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在国际贸易的物流供应链中，集装箱码头是制造商和消费者之间的重要环节。在美国洛杉矶圣佩德罗湾的特拉帕克（TraPac）码头，可以看到自动化是如何使码头运营商更快、更有效地搬运货物，同时在保护环境和工人方面也卓有成效的。
该港口是北美第一个自动化集装箱码头（见图1）。与人工码头相比，实施自动化系统后，码头运送的货物更多，卡车周转更快，并且废气排放量减少90％。该公司还在加利福尼亚州的奥克兰和佛罗里达州的杰克逊维尔经营集装箱码头。
图1：位于洛杉矶的TraPac码头是加州首家实施自动化系统的港口，包括卡车装卸、码头铁路（联运）和海关扫描。本文图片来源：PI组织
洛杉矶和奥克兰码头的货运量分别为160万和65万TEU（标准集装箱），并且数量仍在不断增加。TEU代表20英尺的集装箱，它是集装箱货物的度量单位。
增加对自动化的投入
“利用自动化技术，使货物快速、安全地通过码头CONTROL ENGINEERING China版权所有，提高人员和货物的安全性，最大程度的降低客户风险和延误，并减少废气排放，这也是对未来的投资，”TraPac资产管理副总裁Mark Jensen说道。
在TraPac洛杉矶集装箱码头，现在使用混合式自动跨运车（auto strads）和电网供电的自动堆垛起重机，在轮船、火车和卡车之间穿行（见图2）。这是加利福尼亚州第一个实施自动化系统的码头，包括卡车装卸、码头铁路（联运）和海关扫描。
图2：使用混合式自动跨运车，洛杉矶码头的集装箱可以在轮船、火车和卡车之间穿行。
通过将大多数集装箱装卸功能限制在安全围栏内，操作也更安全。同时，许多功能设计用于保持人和机器的分离，例如在自动设备装卸卡车时保护卡车驾驶员的自助服务亭（Kiosk）。如果驾驶员离开亭子的压力传感器垫，则自动设备将会立即停止。这一切以及其它安全功能，都是通过安全协作实现的，可以助力大规模的远程操作。
用PROFINET实现高效和安全的连接
通过PROFINET以太网将码头上的自动堆垛起重机连接起来，并允许可编程逻辑控制器（PLC）对整个设施范围内设备的监控，以确保正常运行时间和安全性。
同时，将PROFIsafe集成到自动化系统的访问控制中（图3）。可以将PROFIsafe看做是一个附加的软件层，在现有PROFIBUS和PROFINET协议之上，提供总线功能安全。运送集装箱通过海关扫描的传送带，也使用PROFINET协议。
图3：PROFINET以太网将码头上的自动堆垛起重机连接起来，并可以通过PLC实现对全厂设备的监控，以确保正常运行时间和安全性。
Jensen说：“风险控制需要一个确定性的自动化网络，以便为现场设备提供可预测的PLC监控，进而允许系统的其他元件在已知时间内对预期和紧急命令作出响应。例如，在接入点被强行破坏时，自动化控制系统可以在几秒钟内做出响应，从而使大型起重机和自动跨运车及时停下来。”
多协议多供应商解决方案
在码头上，通过两种方式部署PROFINET和PROFIBUS通信。据Jensen介绍，PROFIBUS是PLC和自动起重机运动驱动器之间的主要协议，而PROFINET则广泛用于起重机，通讯介质是铜电缆和光纤。PROFINET还连接自动堆垛起重机、出入控制和集中控制器PLC。这种将起重机和出入控制结合在一起的跨设施通信，还依赖于铜缆和光纤的组合。
在跨设施的PLC设备节点之间的通信应用中，由PLC监控的信号以确保连续连接的故障安全系统，以及在一个起重机模块内，同轨运行的成对起重机之间进行更强大的自动化交互。
自动堆垛起重机是该码头中第一台使用PROFINET网络的起重机。很多其它应用还采用了Modus，并且设备内还部署了其它现场总线CONTROL ENGINEERING China版权所有，例如CANbus、CANopen和ASi。无线通信还连接了自动跨运车和各种便携式设备，例如工作人员用于处理异常工况和技工对冷藏箱进行监控的设备。
通过这些装置可以实现多个品牌设备之间的通讯。此外，在基础架构中保持某种程度的冗余，可以有效管理可能造成延迟的工况。码头上的轨道使用PROFINET连接远程桌面以处理异常工况。
分阶段过渡
TraPac码头从柴油驱动的物料搬运设备转变为带有混合动力机器的自动化集装箱港口，这一转变是通过一个分阶段实施的项目完成的，使码头在整个过渡期间都能按计划运行。第一阶段开始于2012年，安装了自动跨运车和4台自动堆垛起重机。随后www.cechina.cn，在2014年至2018年之间，又增加了11个吊车组，并增加了自动跨运车车队。
一台自动堆垛机最高可堆放5个集装箱，最重可达41吨，这使TraPac码头能够更密集地堆放集装箱，从而为联运铁路系统腾出空间，联运铁路系统也在此期间上线。
现在，该码头部署了29台由电网供电的巨型、轨道安装的龙门式堆垛起重机来移动集装箱，它们取代了由柴油动力驱动的橡胶轮胎式起重机。卡车装卸是自动堆垛起重机的子功能。通过PROFINET接口性能得以改进，随着持续的可靠性，接口通信已经允许更好地处理集装箱的陆上交付。
更清洁的生态系统
由于集装箱堆放的更密集，因此可以更好的匹配堆场容量与泊位容量，并为联运业务重新分配空间。在此之前，必须利用卡车经由街道，将每个集装箱运输到码头。现在，铁路完成了30％的收集和分配任务，减少了街道的拥挤和排放，并且更快的将集装箱转移到距离收货人更近的铁路枢纽。
码头附近公路上卡车的废气排放量也大大减少了。这很重要，因为每个班次平均有1,000辆卡车通过码头，每周有9班。
“在我们的自动化码头，一个关键的区别在于：在接收或将集装箱运给司机之前（可能是单次或双次交易），我们可以将卡车司机带到自动化区域控制工程网版权所有，让他们在那里熄火等待。这种工作方式，大大减少了卡车在码头内‘点火’的时间。” Jensen说。
减排控制措施甚至扩展到停靠在港口的船舶控制工程网版权所有，所有船舶都使用替代性海上动力或等效技术，以减少污染物和温室气体的排放。所有这些进展都满足洛杉矶严格的环境要求和TraPac的目标：即实现更高效、更安全和更清洁的运营，从而在洛杉矶港口创建了近乎零排放的生态系统。（作者：Nelly Ayllon）
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