团体标准-轨道式集装箱门式起重机自动化技术规范编制说明（征求意见稿）

一、工作简况1.任务来源本项目是根据2022年第二批中国机械工业联合会团体标准制修订计划（机械标〔2022〕46号），计划编号20220203，项目名称“轨道式集装箱门式起重机自动化技术规范”进行制定，主要起草单位：武汉理工大学、北京起重运输机械设计研究院有限公司，计划完成时间为2023年3月。2.主要工作过程起草阶段：2022年3月，接到计划下达任务后，武汉理工大学、北京起重运输机械设计研究院有限公司等单位组成了标准起草工作组。起草工作组广泛收集轨道式集装箱门式起重机（轨道吊）相关的国内外行业技术资料、研究论文及相关标准，如国家标准GB/T19683《轨道式集装箱门式起重机》、GB/T14406《通用门式起重机》、GB/T28181《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》、GB/T1836《集装箱代码、识别和标记》、行业标准JB/T90《港口装卸机械风载荷计算及防风安全要求》、JB/T8437《起重机械无线遥控装置》以及相关的地方标准以及团体标准，同时调研相关港口码头及铁路中心站堆场的轨道式集装箱门式起重机设备自动化装卸现状。同时就标准的内容等问题，与有关专家进行了沟通；在分析研究上述技术资料和标准的基础上，结合有关专家的意见、集装箱门式起重机的使用及技术发展的状况，确定了本标准中管理与控制系统、以及轨道吊控制系统下的控制操作系统、智能感知系统、安全防护系统等对轨道式集装箱门式起重机的自动化提出的技术要求等内容，并将本标准适用范围确定为在港口码头及铁路中心站堆场使用的轨道式集装箱门式起重机。在本标准的编制过程中，多次组织行业专家进行了研讨，得到了相关单位的支持、协助与配合，取得了大量具有建设性的意见、建议。在全面系统研究的基础上，于2022年5月30日完成标准初稿。经起草工作组内部多次讨论，对初稿进行修改和整理后，按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求于2022年6月20日完成了标准征求意见稿及其编制说明。3.主要参加单位和工作组成员及所做的工作等本标准由武汉理工大学、北京起重运输机械设计研究院有限公司等单位共同负责起草。主要成员：李文峰、张培等。所做的工作：李文锋任起草工作组组长，为团体标准总负责人，主持全面工作，负责团体标准起草与编写和总体技术内容把关；张培负责复核团体标准，并对团体标准进行编辑和修改，并对各方面的意见和建议进行汇总，以及其他材料的编制。二、本标准编制原则和主要内容1.编制的原则本标准编制主要依据以下三条原则：a）编写格式按GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定。b）技术内容主要引用GB/T19683《轨道式集装箱门式起重机》、GB/T14406《通用门式起重机》、GB/T28181《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》、GB/T1836《集装箱代码、识别和标记》、JB/T8437《起重机械无线遥控装置》、JT/T90《港口装卸机械风载荷计算及防风安全要求》等标准。c）制定过程广泛征求生产企业、监督检验机构以及用户等单位的意见和建议，在协商一致的基础上，结合我国多年来的生产实践经验，本着科学、严谨的态度制定本规范。2．主要技术内容2.1应用场景概述轨道式集装箱门式起重机主要用于堆场集装箱的装卸作业，其较为典型的应用场景有港口码头堆场的集装箱装卸和铁路中心站堆场的集装箱装卸。在这两个典型场景中，轨道式集装箱门式起重机发挥着不同的作用，并有着不同的工作特点。港口码头堆场的轨道吊主要作用为：a）把集装箱从水平运输设备上卸下，并将集装箱暂时堆存在港口码头的堆场。b）轨道吊将集装箱从港口码头的堆场取出，吊装到水平运输设备上后将其送出港口码头或送到码头前沿。港口码头会为水平运输设备设置特定的行走区域，水平运输设备和轨道吊之间会存在装卸货区域，以实现集装箱在水平运输设备和轨道吊之间的运输。这部分的轨道吊需要具有的主要工作机构有大车运行机构、小车运行机构、起升机构等。铁路中心站堆场的轨道吊主要作用为：a）把水平运输设备上的集装箱卸下，放置于集装箱列车上或堆存于铁路中心站的堆场中。b）将铁路中心站堆场上的集装箱吊装到集装箱列车上。c）将集装箱列车上的集装箱卸下，放置水平运输设备上或堆存于铁路中心站的堆场中。在集装箱列车上，需要保证各集装箱的箱门不会因为意外打开，因此应对集装箱在集装箱列车上的摆放姿态进行限定，在列车行进方向，需以一种箱门可以被集装箱的其中一个侧面约束住的方式放置集装箱。因此，铁路中心站堆场的轨道吊在将集装箱吊装至集装箱列车时，需要对吊装的集装箱进行较大角度的回转，其除了大车运行机构、小车运行机构、起升机构外，还需要具有回转机构进行吊装集装箱的回转操作。2.2管理与控制系统管理与控制系统包括两个部分：轨道吊管理系统和轨道吊控制系统。a）轨道吊管理系统：此系统应包括信息交互功能、决策功能，人机交互功能、故障分析功能和远程访问功能等。b）轨道吊控制系统：此系统应是整机的控制核心，负责整机与自动化相关设备的一整套软硬件控制系统，其要求涵盖控制操作系统、智能感知系统以及安全防护系统等技术要求。2.3控制操作系统控制操作系统包括七个部分：远程操作、通信控制、水平运输设备定位、防摇控制、防扭控制、集装箱回转控制和自动锁箱。a）远程操作：应包括远程控制服务器、远程操作台、工业电视监控和计算机远程监控。b）通信控制：应起轨道吊信息传输的枢纽、中转站的作用，可以将智能感知系统采集的状态信息和实时数据上传到轨道吊管理系统，可以将轨道吊管理系统下发指令到轨道吊控制系统，使设备按指令运行。c）水平运输设备定位：应配备水平运输引导设备，并通过采集的数据信息，实时分析水平运输设备的状态。d）防摇控制：应对轨道吊的大车、小车和吊具进行防摇控制，降低作业时集装箱吊具的残余摆角。e）防扭控制：应在轨道式集装箱门式起重机作业中补偿或消除吊具的扭转。f）集装箱回转控制：铁路中心站堆场内的轨道式集装箱门式起重机进行作业时，有时需要通过集装箱回转控制使相邻两集装箱的箱门成相对方向放置，以保证箱门在运输过程中不会因轻微碰撞而意外打开；回转控制机构应对铁路中心站外的水平运输设备或铁路中心站堆场上吊起的集装箱进行方位修正，以达到装卸作业要求。g）自动锁箱：应具备吊具能够自动与集装箱锁紧的功能，还应对吊具着箱、锁紧、解锁限位的回馈信号进行延时处理。2.4智能感知系统智能感知系统包括五个部分：轨道吊定位、目标检测、作业区域的轮廓检测、传感器状态监控、自动着箱和自动称重。a）轨道吊定位：此技术应对轨道式集装箱门式起重机的大车运行机构、小车运行机构、起升机构以及水平运输设备进行快速准确定位，还应将信息反馈给轨道吊管理系统。b）目标检测：此应对水平运输设备、集装箱进行识别，并将识别出的信息反馈至轨道吊管理系统，从而辅助其他系统对集装箱的姿态进行调整。c）作业区域的轮廓检测：应对当前作业箱区内每排每列集装箱的堆高进行三维轮廓检测，获得作业箱区的轮廓。d）传感器状态监控：应对起重量、起升高度、集装箱回转角度、大车和小车行程等多种参数进行实时监测，并能显示设备的状态。e）自动着箱：应利用吊具检测设备观察锁孔位置，实现集装箱吊具着箱，同时根据观察到的画面计算位置偏差并进行调整。f）自动称重：应具备对集装箱超偏载检测及箱上四角绳索拉力的测量功能，并根据需要将测量信息反馈至轨道吊管理系统。2.5安全防护系统安全防护系统包括了五个部分：防碰撞、防风抗滑、人机交互安全、电机设备安全和信息指令安全。a）防碰撞：此部分应保证轨道式集装箱门式起重机在堆场内运行时，防止箱区内的集装箱与正在吊起状态下的集装箱之间、轨道式集装箱门式起重机之间、及轨道式集装箱门式起重机与水平运输设备或路上障碍物之间发生碰撞，根据不同情况应采用不同方法进行防碰撞处理。b）防风抗滑：此部分要求轨道式集装箱门式起重机能检测到自身的非正常滑移，并根据需要采取相应防风抗滑措施。c）人机交互安全：在各项人机交互过程中，确保操作人员与设备之间的双向安全。d）电机设备安全：此技术应包括电动机保护、限位保护、线路保护、失压保护、零位保护、错相和缺相保护、超速保护、失磁保护、超载保护等电气保护。e）信息指令安全：此技术应保证信息及指令传输时的加密、存储时的备份，防止数据干扰和恶意入侵，并在指令信息交互过程中，能够验证指令信息的合理性。三、是否有对应的国家标准或行业标准目前尚无对应的国家标准和行业标准。本标准为在国家科技部重点研发计划“综合交通运输与智能交通”重点专项“多式联运智能集成技术与装备开发”的研究基础上，自主制定的团体标准。与其他相关标准的技术差异如下：

在地方标准层面的相关标准有河北省的DB13/T5129《无人值守桥（门）式起重机通用技术条件》以及DB13/T5098《无人值守起重机控制系统检验规则》。其中DB13/T5129规定了无人值守桥（门）式起重机的运行模式与基本参数、技术要求、主要性能及控制指标和试验方法；DB13/T5098规定了无人值守起重机控制系统的性能要求和检验项目。此外深圳市出台了标准化指导性技术文件SZDB/Z302《集装箱门式起重机远程自动化控制系统检验规范》，对出厂已安装或通过改造（大修）加装远程自动化控制系统的集装箱门式起重机的技术要求进行规范，并统一基本术语、性能试验、检验规则等内容。在团体标准层面的相关标准有中国港口协会发布的T/CPHA2《集装箱门式起重机远程控制系统技术条件》。T/CPHA2《集装箱门式起重机远程控制系统技术条件》规定了集装箱门式起重机远程控制系统的系统构成、技术要求、试验方法，适用于集装箱门式起重机（包括轨道式集装箱门式起重机，轮胎式集装箱门式起重机）远程控制系统的设计、制造、改造和使用。相对于DB13/T5129《无人值守桥（门）式起重机通用技术条件》，本次制定的规范不仅涵盖了其技术要求下的电气控制要求，而且在港口码头及铁路中心站堆场装卸这两种典型应用场景下，针对轨道式集装箱门式起重机的自动化技术提出了更有针对性的要求，对每一点要求进行更为详尽的描述。而DB13/T5129侧重一般起重机要求而非起重机自动化的内容，对此本次制定的规范中并未涉及。此外，相对于DB13/T5098《无人值守起重机控制系统检验规则》，本次制定的规范涵盖了其内容中的部分性能要求，并进行了部分内容的细化，不涉及其中的检验项目。相对于SZDB/Z302《集装箱门式起重机远程自动化控制系统检验规范》，本次制定的规范更强调轨道式集装箱门式起重机在港口码头及铁路中心站堆场装集装箱装卸应用场景下的要求，对实现轨道式集装箱门式起重机自动化的几大主要系统进行了阐述，内容更为体系化。由于本次拟制的是关于轨道式集装箱门式起重机自动化的规范，因此SZDB/Z302中关于轮胎式集装箱门式起重机自动纠偏系统的内容并未在本标准中涉及。SZDB/Z302中关于检测的部分亦未在本规范中涉及。T/CPHA2《集装箱门式起重机远程控制系统技术条件》面向的对象是轮胎式和轨道式两种集装箱门式起重机，其中轮胎式集装箱门式起重机不在本次制定的规范的覆盖范围，因此本次制定的规范不会涉及到T/CPHA2包含的大车纠偏、远程转场等与轮胎式集装箱门式起重机相关的内容。T/CPHA2与本次制定的规范都涵盖了起重机远程控制系统的内容，T/CPHA2对远程控制系统的技术条件进行了详细的阐述，其针对的更多是集装箱门式起重机的远程控制部分的要求规范，而本次制定的规范是基于实现集装箱门式起重机的自动化而提出的系统性要求，相比T/CPHA2而言自动化控制级别更高，范围更全面。相较于T/CPHA2，本次制定的规范更强调智能感知识别能力和系统自主决策能力在整体中的作用，同时也更为重视轨道式集装箱门式起重机内部各系统间的关联性，还加入对防扭控制、集装箱回转控制、自动锁箱、作业区域轮廓检测、自动称重、传感器状态监控以及自动防风抗滑的要求，并加强了轨道式集装箱门式起重机与铁路中心站、港口码头的联系，最终使得轨道式集装箱门式起重机的自动化程度相比于T/CPHA2的要求更高。此外，T/CPHA2在很多地方指定了相关技术要求的具体数值和格式要求，并采用了较大的篇幅来说明其试验方法，而本次制定的规范则更偏向对宏观系统级别以及概念层面提出更为系统的技术要求。四、主要试验（或验证）情况本标准在分析研究国内外行业技术资料和相关标准的基础上，同时调研相关港口码头及铁路中心站堆场的轨道式集装箱门式起重机设备自动化装卸现状，并结合有关专家的意见、集装箱门式起重机的使用及技术发展的状况，确定了本标准的技术要求。本标准起草过程中，起草工作组对轨道吊管理系统、轨道吊控制系统中的主要技术指标进行了验证。针对主要技术指标，工作组以堆场轨道吊为对象，搭建了包含三台自动化轨道吊的实验平台，并对在实验平台上进行了相关试验验证。试验验证内容及记录如下：项目名称标准要求实测附注轨道吊管理系统与码头管理系统进行信息交换具备符合标准要求任务序列决策具备符合标准要求具备大容量存储设备对历史数据进行存储1T硬盘符合标准要求能解析码头管理系统的任务具备符合标准要求能接收并运用决策功能处理来自其他系统的信息具备符合标准要求具备人机交互界面具备符合标准要求人机交互界面采用图形化界面实时显示各轨道吊的运行状态具备符合标准要求日志功能具备符合标准要求故障代码内置、故障分级具备符合标准要求提供远程操作接口以实现外部对系统的远程访问具备符合标准要求轨道吊控制系统通用控制堆场内的单台轨道吊设备进行各类集装箱作业具备符合标准要求接收来自轨道吊管理系统的指令具备符合标准要求实时反馈状态给轨道吊管理系统具备符合标准要求对轨道吊上的驱动设备进行精确控制具备符合标准要求控制操作系统远程操作自动模式和手动模式具备符合标准要求远程控制服务器具备符合标准要求远程操作台具备符合标准要求工业电视监控具备符合标准要求计算机远程监控具备符合标准要求通信控制运动控制信号传输具备符合标准要求设备状态、检测数据传输具备符合标准要求堆场集装箱数据传输具备不符合标准要求信息传输监控具备符合标准要求水平运输设备定位定位水平运输设备的位置，并校验偏差暂不具备不符合标准要求引导水平运输设备进行作业暂不具备不符合标准要求定位数据可视化暂不具备不符合标准要求防摇控制吊具空间、姿态检测具备符合标准要求开环控制/闭环控制具备符合标准要求全自动抑制残余摆角具备符合标准要求防扭控制自动、手动和零位模式暂不具备不符合标准要求开环控制和闭环控制暂不具备不符合标准要求补偿或者消除吊具扭转暂不具备符合标准要求集装箱回转控制控制集装箱回转运动暂不具备不符合标准要求一定精度控制回转方位修正暂不具备不符合标准要求回转方位锁定暂不具备不符合标准要求自动锁箱吊具与集装箱自动上锁具备符合标准要求锁箱状态自动检测具备符合标准要求回馈信号延时处理具备符合标准要求智能感知系统轨道吊定位技术定位大车位置并校验偏差具备符合标准要求定位起升位置并校验偏差具备符合标准要求定位小车位置并校验偏差具备符合标准要求目标检测识别水平运输设备信息暂不具备不符合标准要求检测集装箱的箱门朝向以及异常打开状态部分具备不完全符合标准要求作业区域轮廓检测扫描作业箱区的集装箱三维轮廓具备符合标准要求扫描集装箱列车三维轮廓具备符合标准要求自动称重超偏载检测暂不具备不符合标准要求检测集装箱四个上角所受的吊起力部分具备不完全符合标准要求传感器状态监控支持多种数据检测形式具备符合标准要求各传感器独立供电具备符合标准要求具有数据存储功能具备符合标准要求自动着箱测量锁孔位置并计算位置偏差值具备符合标准要求检测目标箱高度以及尺寸具备符合标准要求安全防护系统防碰撞水平运输设备防碰撞部分具备不完全符合标准要求防吊起暂不具备不符合标准要求轨道吊间防碰撞具备符合标准要求防风抗滑具有防风抗滑功能暂不具备不符合标准要求人机交互安全数据正确性校验具备符合标准要求异常提醒具备符合标准要求安全分析具备符合标准要求运行状态警示具备符合标准要求紧急停止具备符合标准要求电气设备安全/具备符合标准要求信息指令安全数据完整性校验具备符合标准要求通信加密具备符合标准要求指令合理性检测具备符合标准要求操作权限验证具备符合标准要求冗余备份具备符合标准要求核心与接口隔离具备符合标准要求通过试验验证表明，本规范规定的各项主要性能指标先进合理、切实可行，符合当前技术条件和发展需求，可为轨道式集装箱门式起重机自动化技术提供技术依据。五、标准中涉及专利的情况本标准不涉及任何专利。六、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况为了提升集装箱的装卸效率，轨道式集装箱门式起重机的自动化、智能化成为当前轨道式集装箱起重机的重要发展方向之一。建立轨道式集装箱门式起重机自动化技术规范可以促进我国相关标准形成体系，从可持续发展角度出发不断促进行业的自动化发展。本标准主要从管理与控制系统、以及轨道吊控制系统下的控制操作系统、智能感知系统、安全防护系统等方面对轨道式集装箱门式起重机的自动化提出技术要求和设计指导。本标准旨在规范轨道式集装箱门式起重机自动化的设计，并对国内轨道式集装箱门式起重机自动化的技术发展提供一定的支撑及引领作用。另外，建议统一的轨道式集装箱门式起重机自动化技术规范，可以合理简化各种零部件、电子设备、软件的品种或规格，对轨道式集装箱门式起重机自动化的各系统进行分级规范实现轨道式集装箱门式起重机自动化产品的系列化、通用化和模块化，起到促进作用。在产品设计研发阶段中，不仅可以缩短设计开发周期，也可以提高市场行业相关产品的兼容性；在产品生产工艺阶段中，以最少的模块、零部件，更快速的满足市场更多的个性化需求，提高生产效率和效益。本标准的制定，将从可持续发展角度出发，全方位、多角度地不断促进行业的自动化发