自动化集装箱码头简化了美国的供应链
洛杉矶的TraPac San Pedro Bay设施是北美第一个自动化集装箱码头，通过相同的足迹运送更多货物，卡车周转时间更快，排放量减少90%
集装箱码头是美国供应链中制造商和消费者之间的重要环节。洛杉矶的TraPac San Pedro Bay设施展示了自动化如何使码头运营商能够更快、更高效地搬运货物，同时为保护环境和工人做更多的工作。
该设施是北美第一个自动化集装箱码头（见图1）。与手动设施相比，自动化通过相同的占地面积带来更多的货物，卡车周转时间更快，排放量减少90%。该公司还在加利福尼亚州奥克兰和佛罗里达州杰克逊维尔经营集装箱码头。
洛杉矶和奥克兰码头的货运能力分别为1.6MM标准箱和650000标准箱，货运量不断增加。TEU代表20英尺当量单位，是集装箱货物的一种计量单位。来自中西部的农产品出口和来自环太平洋国家的进口货物通过码头过境。
图1：洛杉矶的TraPac San Pedro Bay设施是加利福尼亚州第一个实施许多自动化系统的设施，包括卡车装卸、码头（联运）铁路和海关扫描。提供：PI北美
对自动化的投资
TraPac资产管理副总裁Mark Jensen表示:“我们对未来进行了投资，使用自动化技术快速、安全地通过航站楼，提高人员和货物的安全性，最大限度地降低客户风险和延误，并减少排放。”
TraPac洛杉矶码头的集装箱现在使用混合式自动跨运车（auto strads）和电网驱动的自动堆垛起重机（见图2），在船舶、火车和卡车之间进行精心设计的舞蹈。该码头是加利福尼亚州第一个实施许多自动化系统的码头，包括卡车装卸、码头（联运）铁路和海关扫描。
通过将大多数集装箱装卸功能限制在安全围栏后，操作也更安全，许多功能设计用于将人和机器分开，例如在自动设备装卸卡车时保护卡车司机的信息亭。如果司机离开隔间中的压力传感器垫，则自动设备将被关闭立即停止。这些和其他安全功能通过安全协作实现，以帮助大规模远程操作。
将效率、安全与Profinet连接起来
Profinet以太网连接终端的自动堆垛起重机，并允许全设施可编程逻辑控制器(PLC)监控设备，以保持正常运行时间和安全性，而ProfiSafe被集成到自动化系统的访问控制中(见图3)。(ProfiSafe是一个附加的软件层，在现有的Profibus和Profinet协议的基础上，通过总线提供功能性安全。)通过海关扫描来移动集装箱的传送带也使用Profinet。
Jensen说:“风险控制需要一个确定性的自动化网络，为现场设备提供可预测的心跳式PLC监控，从而允许系统的其他元素在已知时间内对预期和紧急命令作出响应。”“例如，如果一个入口被强行破坏，自动化控制系统能够在亚秒内做出反应，使我们的大型起重机和(自动跨界运输车)停止工作。”
图2:TraPac洛杉矶航站楼的集装箱现在使用混合式自动跨运车（auto strads）在船舶、火车和卡车之间以一种精心设计的舞蹈移动。提供：PI North America
多协议多厂商方法
Profinet和Profibus通信主要以两种方式部署在终端。“Profibus是自动化起重机中PLC和运动驱动器之间的主要协议，”Jensen说，“虽然Profinet广泛用于起重机本身，包括铜缆和光纤物理层。Profinet还连接自动堆垛起重机、门禁控制和中央控制器PLC。将起重机和门禁控制结合在一起的跨设施通信也依赖于铜缆和光纤物理层的组合耶斯。
“对于PLC设备节点之间的跨设施通信应用，这包括PLC的大量心跳式监控，以确保连续连接的故障安全系统，以及起重机组内共轨跑道上成对起重机之间更大的自动交互。”
自动化堆垛起重机是该工厂第一个使用Profinet网络的设备。Modbus还被用于许多其他应用，设备内部系统部署其他现场总线，如CANbus、CANopen和ASi。无线通信还将自动跨载机和各种便携式设备连接起来，例如工会职员用于异常处理和工会机械师用于冷藏库监测的设备。
“在这些沟通安排中，我们与许多品牌进行了沟通，”詹森说。“此外，我们在我们的基础架构中保留某些冗余，以有效管理可能造成延迟的场景。”
码头铁路使用Profinet远程桌面连接进行异常处理。“我们的多式联运堆场起重机还通过协调的自动化安排与基础设施和系统连接，”Jensen说。“作为一家公司，我们通过设备能力和操作场景不断改进和超越挑战。”
芬兰集装箱和工业应用材料搬运设备制造商Kalmar设计并制造了码头的自动化系统。
图3:Profinet网络将码头的自动堆垛起重机连接起来，并允许工厂范围内的可编程逻辑控制器（PLC）监控设备，以维持正常运行时间和安全。提供：PI North America
一个多阶段过渡
TraPac码头从柴油驱动的物料搬运设备转变为带有混合机的自动化电网电力，这一转变是通过一个多阶段项目完成的，使码头在整个过渡期内保持如期运行。
第一阶段始于2012年，安装了第一台auto strad和前四台自动堆垛起重机。2014年至2018年间，又安装了11台起重机，auto strad车队也有所增加。
自动堆垛起重机可以堆垛高达5个集装箱，提升高达41吨的货物，使TraPac能够更密集地堆垛集装箱，为多式联运铁路系统腾出空间，该系统也在这一时期上线。这是唯一一个全自动、无排放的美国铁路站场。
码头现在部署了29台由电网供电的巨型轨道式龙门堆垛起重机，以移动集装箱，取代了轮胎式柴油驱动起重机。卡车装卸是自动堆垛起重机的一个子功能。
Jensen说:“虽然它并不完全依赖Profinet，但界面已经得到了改进。“通过持续的可靠性，接口通信和行为可以更好地处理陆地运输的集装箱。这是通过在各自的kiosbox中维护一个压力传感器来实现的，允许起重机在陆地转移点进行操作和安全处理。”
更清洁的生态系统，更快的运动控制
Jensen说：“通过更密集地包装集装箱，我们能够更好地匹配堆场容量和泊位容量，并为多式联运业务重新分配空间。”。“以前，我们必须用卡车将每个集装箱通过当地街道运送到终点站。现在，铁路完成了30%的收集和分配工作，减少了街道拥堵和排放，集装箱被更快地运送到离受益货主更近的铁路枢纽。”
据詹森说，航站楼附近的公路卡车司机排放的废气也大幅减少。这一点很重要，因为平均每班有1000辆卡车通过航站楼，每周9班。
“我们的自动化终端区的一个关键区别是，我们将卡车司机带到一个自动化区域，他们在那里等待(引擎关闭)，而我们收集或将集装箱交给他们，无论是单笔交易还是双笔交易。这种工作方式大大减少了我们终端卡车司机的发动机启动时间。”
排放控制措施甚至延伸到停靠港口的船舶，100%的船舶使用替代海上电力（AMP）所有这些进步都在洛杉矶航站楼创造了一个近乎零排放的生态系统，符合加利福尼亚州严格的环境要求和TraPac实现更高效、更安全、更清洁运营的目标。
