吊具吊架等結(jié)構(gòu)件存在較大沖擊。

(4)裝船作業(yè)時，吊具帶著集裝箱進(jìn)入船艙內(nèi)僅靠“0 m以下限速50%”和“按負(fù)載恒功率計算起升運(yùn)行速度”2個條件控制；在50～70 m的高空僅靠司機(jī)的目測與判斷來操控起升速度，存在安全操作隱患。

4 作業(yè)安全防護(hù)智能化改造

4.1 吊具旋鎖操作過程防護(hù)

在原有PLC程序的起升上升操作連鎖中增加“全部開鎖信號”、“全部閉鎖信號”連鎖，從技術(shù)上杜絕開鎖或閉鎖動作未完成時操作起升，消除吊具旋鎖操作過程中存在的“搶鎖操作”安全隱患(見圖1)。設(shè)計邏輯為：吊具在著箱(MB000411)狀態(tài)下，進(jìn)行旋鎖操作時，開鎖狀態(tài)(MB00413)信號、閉鎖狀態(tài)(MB000412)信號會同時處于斷開狀態(tài)，此時控制輔助線圈(DB000022)處于接通狀態(tài)，從而切斷起升機(jī)構(gòu)連鎖(MB000674)控制回路。

圖1 開閉鎖操作時，不允許進(jìn)行上升操作

4.2 對箱作業(yè)時的慢落控制

吊具上架配置帶偏振光片鏡反射型光電傳感系統(tǒng)，包括系統(tǒng)供電、信號收集、邏輯處理、連鎖控制，安全檢測距離建議設(shè)置為1 m。該系統(tǒng)在下降操作“對箱作業(yè)”過程中實(shí)時檢測當(dāng)前吊具是否已接近柜體上方，由此判斷是否執(zhí)行減速邏輯，從而降低對箱作業(yè)時吊具與柜體接觸時的沖擊力，更好地保護(hù)吊具結(jié)構(gòu)性能(見圖2)。設(shè)計邏輯為：吊具連接上機(jī)時，吊具處于開鎖狀態(tài)(MB000413)，同時檢測到吊具下常開檢測限位回路(DB000031)和常閉檢測限位回路(DB000034)信號正常，啟動保護(hù)程序(DB000037)?？盏蹙哒Ｌ幱陂_鎖(MB000413)且非閉鎖(MB000412)狀態(tài)下，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行下降(MB002125)操作，直到系統(tǒng)接收到下方距離檢測相關(guān)限位信號(DB000031、MB072196、MB072197)，輔助線圈(MB000463)則處于接通狀態(tài)，其輔助點(diǎn)連鎖到起升機(jī)構(gòu)限速回路，實(shí)現(xiàn)慢速操作。

圖2 對箱作業(yè)判斷邏輯

4.3 集裝箱起吊瞬間的慢起控制

在原PLC程序內(nèi)增加“集裝箱起吊上升限速邏輯”(見圖3)，實(shí)現(xiàn)集裝箱起吊后上升1 m范圍內(nèi)自動按全速的20%運(yùn)行，消除高速上升瞬間吊具鎖頭、上架鎖頭、起升鋼絲繩、滑輪、吊具吊架等結(jié)構(gòu)的瞬間沖擊；在大型船舶船艙內(nèi)盲位操作時，起升鋼絲繩收緊瞬間會產(chǎn)生劇烈搖晃，與槽內(nèi)其他結(jié)構(gòu)件或船沿產(chǎn)生刮碰導(dǎo)致起升鋼絲繩受損的現(xiàn)象得到了有效遏制，可最大程度保護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，降低承載強(qiáng)度，延長相關(guān)結(jié)構(gòu)的使用壽命。設(shè)計邏輯為：當(dāng)?shù)蹙咛幱谥?MB000411)狀態(tài)時，在起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行上升(MB002124)操作瞬間，將當(dāng)前的起升高度(MW00230)值保存到臨時寄存器(DL00012)，在上升過程中實(shí)時比較實(shí)際起升高度值與寄存器中數(shù)據(jù)差值并保存到臨時寄存器(DL00014)，差值若小于100(即為1 m)，控制線圈(MB082056)則處于斷開狀態(tài)，其輔助點(diǎn)與起升機(jī)構(gòu)上升(MB002124)一起連鎖到起升機(jī)構(gòu)限速回路，實(shí)現(xiàn)慢速操作。

圖3 強(qiáng)制慢速上升控制邏輯

4.4 裝船作業(yè)安全速度控制

增加裝船作業(yè)安全速度控制邏輯(見圖4、圖5)，裝船作業(yè)時，新貝位的首次起吊作業(yè)設(shè)置為貝位掃描，用于記錄該貝位對應(yīng)的小車位置、槽底起升高度；以每吊箱卸載時的小車位置、起升高度作為下一吊的參考值。將小車位置參考值前后1 m和起升高度參考值+3.5 m(以超高柜高度2.9 m為基礎(chǔ)加上安全距離設(shè)定0.6 m)做為限速區(qū)域，實(shí)時比對小車位置、起升高度，判斷吊具是否在規(guī)定范圍內(nèi)；該貝位隨后連續(xù)作業(yè)的第二吊及以上，在規(guī)定的安全距離范圍內(nèi)則進(jìn)行限速控制。設(shè)計邏輯為：根據(jù)裝船流程，新貝位的首次起吊作業(yè)時僅作為模擬掃描功能，以小車處于海側(cè)(MB002253)、吊具著箱(MB000411)狀態(tài)作為判斷條件，在上升(MB002124)操作瞬間，將當(dāng)前起升高度值(MW00230)、小車位置值(MW00231)分開記錄到寄存器(DL00016、DL00018)中；在隨后的第二吊起計算小車位置偏差(DB000050)不超過1 m，則認(rèn)為目前作業(yè)貝位與上一吊相同，當(dāng)計算實(shí)時起升高度(MW00231)與寄存器(MW00230)數(shù)據(jù)偏差小于3.5 m時，小車位置(DB000050)與起升機(jī)構(gòu)下降(MB002125)一起連鎖到起升機(jī)構(gòu)限速回路(見圖5)，實(shí)現(xiàn)慢速操作。本功能至少可實(shí)現(xiàn)50%以上裝船作業(yè)安全防護(hù)，在資金允許情況下，若能再配置3D掃描系統(tǒng)進(jìn)行船艙內(nèi)全景掃描計算，實(shí)時獲取船艙內(nèi)實(shí)景數(shù)據(jù)，則可實(shí)現(xiàn)100%裝船作業(yè)安全防護(hù)。

圖4 裝船作業(yè)安全速度控制條件運(yùn)算邏輯

圖5 起升限速連鎖

5 結(jié)語

通過配置光電傳感系統(tǒng)以及對系統(tǒng)PLC控制邏輯進(jìn)行升級，可增強(qiáng)裝卸作業(yè)過程的智能防護(hù)功能，有效提升設(shè)備可靠性，延長各機(jī)械結(jié)構(gòu)件的使用壽命。