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摘要:針對智能化港口集裝箱起重機遠程控制問題，以軌道式龍門起重機為對象，開發一種基于遠程控制、激光掃描、定位系統、設備安全監控、視頻系統等關鍵技術的遠程操控系統，可改善操作工人的工作環境和勞動強度，降低事故風險，提高港口效率。

關鍵詞:遠程控制;軌道式龍門起重機;關鍵技術

1引言

與傳統港口相比，自動化港口是以科技手段實現集裝箱裝卸、水平運輸、堆場裝卸全過程的新型港口，自設立之初就以提升效率、降低成本、提高港口管理水平為目的［1］。因此急需系列化、多品種自動化集裝箱起重機，以滿足自動化集裝箱碼頭的建設需要，實現堆場集裝箱的裝卸、搬運和堆放，提高碼頭運行效率和管理水平。以軌道式龍門起重機(以下簡稱軌道吊)為研究對象，該類型產品主要用于港口集裝箱的吊運，處理堆場集裝箱的倒運，配合集卡進行出庫入庫等工作［2-3］。傳統軌道吊作業時，各機構動作、掛箱、摘箱需要司機全程手工操控，找箱、尋庫、出入庫信息、堆場管理全部依靠人工記錄，作業效率低。為實現港口集裝箱運轉的遠程操控和智能轉運，需要研發自動化軌道吊作業配套的遠程監控系統，在產品控制上解決起重機主升、大車、小車的遠程定位技術問題。

2作業流程分析

對軌道吊作業流程進行分析，將作業流程和特點進行拆分(見表1)，結合現場無人化操作管理工況，確定作業流程所需功能，運用定位系統、智能掃描系統、光學識別系統和自動化程序等手段替代現場人工操作的環節，進行針對性的系統功能開發。

3關鍵技術研發

3．1自動化管理系統

自動化管理系統框架見圖1。研發自動化管理系統和碼頭操作系統的數據接口，管理系統負責從操作系統接收作業任務信息，并將完成情況反饋給操作系統;調度系統根據所有軌道吊的當前忙閑狀態及在堆場中的相對位置，按照最優方案自動分配由哪臺軌道吊執行作業任務;操作臺調度系統根據所有操作臺當前的忙閑狀態，自動分配操作臺對應操作哪臺軌道吊，同時控制系統、視頻系統、語音系統等也同步切換到對應的設備上;自動化統計系統用于統計自動化作業的各種數據并生成報表。

3．2輔助操作系統

輔助操作系統圖形化顯示大車、小車、起升機構的位置信息、堆場集裝箱的輪廓信息、作業的源地址、目標地址信息;顯示PLC的工作狀態:開鎖、閉鎖、起升速度、小車速度、吊具下降減速等信息;顯示集卡到達情況，及設備作業切換提醒。

3．3起重機監控系統

起重機監控系統功能是將起重機在運行過程中的各種實時數據通過以太網通訊采集到遠程管理系統中(見圖2)。在監控系統側同時將采集的業務數據、故障連鎖信息、工作狀態等信息進行處理、存儲，可以遠程訪問和管理。視頻監控系統采用網絡高清攝像頭，可以實時跟蹤對焦視頻。系統與PLC接口通訊，并可以隨設備的作業工況而自動切換畫面。語音廣播系統通過遠程操作臺語音設備和現場設備通過光纖或網線進行通訊，點對點式廣播，并可與視頻監控系統共用。

3．4基于傳感器的遠程定位系統

起升機構定位采用支持PＲOFINET通訊的雙絕對值編碼器冗余檢測，1只編碼器安裝在電機內部，兼做矢量閉環信號;另1只編碼器安裝在卷筒軸側，二者相互位置校驗，定位精度可達15mm，用來實現起升精確定位。小車機構定位采用線性編碼器+絕對值編碼器冗余檢測，大車機構定位采用FLAG板和絕對值編碼器相互校驗實現。

3．5箱形輪廓掃描

箱形輪廓掃描系統在小車架上安裝3個2D掃描儀，分別掃描大車行進方向和小車行進方向。1號掃描儀負責掃描相鄰貝位的輪廓信息以及大車方向上障礙，2號、3號掃描儀負責掃描當前作業貝的輪廓信息，用于計算當前作業貝的2D最高障礙數據。3個2D掃描儀掃描數據之間進行相互矯正，減少單一掃描系統的系統誤差，同時數據集合形成3D箱形輪廓數據。

3．6目標檢測系統

目標檢測系統在小車架上安裝2個3D掃描儀，1號掃描儀安裝在小車架平臺海側中心線前方，掃描方向為大車行進方向;2號掃描儀安裝在小車架平臺陸側中心線位置，掃描方向為大車行進方向。海側掃描儀負責掃描集裝箱海側邊線，陸側掃描儀負責掃描集裝箱陸側邊線。在掃描的同時，精確測量吊具的起升高度。通過激光掃描儀能準確地測量出上下箱偏差情況，相關掃描數據傳輸到PLC，PLC按照數據極端分析精準控制小車及起升機構運行。

3．7集卡定位系統

通過3D激光掃描系統實現集卡定位，集卡定位系統能夠滿足縱向(大車方向)及橫向(小車方向)兩個偏差數據的測量要求。應用時自動化管理系統將集卡所在的通道號、集卡上是否有集裝箱、集裝箱尺寸等信息告知集卡定位系統，通過3D激光掃描儀檢掃描到的輪廓，計算集卡的位置，通過計算得出的位置信息顯示在顯示屏上，集卡司機根據LED顯示屏的指示，指引集卡的移動，直到集卡到達正確的停車位，確保作業的高效性。

3．8防撞系統

海岸設備線上，每臺設備的大車位置實時共享，單機大車位置傳輸到中控PLC中，由PLC判斷大車所在相對位置，如果兩車之間距離小于設定的安全距離，PLC發出指令，停止大車動作，保障設備安全。

3．9自動化防搖系統

通過圖像采集設備實時檢測安裝在吊具上的標定板，進而計算出采集設備和標定板在運動時的偏移量和偏轉角度，并及時發送給執行機構進行偏移校正。運行過程中系統會根據檢測到的輪廓位置判斷吊具減速以及停止位置，平滑完成運行過程，且系統運行過程按照最優拋物線方式運行(見圖3)。

3．10箱號和車號識別系統

通過在車道側安裝攝像頭從集裝箱側面分別按照20ft和40ft兩種模式識別。如果出現無法識別現象，返回人工界面通過視頻攝像頭確認。在車道側門腿處另外增加1套ＲFID車號識別系統，用來讀取每輛集卡上的ＲFID射頻卡，從而實現集卡車號的自動識別。

4結語

與國外第一代自動化集裝箱碼頭荷蘭鹿特丹港ECT集裝箱碼頭、第二代德國漢堡港CTA碼頭，以及第三代自動化集裝箱碼頭鹿特丹港Euromax碼頭相比，本研究成果中所采用的技術手段更為先進，其中雙編碼器冗余檢測互為校驗、箱型輪廓掃描計算二維最高障礙數據、數據集合形成三維箱型輪廓數據等技術處于國際技術前沿，不僅提高了港口的轉運效率，降低了人工成本和事故風險，而且與港口管理系統對接，可實現信息的實時關聯與記錄，方便港口管理，實現了自動化港口起重機遠程控制關鍵技術突破。

參考文獻

［1］聶福全，聶雨萱，楊文莉．智慧港口集裝箱起重機關鍵技術應用［J］．建設機械與管理，2021(5):46-51．

［2］聶福全，王峰，聶雨萱．具有能量回收特性內轉子永磁電機的無齒輪起重機［J］．建設機械與管理，2021(3):124-128．

［3］聶福全，劉堯．港口超大噸位起重機結構設計［J］．港口裝卸．2017(6):14-17．

作者:王峰 聶雨萱 聶福全 單位:河南省特種設備安全檢測研究院 安陽分院鄭州大學國際學院 河南科技學院