贝加莱控制技术在洋山港四期全自动化码头的应用

• 关键词：贝加莱,扭矩控制技术
• 摘要：洋山港四期目前已经完成调试的首批10台桥吊、40台轨道吊、50台AGV（Automated Guided Vehicle），根据规划洋山四期最终将配置26台桥吊、120台轨道吊、130台AGV。依靠这些智能设备，洋山四期码头作业区域实现了无人化自动装卸。

洋山港四期目前已经完成调试的首批10台桥吊、40台轨道吊、50台AGV（Automated Guided Vehicle），根据规划洋山四期最终将配置26台桥吊、120台轨道吊、130台AGV。依靠这些智能设备，洋山四期码头作业区域实现了无人化自动装卸。

贝加莱提供了首批设备的10台桥吊PC控制器和50台AGV导航控制器，洋山港四期自动化码头系统概览：

*QC：基于APC-910的ACCS方案

APC910作为桥吊（Quay Crane）系统的单机智能控制器，运行着QCMS（Quay Crane Management System）系统和ACCS（Automatic Crane Control System）实时控制系统，连接着上层设备控制系统（Equipment Control System，ECS）和底层电控（西门子PLC+驱动器），起着单机主控大脑的关键作用。

贝加莱为其自动化系统引入一个新的解决方案

贝加莱为其自动化系统提供了一个新一代的解决方案。该解决方案允许Windows或Linux与贝加莱自己的实时操作系统（Runtime）并列运行，使工业PC同时兼具实时控制器和运营服务器的双重功能，将预处理数据通过OPC UA发送到上位系统和云端。

两个操作系统并存在一台设备上

虚拟网络

该解决方案提供虚拟网络连接，允许应用程序在操作系统之间交换数据。就像通常的以太网接口一样，这里的数据交换使用的是标准网络协议。使用一块未分配给任一操作系统的预留内存区域，用来数据交换，以替代电缆的功能。

最大柔性

用户可以在贝加莱的Automation Studio软件开发环境中配置该解决方案，并分配硬件资源。该监管软件的配置是针对每个系统分别定义的，这样一来，就为资源的利用提供最大的柔性。

*AGV：基于X20CP1586的导航控制方案

AGV是自动化码头里面亮点和特色，是整个自动化码头里面最能体现智能化和无人化的一部分，在计算机指令控制下，40多米高的桥吊会伸出长臂，准确锁住集装箱，将它们从船上抓起再放到AGV自动导航卡车上，装卸精度以毫米计，装好集装箱的AGV自动导航卡可实现无人驾驶、自动导航、路径优化、主动避障，它的导航仪就是地下埋着的61483枚磁钉，这些磁钉信号正是通过安装在AGV上的天线跟贝加莱X20CP1586实时通讯。

这些精确的定位和自动导航正是使用了贝加莱的X20CP1586控制器。作为运行核心算法的导航控制器，也是AGV电控系统的眼睛和大脑，通过无线网络接收来自中控VMS（Vehicle Management System）的任务指令，采集本地环境位置信息，根据远程指令，规划最优路线，驱动底层电控，到达指定位置，贝加莱控制系统的稳定性关系到整个自动化码头系统的成败。

开放的自动化解决方案平台

贝加莱的Automation Studio软件开发平台拥有模块化架构和组织的编程环境，为AGV提供了更加强大的开发能力，集成标准的IEC 61131-3语言和完美的C/C++语言使得智能设备开发具有更大的灵活性。

Automation Studio中的现场总线设备被添加了相应的现场总线接口，可以像I/O模块一样进行配置，导入功能为导入各个供应商的设备描述提供了统一的接口（GSD，EDS等），在AGV小车中使用了很多的现场总线协议，都可以毫不费力的集成进来。

针对AGV上许多第三方网络设备，包括跟中控ECS（Equipment Control System）的网络通讯，Automation Studio提供Ethernet TCP/UDP通信库，用户可以通过它创建他们自己的基于TCP/UDP的协议。

由于AGV属于移动设备，加上无人化码头的需求，远程访问和远程诊断诊断功能必不可少。Automation Studio提供了广泛的诊断工具用于读取系统信息和优化系统，借助系统诊断管理器可以通过标准的Web访问读取广泛的目标系统信息。并支持多种主流网络协议（FTP/VNC/HTTP），实现从文件到HMI（Human Machine Interface）的远程操作。

基于模型的导航控制算法开发

在工业物联网时代，建模、仿真和虚拟调试等概念正在迅速成为自动化技术开发过程中的标准程序。无缝联网的开发工具、前所未有的灵活性和高效的资源管理，都有助于优化开发流程，使项目更快得以实施和运行。

Automation Studio Target for Simulink为MATLAB/Simulink自动代码生成到贝加莱目标系统提供了一个接口。MATLAB®/Simulink®和Automation Studio仿真和开发工具使您从开发模型到生成高质量的程序代码仅需花费几分钟时间。支持C、C++和结构文本（IEC 61131-3中指定的）语言。使用MATLAB®和Simulink®的基于模型开发不仅提高了生产质量，而且还缩短了开发时间。

基于洋山港四期自动化码头工程的庞大及复杂性，在设计调试AGV导航算法时，Automation Studio软件开发平台实现了虚拟调试环境，可以通过TCP/IP将目标系统连接到Simulink模型，并在运行时双向交换数据。数据可以直接在Simulink模型中提供给目标系统（例如，使用 “范围”或“显示”）或从Simulink模型中写入目标系统（例如，使用Simulink“增益”或“常量”块）。

随着集装箱船的大型化，集装箱码头面临吞吐量急剧增加的巨大压力。加之劳动力成本增加和劳动力资源匮乏，以及环保理念深入人心，高效节能的自动化码头成为发展趋势，而科学技术的进步则为自动化码头的发展带来了新的机遇。

洋山港四期也是全球综合自动化程度最高的码头，之所以决定要把洋山港四期建成全自动化码头，是因为这里的集装箱泊位长度是2350米，而宽度只有500米。对于传统码头来说非常狭窄，如果按照传统方式，最大作业能力也就只有500万标准箱，而如果设计成为无人码头，则吞吐量可以提升25%，达到630万标准箱。

海侧的岸桥全部是自动化远程操控，在陆侧使用的轨道吊也实现了自动着箱，海侧轨道吊全部是双箱自动化轨道吊，自动化双箱轨道吊，配合自动化双箱岸桥作业，可尽快释放岸线空间，提高码头的使用率，能够提升50%的工作效率，洋山港四期作业效率将来会达到40箱/小时，远超人工码头的作业效率，实现减少70%的人工。

洋山港四期还在亚洲港口中首次自动导引车（AGV，Automated Guided Vehicle）自动换电系统，按照设计，更换电池全程只需6分钟，电池充满电仅需2小时，整个充电过程零排放，可节省能耗40%以上。

此外，自动化码头还能24小时不间断作业，保证操作工人人身安全，工作环境也得到极大改善。

关于贝加莱

贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业，2017年7月，贝加莱成为ABB集团全球机器与工厂自动化业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者，贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力，为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。通过工业物联网通信标准如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及贝加莱强大的Automation Studio软件开发环境，贝加莱不断重新定义自动化工程的未来。贝加莱保持持续的创新精神，为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。