中国铁路设计集团有限公司 天津 300251
摘要：在铁路行业中，轨道式集装箱门式起重机主要用于集装箱铁路转运场和大型集装箱储运场的集装箱搬卸、搬运和堆放。轨道式集装箱门式起重机场地使用率比较高，设备的整体操作比较简洁快速，集装箱装卸效率相对较高。同时，在该主型机械设备的应用环节中，无须投入较大的维修保养费用，也无须较多的人力投入。门式起重机将电力作为动力，降低噪声，实现无废气排放，具有良好环保性能，各个机构运行速度比较高，以此提高作业效率。轨道式集装箱门式起重机还具有良好定位能力，若门式起重机远程自动化控制系统，可实现设备的远程自动化控制。
关键词：集装箱门式起重机；自动化控制
0引言
与公路运输、航空运输等运输方式相比，铁路运输凭借覆盖面广、运输量大、运费较低、速度较快、能耗较低、安全性高等优势，在我国交通运输中占据着重要位置。集装箱铁路运输具有安全、节能、环保等优势，可与其他运输方式密切配合，实现全程运输服务，因此，集装箱运输逐渐成为铁路货运的主要发展方向。
1.轨道式集装箱门式起重机远程自动化控制的优势
传统铁路集装箱装卸流程基本可以分为三步：首先，将抵达站场内的集装箱从列车/集卡上卸下；其次，将集装箱在指定位置完成堆放；最后，将站场内的集装箱装车至指定集卡/列车上。整个过程全部人工操作，装卸任务则是通过集装箱场站管理系统或调度人工安排。传统的集装箱装卸流程作业效率和自动化程度低，且需要大量的人员在货场内对设备进行操作。
轨道式集装箱门式起重机自动化控制系统利用远程自动化控制技术，把起重机上的司机室复制到远程中控室，既可以实现自动化操作，也可以使在远程中控室的司机通过摄像头代替人眼，进行远程手动操作，减少场内操作人员，使装卸作业更加安全。
随着我国经济的高速增长，全国铁路货运的总发送量逐年增加，为加快集装箱铁路运输发展，按照国家“十一五”规划，全国将建成18个铁路集装箱中心站，并以18个物流中心为节点建立形成集装箱铁路运输现代化场站网络。铁路集装箱中心站均位于我国主要经济中心和交通枢纽，是连接铁路装卸线与作业区的站点。“铁路集装箱中心站运营模式研究”一文中提到，中心站的发展过程可以分为三个阶段：起步阶段、成长阶段和成熟阶段。当前所有中心站都仍处于起步阶段，而该阶段的工作重心之一是努力提高装卸效率。轨道式集装箱门式起重机远程自动化控制系统可实现对集装箱装卸作业系统的优化配置，作业任务实时动态分配，有效利用场地机械设备资源，提高集装箱装卸的作业效率，减少起重机的待机时间及集装箱卡车的等待时间等，进一步降低能耗，提高节能减排效果。同时，远程自动化控制作业可节约人力资源，由一对一的人机配置到一对多的人机配置，大幅缩短起重机操作司机无作业指令的等待时长，提高起重机利用率。
2.自动化技术在轨道式集装箱门式起重机上的应用
自动化轨道式集装箱门式起重机是自动化集装箱堆场作业的主要作业设备，负责集装箱装卸工作。轨道式集装箱门式起重机的远程自动化控制系统主要由中控系统、通信系统、定位系统、视频语音系统及安全保护系统组成。
2.1中控系统
中控系统主要由远程操作中心及起重机自动控制系统等系统组成。中控系统是实现集装箱堆场远程控制的核心。铁路物流中心TOS系统负责提供作业指令信息，中控系统与TOS系统进行信息交互后，结合拖车定位信息和列车车厢定位信息，分配作业指令到起重机自动控制系统。自动控制系统解析具体作业指令后，发送作业指令到远程控制中心及相应起重机的远控PLC系统，PLC系统完成大车、小车、起升的自动行走、定位，进一步完成抓放箱动作，实现集装箱门式起重机的远程自动化控制。
2.2通信系统
远程通信方式主要分为有线通信和无线通信两种。
有线通信采用地面光纤作为传输介质，无线通信可采用裂缝波导管等非接触方式建立设备与其它系统间的联系。
2.3定位系统
集装箱门式起重机机构定位系统主要包括大车定位系统、小车定位系统和起升定位系统。只有定位系统可靠运行，集装箱门式起重机的三大机构停车位置准确，才能放心的让设备自动运行，并且在切换到人工作业时，不需要过多的调整。大车、小车及起升机构的定位可采用磁钉定位、格雷母线定位、激光测距定位、条码定位、编码器定位或者GPS定位等技术实现。
集卡车辆定位可以利用2D 激光扫描仪协助完成。当集卡车进入扫描范围内，激光扫描仪探测出集卡底盘或集装箱后边缘位置，并将测量的数据实时发送给集卡定位系统，集卡定位系统处理器开始数据运算和逻辑判断，将实时信息转换成箭头和数字的形式通过LED 显示屏指引司机调整集卡位置。当集卡车辆需要向前移动时，显示屏显示绿色箭头，中间数字部分会显示距离目标位置的实际距离。当集卡车辆需要向后移动时，显示屏显示红色箭头，中间数字部分会显示距离目标位置的实际距离。当车辆到达目标位置时，所有箭头灯熄灭，集卡定位系统发送车辆达到指令给设备主控程序，主控程序将继续执行提箱或收箱工作。
2.4视频语音系统
视频系统主要由各类摄像机及视频软件等组成。视频系统可以协助远控操作人员进行集装箱的抓、放箱等手动操作。在远程中控室，起重机操作司机可以借助大车主视角视频、小车主视角视频、吊具视频、车道辅助视频等协助完成远程手动操作。
语音系统主要包括对讲终端、功放、拾音器和扬声器等设备。集卡司机可通过高清拾音器与综合楼控制室操作员交流，实现远控操作中心与堆场装车道司机的双向交流。
2.5安全保护系统
安全保护系统主要包括大车防撞保护系统、集卡防吊起保护系统、吊具防摇系统、联锁保护、急停开关等。
起重机大车自动运行时，大车防撞保护系统可以在大车运行方向通道有障碍物时控制大车自动减速并停止运行。大车防撞保护系统利用激光测距方法及软件上的防撞设置，避免龙门吊在大车行走过程中与相邻设备发生碰撞。
当起重机将集装箱从集卡上吊起的时候，如果底板的集装箱卡锁没有完全打开，集卡将会被一起吊起，为了防止这种情况，需要在在起重机上安装集卡防吊起保护系统。集卡防吊起保护系统中的激光扫描装置安装在起重机下横梁中间位置，防止外拖未完全解除锁扣，同时，装车位置的摄像头也可以用于视频辅助监视。在集卡防吊起保护系统工作后，相应的机构切断上升动作。
集装箱门式起重机作业时，集装箱吊具在小车运行方向会产生较大幅度的摇摆，严重影响了起重机的作业效率。在吊具防摇系统的干预下，小车从全速运行到完全停止的工况下，吊具摆动一个周期内，集装箱最大摆动幅度可以控制在±80mm以内，并趋于静止，吊具能顺利下放到目标位置。
3.结束语
伴随着铁路货物运输的发展，铁路集装箱运输成为主要的运输形式，轨道式集装箱门式起重机也成为铁路集装箱装卸的主要装卸设备之一。实现轨道式集装箱门式起重机的远程自动化控制，可以将设备场地使用率高、具有良好定位能力、具有良好环保性能、维修保养费用较低及作业效率较高的特点充分发挥出来，使作业水平得到提高。
参考文献：
[1] 吕建钢.轮胎式集装箱门式起重机小车啃轨现象的探究[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（33）：
[2] 朱河.轨道式集装箱门式起重机的技术改进设计[J].科技与创新，2019，（14）
作者简介：
孙永岩 男1990年2月出生 汉族 天津人，硕士研究生 助理工程师。研究方向：铁路装卸自动化技术