文章总结： 本文介绍了工业控制系统在港口集装箱码头的应用，详细阐述了智慧港口的四大特征：全面感知、智能决策、信息整合与共享和全程参与。文章重点描述了自动化集装箱码头的主要设备，包括岸边桥吊、自动导引车(AGV)和轨道吊等，以及它们的控制系统和通信协议。同时分析了集装箱码头的智能化系统架构，包括码头运营管理操作系统(TOS)、设备控制系统(ECS)等，并提供了各种应用场景的网络需求，如时延、带宽和可靠性要求。
综合评分： 76
文章分类： IoT安全,网络安全,安全建设,应用安全
【大话工控安全】工业控制系统行业知识：港口行业-集装箱码头
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老付话安全
老付话安全
2025年12月4日 20:35
山东
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港口作为交通运输的枢纽，在促进国际贸易和地区发展中起着举足轻重的作用，全球贸易中约 90% 的贸易由海运业承载，作业效率对于港口至 关重要。在“工业 4.0”、“互联网 +”大发展的时代背景下，港口也在进 行数字化、全自动的转型升级。
港口自动化码头采用全球领先的智能生产控制系统，和全自动化技术设备，实现了决策智能化、生产流程化、操作自动化、现场无人化、能源绿色化。减少了操作人员约 85%，提升作业效率约 30%，码头设计作业效率可达每 小时 40 标箱，是当今世界自动化程度最高、装卸效率最快的集装箱码头。
智慧港口在现代港口设施的基础上，充分运用5G通信技术、物联网技术、人工智能、大数据等，实现港口现有的设施智能化，其打破了传统港口的物理隔离，实现了港口供应链的所有资源和各活动参与方之间的无缝连接和协调。
智慧港口具有以下四个特征
（1）全面感知：指利用各种信息获取设备，如射频识别技术（RFID）、传感器、北斗卫星导航系统等，实现对整个运输过程实时跟踪、定位、监控和管理，并保障货物运输的安全性和经济性等。
（2）智能决策：指根据系统中现有的数据，对运输活动的未来发展趋势进行预估，从而为未来港口发展决策提供依据。
（3）信息整合与共享：智慧港口通过信息获取技术得到整个运输过程中的所有活动信息，然后将该信息传送至港口后台数据库中，并通过信息处理和整合技术将其展示在码头综合信息化平台中以实现信息共享。
（4）全程参与：利用5G通信、物联网及大数据技术等实现信息实时通讯和交流，保障综合信息化平台能可靠、稳定地为管理者和码头运输各参与方提供服务。
集装箱码头智能化设备介绍
港口集装箱起重机主要用于船舶集装箱的装卸作业，主要的设备有岸桥STS ，轮胎吊 RTG ，轨道吊 RMG 。岸桥负责船舶集装箱的装卸作业，场桥和轨道吊负责堆场集装箱的管理作业。
现代自动化集装箱码头的主要作业设备包括自动化岸边桥吊、自动化轨道吊和自动化导引车（AGV），典型自动化集装箱码头作业区示意图如下：
以卸货为例，码头作业流程主要包括：
•装卸作业区内，桥吊将集装箱从船上移动到水平运输工具（AGV，内集卡，跨运车）上。
•水平运输工具将集装箱从装卸作业区的桥吊下移动到堆场作业区内，龙门吊将集装箱从水平运输工具上卸下，放于堆场内。
•外集卡经过闸口进入堆场，场桥将集装箱装在外集卡上，出闸口运往目的地。
海侧作业区机械设备：
岸边桥吊–码头上用于进行装卸作业的起重机，是码头的心脏力量，桥吊作业能力决定着一个码头的货物吞吐能力；为提升作业效率，目前岸边桥吊采用第四代桥吊双小车岸桥桥吊（STS），能吊起70吨重货物，能升高42米，能前伸出70米远，桥吊采用智能交流变频驱动装置，实现远程控制。集装箱码头中，装卸作业区中主要业务单元是桥吊，桥吊高度 60-70 米，电气房高度 50 米，同时桥吊的部署相对密集，通常 1 公里长的港口海岸线会部署 8~12 台桥吊。集装箱码头通常采用顺岸式，泊位除足够的水深和岸线长度外，还设系缆桩和碰垫。
岸边桥吊的主要机构有：起升，小车，大车，俯仰，大车电缆卷盘机构等。控制设备的作用有：
1 、起升恒功率控制（轻载高速提升）
2 、起升制动逻辑控制
3 、大车电缆卷盘控制
4 、俯仰自动控制
5 、起升变频器主从控制
现代桥吊采用双小车高效作业，前小车从货船抓取集装箱，送到中转平台，中转平台采用机器人对集装箱解锁，后小车再转运到AGV小车，极大提升了作业效率。
水平运输区机械设备：主要包括自动导引车(L-AGV)和纯电动带举升自动导引车BL-AGV等运输设备，AGV车具有远程控制能力，通过WIFI与远程操控中心进行连接，远程操作员根据需要对AGV车进行引导，可根据路径规划把集装箱运送到指定的堆场位置。
AGV车车辆照片
AGV小车内部示意图
路测交换区机械设备：路测交换机区主要为实现集装箱的临时堆放，集装箱码头中，轨道吊、轮胎吊是使用最为广泛的两种龙门吊。轨道吊在堆场内轨道上移动；轮胎吊装有轮胎，机动灵活能够转场作业。目前存量码头多使用轮胎吊，新建码头多使用轨道吊，轮胎吊在存量码头中占比高。在港口行业， 轮胎吊 RTG 或轨道吊 RMG 和岸边桥吊配合使 用，岸桥负责装卸船作业，然后由集卡运至堆场后由 RTG或RMG负责堆场堆箱作业，特点是转场灵活。主要机构分为 起升，小车，大车，转向，电缆卷盘，部分设备还配有小车回转功能。RTG或RMG的控制功能主要有：
1 、起升恒功率控制（轻载高速提升）
2 、制动逻辑控制
3 、大车纠偏控制
4 、吊具防摇控制
轨道吊自动化堆场操作控制系统包括轨道吊自动化控制器、轨道吊PLC控制器、吊具PLC控制器、集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置。
目前RTG或RMG已经实现远程控制：
轨道吊示意图
岸边桥吊、RTG或RMG一般采用机器控制器（运动控制的大脑“机器控制器”），通过集成对机器控制至关重要的运动、视觉和机器人系统，实现对整个机器系统的最佳控制。并使用MEMOBUS协议FINS、MODBUS/TCP、TOYOPUC协议与PLC通信。
集装箱码头智能化系统
集装箱码头已实现无人化、智能化建设，使用码头运营管理操作系统（TOS）打通了互联网与设备控制系统的连接。集装箱码头的智能化系统主要包括客户服务系统、码头运营管理操作系统（TOS）、设备控制系统（ECS）、单机自动化控制系统等系统组成，所有系统通过WiFi、5G或者光纤进行连接，完成中央控制室对自动化设备的远程控制操作及信息传输。自动化集装箱码头智能化系统总体结构示意图如下：
自动化集装箱码头智能化系统总体结构示意图
TOS和ECS在整个自动化码头信息系统中相当于“大脑”。TOS负责计划的生成、作业指令的计算、调度指令的派发等工作。ECS管理和控制自动化集装箱码头的三大自动化设备，负责作业指令的有效执行。客户服务系统用于实现码头与整个港航物流服务供应链上相关用户的信息自动化交互。
集装箱自动化系统应用对业务需求和网络要求如下：
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| 应用场景 | 场景描述 | 整体需求描述 | 网络需求 | | |
| 网络双向时延 | 带宽 | 可靠性 |
| 基于视频的远程控制 | 起重机远程操作（控制） | 低时延、低抖动、高可靠、大带宽 | <30ms | 50-100kbps | 99.99% |
| 起重机远程操作（视频） | 低时延、低抖动、高可靠、大带宽 | 30-200Mbps | 99.99% |
| 车联 | 港区内自动集卡的场景 | 低时延、低抖动、高可靠 | <50ms | 10-20Mbps | 99.99% |
| 监控视频 | 大数据流量监控 | 大带宽、多并发 | <200ms | 2-4Mbps | 90% |
| 传感采集 | 低功耗传感器数据采集 | 多并发 | 尽量保障 | 尽量保证 | 90% |
| 边缘计算 | 视频识别、资产跟踪 | 多并发 | <200ms | 1-2Mbps | 90% |
智慧集装箱码头系统逻辑架构：
图片来源互联网
整个架构包括：
1个中心（双活数据中心）
3套系统（感知系统、调度系统和控制系统）
3个平台（工业网络平台、生产管理平台和模拟仿真平台）
集装箱全自动化码头物理拓扑
自动化桥吊、轨道吊控制系统组网结构：
结束
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