毕业设计（论文）现代化港口码头集装箱智能化堆场系统设计

1、摘 要 集装箱码头装卸工艺是指在集装箱从卸船到离港与从进港到装船的搬运过程中采用 的工艺流程、装卸搬运机械类型及其相互配合作业的方式。为适应集装箱吞吐量快速增 长的需要和集装箱船舶大型化的趋势，进一步缩短船舶停泊时间，降低码头、船东及货 主的单箱成本，国内外港口在装卸船作业系统、水平运输作业系统和堆场作业系统方面 积累了丰富经验。但是作为自动化码头，上述3个系统之间是相互关联的，每一部分的运 行都影响着其他部分的正常工作，单个环节效率的提高对码头工作效率提高的影响并不 显著。因此，本设计提出在集装箱装卸上采用双小车装卸集装箱，在水平运输上用智能 化小车来代替集装箱卡车运输集装箱，在堆场作业上采

2、用优化管理方法进行自动分流， 从而对三个部分效率的提高都有促进作用，全面实现码头自动化作业。同时，本设计针 对起重机提出了基于超级电容的控制系统，既可以减少废弃的排放，又能够储存集装箱 下放过程中产生的位能，供起重机起吊重物时使用，进一步实现了自动化码头的高效节 能。 本设计集装箱自动化码头智能化堆场进行了自动化码头的规划设计，对集装箱自动 化码头物流系统进行了规划设计。在与常规码头进行比较分析的基础上，提出了一种新 的集装箱装卸工艺方案，系统由岸桥、自动导引小车和自动堆跺起重机组成，并规划了 码头平面布局，指出其系统特点和作业流程，分析了自动化码头agv调度原理和调度规则， 研究了码头内交通

3、规则和车辆冲突解决办法，设计了agv的逻辑控制，对集装箱自动化码 头的设计原则和评价标准进行了深入地分析与探讨。 本设计针对当今自动化码头存在的作业效率和稳定性不够理想的状况，就大幅提高 自动化码头作业系统的效率、工作可靠性和营运经济性的技术路线，介绍国内自主研发 的全轨道式新型集装箱自动化码头的装卸工艺方案。探讨了适用于集装箱自动化码头应 用的相关技术，包括agv的定位导航、车载控制、管理以及通信系统等。探讨的工作将为 自主研究agv及其管理控制软件提供帮助。 关键词:集装箱码头;装卸工艺系统;agv;超级电容 abstract container terminal handling tec

4、hnology refers to the departure and unloading containers from inbound to the shipment from the removal process used in the process, and material handling machinery types and their interaction with the operating mode. to meet the needs of rapid growth in container throughput of large container ships

5、and the trend to further reduce the vessel berthing time, reduce the terminal, the owner and the owner of the single-box costs, domestic and foreign ports in handling vessels operating system, the level of transport operating system and stack field operating system has accumulated rich experience. b

6、ut as the automated terminal, the three systems are interrelated, each affecting the operation of all other parts of the normal work of a single part to improve the efficiency of the work efficiency of the terminal effect is not significant. therefore, the program proposed in the container handling

7、trolley loading and unloading containers on a double in the level of transportation use the smart car to replace the container trucks, shipping containers, in the yard working on the optimization of management methods used to automatically divert to the efficiency of the three parts increase has sti

8、mulated the full realization of terminal automation. at the same time, the program proposed for the crane control system based on super-capacitor can not only reduce waste emissions, but also be able to store containers generated in the process of decentralization of potential energy for the crane u

9、sed when lifting heavy objects, and further automated terminal energy efficient . the design of automatic container terminal in the intelligent reading of the literature and to the port container yard based on research carried out planning and designing automated terminal, container terminal logisti

10、cs automation system was planning. in comparison with conventional terminals based on the analysis, a new container handling technology programs, the system by the quay crane, automatic guided vehicles and automatic heap duo crane composition and layout plan of the terminal that the system character

11、istics and processes, analyzes the principle of automatic terminal agv dispatching and scheduling rules, of the terminal and vehicle traffic conflict resolution, designed the agv control logic, automated container terminal on the design principles and evaluation standards for in-depth analysis and d

12、iscussion . the design of the development of foreign container terminal automation and main technical features of the existing terminal automation for todays operational efficiency and stability of less than ideal conditions, the substantial increase in the efficiency of automated terminal operating

13、 system, operational reliability and operating economy of technical line, introducing the whole track the domestic self-developed new type container terminal automation handling technology. of automated container terminals applicable to the application of relevant technologies, including the agv nav

14、igation system, vehicle control, management and communication systems. work will be independent of its management of agv control software to help. keywords: container terminal; handling technology system; agv; super-capacitors 目 录 摘要. abstract. 1 绪 论.(1) 2 基于超级电容的节能设计与装卸作业系统 2.1 基于超级电容的节能设计.(3) 2.1.

15、1 设计概述.(3) 2.1.2 系统工作原理.(4) 2.1.3 电路设计.(6) 2.2 双小车装卸作业系统.(7) 3 集装箱装卸工艺系统优化设计 3.1 工艺系统概述.(9) 3.2 装卸工艺研究.(9) 3.3 研究对象.(9) 3.3.1 装卸工艺的基本内容.(10) 3.3.2 装卸工艺过程的分析.(10) 3.4 目前典型的集装箱码头装卸工艺系统(10) 3.4.1 装卸桥-轮胎式龙门起重机的工艺流程.(11) 3.4.2 装卸桥-轮胎式龙门起重机工艺设计的主要优点.(11) 3.4.3 装卸桥-轮胎式龙门起重机工艺设计的主要缺点.(11) 3.4.4 装卸桥-轮胎式龙门起重机

16、工艺设计使用的码头.(11) 3.5 上海港集装箱码头装卸工艺系统分析.(12) 3.5.1 工艺流程.(12) 3.5.2 机械配备情况分析 .(12) 3.5.3 牵引车挂车.(13) 3.5.4 空箱堆高车.(13) 3.5.5 正面吊.(14) 3.5.6 堆场情况分析.(14) 3.5.7 堆场利用率.(15) 3.6 上海港集装箱装卸工艺系统的革新.(16) 3.6.1 传统工艺系统.(17) 3.6.2 新智能化装卸工艺系统.(18) 3.6.3 装卸工艺革新后的效率比较.(21) 本章小结.(22) 4 新型集装箱自动化码头装卸工艺设计 4.1 新型集装箱自动化装卸工艺技术设计

17、.(23) 4.1.1 码头装卸船作业.(23) 4.1.2 集装箱水平运输.(24) 4.1.3 垂直布置的集装箱堆场.(24) 4.2 新型集装箱自动化装卸工艺流程.(25) 4.3 新型集装箱自动化装卸工艺的主要特点.(25) 4.4 新型集装箱自动化装卸工艺设计的计算机仿真模拟.(26) 本章小结.(27) 5 自动导引水平运输系统 5.1 自动导引小车的定位.(28) 5.2 自动导引小车的水平运输.(29) 5.3 自动化集装箱码头中的 agv 技术.(30) 5.3.1 agv技术介绍.(30) 5.3.2 基于agv的集装箱水平自动化运输过程及相关技术探讨.(30) 本章小结.

18、(33) 6 堆场作业 6.1 堆存优化分析.(34) 6.2 堆场装卸机械作业调度优化分析.(35) 6.3 堆场管理系统优化分析.(36) 6.4 plc 控制系统的实现.(37) 7 总结与展望.(38) 谢辞.(41) 参考文献.(42) 附录 a 工程图.(43) 附录 b 英文翻译原文部分.(46) 附录 c 英文翻译译文部分.(50) 摘 要 集装箱码头装卸工艺是指在集装箱从卸船到离港与从进港到装船的搬运过程中采用 的工艺流程、装卸搬运机械类型及其相互配合作业的方式。为适应集装箱吞吐量快速增 长的需要和集装箱船舶大型化的趋势，进一步缩短船舶停泊时间，降低码头、船东及货 主的单箱成

19、本，国内外港口在装卸船作业系统、水平运输作业系统和堆场作业系统方面 积累了丰富经验。但是作为自动化码头，上述3个系统之间是相互关联的，每一部分的运 行都影响着其他部分的正常工作，单个环节效率的提高对码头工作效率提高的影响并不 显著。因此，本设计提出在集装箱装卸上采用双小车装卸集装箱，在水平运输上用智能 化小车来代替集装箱卡车运输集装箱，在堆场作业上采用优化管理方法进行自动分流， 从而对三个部分效率的提高都有促进作用，全面实现码头自动化作业。同时，本设计针 对起重机提出了基于超级电容的控制系统，既可以减少废弃的排放，又能够储存集装箱 下放过程中产生的位能，供起重机起吊重物时使用，进一步实现了自动

20、化码头的高效节 能。 本设计集装箱自动化码头智能化堆场进行了自动化码头的规划设计，对集装箱自动 化码头物流系统进行了规划设计。在与常规码头进行比较分析的基础上，提出了一种新 的集装箱装卸工艺方案，系统由岸桥、自动导引小车和自动堆跺起重机组成，并规划了 码头平面布局，指出其系统特点和作业流程，分析了自动化码头agv调度原理和调度规则， 研究了码头内交通规则和车辆冲突解决办法，设计了agv的逻辑控制，对集装箱自动化码 头的设计原则和评价标准进行了深入地分析与探讨。 本设计针对当今自动化码头存在的作业效率和稳定性不够理想的状况，就大幅提高 自动化码头作业系统的效率、工作可靠性和营运经济性的技术路线，

21、介绍国内自主研发 的全轨道式新型集装箱自动化码头的装卸工艺方案。探讨了适用于集装箱自动化码头应 用的相关技术，包括agv的定位导航、车载控制、管理以及通信系统等。探讨的工作将为 自主研究agv及其管理控制软件提供帮助。 关键词:集装箱码头;装卸工艺系统;agv;超级电容 abstract container terminal handling technology refers to the departure and unloading containers from inbound to the shipment from the removal process used in the p

22、rocess, and material handling machinery types and their interaction with the operating mode. to meet the needs of rapid growth in container throughput of large container ships and the trend to further reduce the vessel berthing time, reduce the terminal, the owner and the owner of the single-box cos

23、ts, domestic and foreign ports in handling vessels operating system, the level of transport operating system and stack field operating system has accumulated rich experience. but as the automated terminal, the three systems are interrelated, each affecting the operation of all other parts of the nor

24、mal work of a single part to improve the efficiency of the work efficiency of the terminal effect is not significant. therefore, the program proposed in the container handling trolley loading and unloading containers on a double in the level of transportation use the smart car to replace the contain

25、er trucks, shipping containers, in the yard working on the optimization of management methods used to automatically divert to the efficiency of the three parts increase has stimulated the full realization of terminal automation. at the same time, the program proposed for the crane control system bas

26、ed on super-capacitor can not only reduce waste emissions, but also be able to store containers generated in the process of decentralization of potential energy for the crane used when lifting heavy objects, and further automated terminal energy efficient . the design of automatic container terminal

27、 in the intelligent reading of the literature and to the port container yard based on research carried out planning and designing automated terminal, container terminal logistics automation system was planning. in comparison with conventional terminals based on the analysis, a new container handling

28、 technology programs, the system by the quay crane, automatic guided vehicles and automatic heap duo crane composition and layout plan of the terminal that the system characteristics and processes, analyzes the principle of automatic terminal agv dispatching and scheduling rules, of the terminal and

29、 vehicle traffic conflict resolution, designed the agv control logic, automated container terminal on the design principles and evaluation standards for in-depth analysis and discussion . the design of the development of foreign container terminal automation and main technical features of the existi

30、ng terminal automation for todays operational efficiency and stability of less than ideal conditions, the substantial increase in the efficiency of automated terminal operating system, operational reliability and operating economy of technical line, introducing the whole track the domestic self-deve

31、loped new type container terminal automation handling technology. of automated container terminals applicable to the application of relevant technologies, including the agv navigation system, vehicle control, management and communication systems. work will be independent of its management of agv con

32、trol software to help. keywords: container terminal; handling technology system; agv; super-capacitors 1 1 绪论绪论 1.11.1 设计概述设计概述 众所周知，集装箱运输在世界贸易中起着举中轻重的作用，集装箱运输的快速发展 正在改变世界港口、船舶、航道和装卸工艺的传统格局，为促进全球经济一体化提供了 重要条件。而全球经济一体化步代的加快也促进了集装箱运输船舶的大型化，对集装箱 码头装卸系统也提出了相庆的要求。 集装箱码头是海陆联运的枢纽。集装臬码头装卸工艺是指在集装箱从卸船到离港与 从进港

33、到装船的搬运过程中采用的工艺流程、装卸搬运机械类型及其相互配合作业的方 式。集装箱码头相对于一般杂货最突出的优点是作业的高效性，而装卸工艺是码头高效 作业的保证。集装臬装卸工艺的选择要根据码头具体情况而定，但一般来说集装自卸船 时会通过装卸起重机将船上的集装箱吊起，然后卸到码头，再参赛过集装箱卡车将卸下 来的集装箱水平运输到堆场，在堆场内按照货物的种类、重量和要求进堆放。集装箱装 船的过程与卸船相反。由此可见，集装箱码头装卸工艺系统是由装卸船作业、水平动输 作业和堆场作业 3 部分组成的。图 1.1 是传统集装箱装卸系统的工作流程图。 集装箱轮船岸桥起重机集装箱卡车 现场调度缓冲平台堆场 起吊

34、中转平台 水平运输 龙门起重机 图 1.1 传统集箱装卸系统的工作流程图 现在大多数码头的装卸作业仍以传统的劳动密集型作业为主，整个装卸作业主要以 人工操作为主，自动化程度低。从轮船装卸集装箱的起重机是单小车单吊具的集装箱起 重机，需要司机操作控制装卸作业，吊具来回的空车时间较多，严重景响着装卸效率。 集装箱卡车在码头和堆场之间的水平动输往往对操作人员的要求较高，集装箱卡车返回 时的空车对能源利用效率的影响较大。在集装箱卡车进入堆场时，需要调度员对卡车进 行调度，合理分流集装箱进行堆放，工作效率不高，越来越不适应大型集装箱轮船的装 卸。此外，集装箱码头装卸系统中的主要能耗大户起重机通常是用柴油

35、发电机供电 的，在起吊集装箱的过程中由于负载较大，发电机常常处于过负荷状态。这将使得柴油 发电机排气管冒黑烟，不公污染环境，而且严重影响发电机的使用寿命。另一方面，在 下放集装箱的过程中有一定的重力势能，这部分势能直接转化成电能回馈给电网，这将 引起变频器直流母线产生泵升电压，因此，通常采用电阻箱吸收这部能量，使其以热能 的形式散发掉，但这样不利于能源的高效利用。 为适应集装箱吞吐量快速增长的需要和集装箱船舶大型化的趋势，进一步缩短船舶 停泊时间，降低码头、船东及货主的单箱成本，国内外一些港口都在装卸工艺方面进行 了探索，在装卸船作业系统、水平运输作业系统和堆场作业系统方面积累了丰富的经验。

36、但是作为自动化码头，上述 3 个系统之间是相互关联的，每一部分的运行都影响其他部 分的正常工作，单个环节效率的提高对码头工作效率提高的影响并不显著。因此，本设 计提出在集装箱装卸上采用双小车装卸集装箱，在水平运输上用智能化小车来代替集装 箱卡车运输集装箱，在堆场作业上采用优化管理方法进行自动分流，从而对 3 个部分效 率的增高都有促进作用，全面实现码头自动化作业。同时，本设计针对起重机提出了基 于超级电容的控制系统，既可以减少废气的排放，又能够储存集装箱在下放过程中产生 的位能，供起重机起吊物进使用，进一步实现了自动化码头的高效节能。图 1.2 为采用本 设计的集装箱自动化码头装卸系统的工作流

37、程图。 集装箱轮船岸桥小车1岸桥小车2 速度 速度 小车 位置压力 小车 位置 压力 缓冲平台超级电容堆场 起吊中转平台 水平运输 轨道监测模块1 轨道监测模块2 龙门起重机环保节能 图 1.2 自动化码头装卸系统的工作流程图 1.21.2 本次设计的目的和意义本次设计的目的和意义 在全球经济一体化的现代社会，各国之间的贸易活动越来越多，相应的集装箱运输 业也越来越发达，因此，码头自动化装卸系统的研究对促进社会经济发展有着重大意义。 在经济方面考虑，大型集装箱轮船的诞生可以减少运输成本，增加运输的安全性，适应 跨国公司的大运输量。自动化码头的投入可以解放大量的劳动力，并极大地提高工作效 率和能

38、源使用效率。虽然自动化码头的先期投入成本较大，但从长远利益考虑，利大于 弊。 从社会发展方面考虑，自动化码头的研究需要各方面专业人员共同参与，从而可以 培养和锻炼这方面专业人才。我国港口产业处于世界领先地位，自动化码头的成功研制 有利于增强我国制造业的科技实力，增强我国的综合国力。从科技发展方面考虑，自动 化码头的研究需要各方面专业人员共同参与，从而可以培养和锻炼这方面的专业人士。 我国港口产业处于世界领先地位，自动化码头的成功研制有利于增强我国制造业的科技 实力，增强我国的综合国力。 2 2 基于超级电容的节能设计与装卸作业系统基于超级电容的节能设计与装卸作业系统 2.12.1 基于超级电容

39、的节能设计基于超级电容的节能设计 2.1.1 设计概述 超级电容是一种能蓄和瞬时充放电的特殊电容，它之所以有巨大的电容量，是由于 超级电容是以将电荷分开的方式储存能量的。储存电荷的面积越大，电荷被隔离的距离 越小，电容量越大。超级电容采用多孔碳基电极材料来储存电荷，这种材料的多孔结构 使它每克重量的表面积可达 2000。而超级电容中电荷分隔的距离是由电解质中离子的 大小决定的，其值小于 10（1= m） 。巨大的表面积加上电荷之间非常小的距离，使得 超级电容有很大的电容量。一个超级电容的电容量，可以从 1f 至几千法。 本系统正是利用超级电容快速充放电的特性来节能的，当下放重物时，电动机工作

40、在反向转动状态下，因此电动机作为发电机运行，可通过回馈制动的方式将电能回馈到 超级电容中。在直流母线端设计超级电容，把集装箱下放过程中的势能收集起来，在下 一次提升集装箱的过程中补充柴油发电机的供电，减少其负荷。这样既可以回收集装箱 的势能，又可以解决柴油发电机冒黑烟的问题，从而达到节能环保的目的。传统堆场起 重机和采用超级电容的起重机的工作流程对比如图 2.1 所示。 柴油发电机 三相交流电经 变频器后传输 给交流电动机 负载转矩过大， 使得转速过低， 柴油发电机 过负荷运行 柴油发电机冒黑 烟，污染环境，缩 短寿命 外接电阻以能 耗制动形式降 低泵升电压 直流母线端产 生泵升电压 集装箱下

41、放 （a）传统堆场起重机工作流程 集装箱下放 电动机处于 回馈制动状 态 直流母线端 超级电容储 能 超级电容补 充供电 集装箱起吊 柴油发电机 供电 (b)采用超级电容的起重机工作流程 图 2.1 起重机工作流程对比图 在三相电动机工作过程中，当转差率 s0 时，电动机工作在提升重物阶段，此时转 子转速略小于同步转速；当下放重物时，由于位能负载作用，转子转速高于同步转速， 负载转矩为负，异步电动机由轴上输入机械功率。回馈制动时，异步电动机的机械特性 工作在第四象限，当电动机的制动转矩与负载位能转矩平衡时，电动机立即稳定运行。 异步电动机通过电磁感应由定子向超级电容输送电功率，处于发电状态。

42、本系统设计中考虑到，由于一般单个超级电容的耐压为 1.8v，为了达到 680700v 的耐压，可将 450 个超级电容串联起来形成一个具有一定耐压的大电容。系统将此电容 同主回路连接在一起，通过两个 igbt 和续流二极管的并联，形成相反方向的一对降压斩 波电路和升压斩波电路。在重物下降过程中，电动机作为发电机运行的回馈制动状态必 然使直流母线上蝗电压升高，当该电压升高到一定值时，通过电压互感器检测，触发降 压斩波电路中的 igbt，再由降压电路将电能回送到并联的 igbt 中。在提升重物时，若直 流母线电压过低，则通过电压互感器将超级电容中储存的电能释放出来，然后通过升压 电路提供给直流母线

43、，与发电机产生的电能一起用来提升重物。这样在起重机起升电机 的直流母线端通过升、降压斩波电路就实现了超级电容的充放电。 2.1.2 系统工作原理 图 2.2 为采用超级电容的系统工作原理，超级电容通过双向双重 dc/dc 变换器与变 频器的直流母线相连，由单片机控制，产生 pwm 信号，驱动双向双重 dc/dc 变换器， 实现大电流快速充放电。针对充电与放电的特性不同，母线电压和电容电压也是时变参 数，可采用不同的优化控制策略。 图 2.2 采用超级电容的系统工作原理图 双向双重 dc/dc 变换器的作用是将超级电容的充、放电电路合二为一进行储能和释 能控制。图 2.3 所示为非隔离型 buc

44、k-boost 双向双重 dc/dc 变换器，可作为超级电容的 储能变换装置。每套电路采用一个电感实现双向变换中的储能，减少了占装置主要重量 的电感的重量，该 dc/dc 变换器为双向双重结构，由 vt1、vd1、vt2、vd2 及 l1 构 成一套双向变换电路，其中由 vt1 控制降压变换，vt2 控制升压变换；由 vt3、vd3、vt4、vd4 及 l2 构成另一套双向变换电路，其中由 vt3 控制降压变换； vt4 控制升压变换。两套电路采用双重化工作模式并联运行。功率开关器件 igbt 均采用 rcd 缓冲电路。当降压工作时，在 vt1、vd1、vt2、vd2 及 l1 构成的双向变换

45、电路中， vt2 截止，vt1 以 pwm 方式工作，变换器处于降压工作状态。此时，直流母线的电能 通过 vt1 对超级电容充电，因此，处于降压工作状态的变换器等效于降压变换器，相应 的电压变换关系为： （式 2-1） d c u u 式中：为直流母线电压，为超级电容端电压， 为 vt1 信号的占空比。当升 d u c u 压工作时，在上述电路中，vt1 截止，vt2 以 pwm 方式工作，变换器处于升压工作状 态。此时，超级电容的电能通过 vd2 对直流母线放电，释放能量。因此，处于升压工作 状态的变换器等效于升压变换器，相应的电压变换关系为： = （式 2-2） c d u u 1 式中：

46、为直流母线电压，为超级电容端电压， 为 vt2 的升压比（=1-） 。 d u c u 图 2.3 为双向双重 dc/dc 变换器工作原理图。图 2.4 和图 2.5 所示分别为单片机控制回路 的组成和单片机控制系统的结构。 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:18-may-2010sheet of file:f:program filesdesign explorer 99 seexampleshewei业业业.ddbdrawn by: vd1 vd2 l1 l2 vt2 vt4 vt1 vt3 vd4

47、vd3 uc u 直 流 母 线 d 图 2.3 双向双重 dc/dc 变换器工作原理图 柴油发电机 单片机控制电路 超级电容 整流电路 电动机 超级电容主回路 逆变 电路 变频器直 流母线 控 制 采 集 图 2.4 单片机控制回路的组成 双向 dc/dc 变换器 驱动电路 pwm控制 电流调节 电压调节 负载 采 样 保 持 器 电流检测 电压检测 uiuo ug 图 2.5 单片机控制系统的结构 2.1.3 电路设计 如图 2.6 所示，一个 igbt 和一个续流二极管配合使用，再加上旁路阻容吸收设备， 这样就构成了升压或降压斩波电路的一个开关。阻容吸收的作用是这样的：当相应的 igbt

48、 关闭时，续流二极管工作，电源将不可避免地与二极管形成通路，系统设计了阻容 吸收设备后，电容就可以与续流二极管形成回路。在所设计的电路中有两组这样的开关， 分别起到了升压和降压的作用。 图 2.6 igbt 及其续流二极管 现在来分析一组开关的开关过程。现将一组中的两个 igbt 分别标为 t1-1 和 t1-2， 则另外一组为 t2-1 与 t2-2，如 2.6 所示。当下放重物时，电动机反转，并且回馈制动， 此时 in 端输入电能。当电流经过直线母线时，直流母线上产生了较高的电压，可能达到 600v 左右。位于直流母线上的电压互感器 ta1-1 检测到该电压后，控制器产生脉冲信号， 控制

49、t1-1 工作。这时 t1-2 处于常通状态。当 t1-1 开通进，负载端电压为直流母线上的 电压 u，而 t1-1 关断时，负载端电压为零（此为降压斩波过程） ，此时能在集装箱下降时 持续地给超级电容充电。 同理，当提升集装箱时，直流母线上的电压势必下降。当下降到一定值时，柴油发 电机会超负荷运转。因此，系统设定为直统母线电硬度下降到 540v 左右时，超级电容将 储存的能量送出，以补充柴油发电机的供电。在附录图 1 中，当直流母线上的电压互感 器 ta1-0 检测到电压低于 540v 时，由控制器发出脉冲信号，控制 igbt 工作。t1-1 为常 开状态。当 t1-2 关断时，超级电容通过

50、 t1-2 的通路给电感储能，而由于大电容的存在， 负载端电压几乎为没有变化。当 t1-2 导通时，电感中储存的能量同电容一起向负载端输 出功率。因此，此时电感有使电压泵升的作用，可以很好地升压，此即为升压斩波过程。 在实际电路设计中，将两路升降压 igbt 并联工作，如附录图 2 所示。这样做的优点如下。 用于临时储能的电感将被分别设置到两个支路中，避免了一个电感由于容量过 大而必须做得很大的缺点。 两路并联后可以使控制器错开移向角，使得输出的电流波形更加平滑，减少波 动。这样设计后系统能够更加轻松地使吊机提升集装箱，减轻发电机负荷。 2.22.2 双小车装卸作业系统双小车装卸作业系统 集装

51、箱的装卸由岸桥的工作效率随天气及港池内水流变化而处于动态变化之中。又 由于岸桥的吊具的起升和运行控制机构之间通过柔性的钢丝绳相连，岸桥越高，所需的 钢线绳越长，更难以实时准确地将起升和运行控制机构控制吊具动作的信息传导到吊具 上，将增加吊具下放集装箱到水平运输轨道时的对位时间，严重影响码头的装卸效率。 为解决以上问题，本系统采用双小车岸桥设计：起重机配置有两台自行式起重小车，两 台起重小车在各自独立的轨道上运行作业，互不干涉。前起重主车沿铺设在大梁上的轨 道运行，由司机控制，把轮船上的集装箱起吊运输到中间转接平台上，需要完成起吊过 程中的对箱；后起重小车的运行轨道铺设在门框连系梁上，把转接平台

52、上的集装箱运输 到水平运输轨道上。两台起重小车均均可自动进行操作。集装箱的转接平台设在海侧下 横梁靠陆侧一边，主要用于安放前起重主小车或后起重小车运送过来的集装箱。前起重 主小车和后起重小车吊运的集装箱在转接平台上进行接力式转运。由于从船上卸下的集 装箱由两台起重小车接力完成装卸作业，因而大大提高了装卸效率。图 2.7 为双小车工 作模式示意图。 整个系统以 plc 为控制核心，在转接平台上设置弹出式行程开咩。当前起重主小车 把集装箱放到转接平台上后，集装箱压住平台上的接近开关，通过 plc 控制触发后起重 小车运行，将集装箱运送到岸桥后场，等待下放至水平运输轨道。双小车岸桥装卸流程 如图 2

53、.8 所示。 图 2.7 岸边集装箱装卸双小车工作模式示意图 集装箱轮船前起重主小车中转平台 后起重小车自动导引小车 光敏传感器距离传感器 图 2.8 双小车岸桥装卸流程图 本章小结本章小结 本系统正是利用超级电容快速充放电的特性来节能的,在起重机起升电机的直流母线 端通过升、降压斩波电路就实现了超级电容的充放电。采用双小车岸桥设计,实现准确地 将起升和运行控制机构控制吊具动作的信息传导到吊具上,减少吊具下放集装箱到水平运 输轨道时的对位时间,提高码头装卸效率。 3 3 集装箱装卸工艺系统优化设计集装箱装卸工艺系统优化设计 3.13.1 工艺系统概述工艺系统概述 港口装卸工艺的实质是实现港口生

54、产中货物位移的方法，是货物的换装过程抽象性 的描述，其物质表象就是港口装卸机械化系统。具体的说就是按照一定的劳动组织形式、 运用装卸机械及其配套工具（或称机械化系统）等物质手段，遵照规定的技术标准和规 范，完成货物在不同运输方式之间的换装作业过程。集装箱装卸工艺是指装卸集装箱的 方法。集装箱装卸工艺决定码头装卸机械设备、码头装卸生产作业组织和劳动生产率。 随着我国集装箱吞吐量的突飞猛进，国内一些港口出现了硬件设施跟不上发展速度 的情况。许多港口码头致力于内部挖潜，尤其是研究如何突破传统装卸工艺系统的瓶颈， 这使得通过装卸工艺的应用和革新来提高集装箱港口的综合效率成为了值得研究的课题。 本设计主

55、要研究了上海港集装箱码头的装卸工艺内容，以及如何实现进行工艺革新的实 践，从而使装卸效率全面提高。 3.23.2装卸工艺研究装卸工艺研究 1）装卸工艺是港口生产的方法研究：港口编制作业计划，采取相应的对策和组织现 场装卸生产，都要以一个事先研究和编制的装卸工艺设计为依据。在研究和制定装卸工 艺中，对所须配置的人力和机械，使用什么装卸工具，以及采取怎样的工艺流程和操作 方法，甚至连各个工序之间能力的平衡，都要经过科学的分析与计算。否则，会降低装 卸效率，影响生产定额的完成。 2）装卸工艺是港口建设设计和选用装卸机械机型的重要依据：规划一个港口和建造 一个码头，在货种和靠泊船型确定以后，首要的是考

56、虑采用什么样的装卸工艺设计，这 不仅影响今后的生产规程，更是日常装卸赖以正常进行的基本条件，同时也涉及如何最 大限度地发挥港口（泊位）的经济效益等问题。 3）装卸工艺是提高港口装卸效益的组织工作基础和技术保证：不同的工艺设计，体 现了不同的生产水平。比如，采用专业化方式装卸比非专业化方式效率高等。港口装卸 工艺的选择直接决定了港口企业的装卸效益。 4）装卸工艺是保证生产安全质量的基础：任何装卸过程，都必须具有完整合理的装 卸工艺规程，它是通过对人、机、货物、方法、环境 5 大因素的控制要求来达到目的。 所以，按装卸工艺规程来操作，一般就可确保生产的安全质量。 3.33.3 研究对象研究对象 3

57、.3.1 装卸工艺的基本内容 根据港口装卸工艺在港口装卸作业中所起的作用，其内容主要包括以下几个方面： 1) 装卸机械设备类型的选择和装卸工属具的选用设计； 2) 装卸工艺流程的合理化； 3) 货物在运输工具和库场上的合理配置和堆码； 4) 采用先进的操作方法； 5) 制定和完善装卸工艺操作规程。 3.3.2 装卸工艺过程的分析 装卸工艺过程的实现既包括装卸作业的操作方法、作业顺序，又包括作业技术标准 和规范以及维护工艺纪律的生产组织程序。它是货物从一种运输工具换装到另一种运输 工具上所完成的换装作业过程。在港口常见的装卸工艺过程有： 1) 车 库场 船 2) 船 驳船 车 3) 车 库场 车

58、 船 4) 车 船 为了研究和分析的目的，对装卸工艺过程还可以划分为若干个相互平行的单纯过程： 操作过程：货物位移的基本过程； 劳动过程：这是以装卸工人参加装卸工艺过程所决定的，研究工人在各环节的劳 动强度； 机械运行过程：研究各种机械的运行规律； 工属具的循环周转过程；研究装卸工属具的运用状况、周转过程。 3.43.4目前典型的集装箱码头装卸工艺系统目前典型的集装箱码头装卸工艺系统 集装箱码头的装卸工艺系统有很多种，如底盘车系统（trailer chassis system） 、跨运 车系统(straddle carrier system)、轮胎式龙门起重机系统(rubber-tired t

59、ranstainer system)、 轨道式龙门起重机系统(rail mounted transtainer system)、叉车系统(fork lift system)和正 面吊运机系统(front-handling mobile crane system)等。但在决定采用何种装卸工艺方式时， 应取决于以下因素： 1) 预定年装箱量的大小； 2) 所需土地面积的可能性； 3) 集装箱船的装载量和到港频率； 4) 投资的可能性； 5) 场地上作业效率的高低； 6) 集装箱内陆集疏运的方式； 7) 集装箱损坏率的高低； 8) 装卸机械的维修费用； 9) 码头作业的灵活性； 10)实现自动化作业

60、的要求。 综合上述因素考虑，目前上海港的集装箱码头多采用装卸桥轮胎式龙门起重机 装卸工艺。 3.4.1 装卸桥轮胎式龙门起重机的工艺流程 图 3.1 装卸桥轮胎式龙门起重机工艺流程图 3.4.2 装卸桥轮胎式龙门起重机工艺设计的主要优点 1) 场地的利用率高。轮胎式龙门起重机可在一个箱区堆放 30 个集装箱，且箱与箱 之间间隙较小，使堆场面积得到有效的利用； 2) 堆场铺面费用较少。堆场除轮胎式龙门起重机的通行道路需特殊加强外，其余只 需满足集装箱半挂车轮压要求即可，相对跨运车系统，减少了场地铺面建造费用； 3) 设备操作较简单，对工人只需中等技术水平的操作培训； 4) 相对于跨运车系统，对集