集裝箱式軌道吊遠(yuǎn)程控制半自動研究

胡宗寶

摘 要 隨著集裝箱碼頭自動化技術(shù)的發(fā)展，我司工程技術(shù)部根據(jù)公司軌道吊的特點(diǎn)，開展了軌道吊遠(yuǎn)程控制半自動化前期技術(shù)研究，總體規(guī)劃采用以太網(wǎng)通訊方式，通過后臺服務(wù)器程序遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)一對多的軌道吊遠(yuǎn)程控制半自動化集裝箱吊裝作業(yè)。

關(guān)鍵詞 遠(yuǎn)程控制;半自動;ECS系統(tǒng);VCMS系統(tǒng)

前言及總體構(gòu)架

軌道吊遠(yuǎn)程控制半自動化研究就是把原有的一人一機(jī)的駕駛室操作模式，改變?yōu)檫h(yuǎn)程操控臺一人控制多臺軌道吊吊裝集裝箱作業(yè)的生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)一臺操作臺可以遠(yuǎn)程控制幾臺軌道吊實(shí)現(xiàn)半自動生產(chǎn)作業(yè)。

碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)（TOS）根據(jù)將作業(yè)指令發(fā)送到軌道吊遠(yuǎn)程半自動智能控制系統(tǒng)（ECS），ECS根據(jù)軌道吊位置及目標(biāo)箱位置做出判斷，尋找完成該目標(biāo)箱指令的最適宜的軌道吊，同時ECS系統(tǒng)會將TOS指令分解成為一條條軌道吊每個機(jī)構(gòu)相應(yīng)的動作指令，依次傳給軌道吊，通過軌道吊執(zhí)行相應(yīng)指令實(shí)現(xiàn)：軌道吊根據(jù)指令自動運(yùn)行大車到目標(biāo)貝位;吊具自動運(yùn)行到目標(biāo)箱尺寸;小車自動運(yùn)行到目標(biāo)箱排位上方;起升機(jī)構(gòu)自動下降到目標(biāo)箱上方安全位置;最后點(diǎn)動抓、放箱及開閉鎖的操作由該遠(yuǎn)程操作臺的司機(jī)手動完成。

1項(xiàng)目方案

1.1 智能控制中樞ECS系統(tǒng)

軌道吊遠(yuǎn)程半自動智能控制系統(tǒng)簡稱ECS，主要負(fù)責(zé)和碼頭生成管理系統(tǒng)（TOS）通信，控制整個堆場軌道吊的運(yùn)行，ECS主要是采用VS（Microsoft Visual Studio）工具編寫。

ECS系統(tǒng)通過與NTOS系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)軌道吊“一對多”，“半自動”的遠(yuǎn)程控制，同時擁有設(shè)備安全防護(hù)、警告故障提示、防吊錯箱及運(yùn)行日志記錄等功能。ECS系統(tǒng)在任何中斷條件下再次進(jìn)入自動狀態(tài)時，會檢測當(dāng)前相關(guān)狀態(tài)，繼續(xù)完成后續(xù)的作業(yè)流程。手動與自動狀態(tài)可以隨時切換，在任何情況下，操控臺的指令優(yōu)先級最高，設(shè)備處于自動狀態(tài)時操控臺可隨時介入接管控制[1]。

1.2 遠(yuǎn)程操控可視化VCMS系統(tǒng)

（1）基于WEB頁面開發(fā)的CMS系統(tǒng)

VCMS系統(tǒng)即遠(yuǎn)程操控可視化系統(tǒng)，能將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、TOS指令信息及ECS指令執(zhí)行步驟等信息傳送到司機(jī)眼前。VCMS界面由WEB頁面展現(xiàn)，WEB技術(shù)能將文本、圖像、動畫、視頻等多種媒體信息集一體，用戶只需在電腦瀏覽器輸入網(wǎng)址就能隨時進(jìn)入VCMS界面。

VCMS界面框架由HTML設(shè)計(jì)語言構(gòu)建，是整個界面的基礎(chǔ)，通過HTML和CSS兩種語言基本實(shí)現(xiàn)整個VCMS界面的靜態(tài)樣式。動態(tài)部分主要通過AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)WEB頁面與數(shù)據(jù)庫的異步通訊，可以不刷新網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)VCMS界面的異步更新。JavaScript語言實(shí)現(xiàn)動態(tài)效果和數(shù)據(jù)判斷等，界面內(nèi)大車、小車、起升等機(jī)構(gòu)的移動動畫效果就是由該語言實(shí)現(xiàn)。

（2）基于頁面平臺開發(fā)的視頻監(jiān)控

根據(jù)司機(jī)操作時的視角習(xí)慣，在軌道吊各機(jī)構(gòu)關(guān)鍵位置安裝前端攝像頭，對起升、小車、大車、吊具等視頻畫面進(jìn)行采集并傳輸至監(jiān)控端?？紤]到成本及后期功能擴(kuò)展性差等因素，本次項(xiàng)目采用web技術(shù)，無須安裝客戶端，開發(fā)者通過HTML里的多媒體標(biāo)簽語言，將所需的監(jiān)控畫面根據(jù)需求調(diào)用視頻排布在網(wǎng)頁上，再根據(jù)操作要求實(shí)現(xiàn)畫面的無縫切換。不同設(shè)備之間的畫面切換時，網(wǎng)頁可以通過讀取數(shù)據(jù)庫上的機(jī)號選擇開關(guān)信號，將相應(yīng)設(shè)備畫面的多媒體z-index 重疊順序?qū)傩赃M(jìn)行排序，以達(dá)到優(yōu)先顯示的效果，切換時間為毫秒級。

1.3 設(shè)備定位系統(tǒng)

設(shè)備各機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制半自動，必須實(shí)現(xiàn)位置精準(zhǔn)定位，軌道吊軌道式大車和自行式軌道小車因?yàn)榛瑒拥仍蛟斐晌恢美塾?jì)誤差不可避免，我們通過研究、技術(shù)論證、實(shí)驗(yàn)，最終確定了以下幾種辦法來實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)定位和位置校驗(yàn)。

（1）大車定位

采用絕對值編碼器定位+flag板絕對位置校正模式。以軌道吊大車運(yùn)行軌道為基準(zhǔn)，測出整根軌道的長度，根據(jù)測量數(shù)據(jù)將長度進(jìn)行等分，在程序中將每個flag板賦予一個固定的絕對位置值，用此絕對位置值對大車編碼器的值進(jìn)行校正，達(dá)到大車精準(zhǔn)定位的目的。

（2）小車定位

小車定位模式與大車一樣，采用絕對值編碼器定位+flag板絕對位置校正模式。以軌道為基準(zhǔn)，測出整根軌道的長度，根據(jù)測量將長度進(jìn)行等分，在程序中將每個flag板賦予一個固定的絕對位置值，用此絕對位置值對小車編碼器值進(jìn)行校正，達(dá)到小車精準(zhǔn)定位的目的。

（3）起升定位

起升定位主要采用絕對值編碼器定位，起升機(jī)構(gòu)短時間內(nèi)位置累積偏差較小，本項(xiàng)目用測距激光限位作為編碼器定位的檢驗(yàn)裝置。在小車平臺上安裝激光測距限位，在吊具上架安裝一塊白板用于激光限位的反光板，對測距激光限位的數(shù)值與編碼器的數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算偏差量，使用效果較好[2]。

1.4 視頻系統(tǒng)

參照司機(jī)原有操作視角，根據(jù)位置、視角需求，在設(shè)備上合適的安裝位置，安裝合適的視頻攝像頭，最大限度實(shí)現(xiàn)司機(jī)原有的操作視角，并對作業(yè)區(qū)域以及周邊場地進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，盡可能減少視覺盲區(qū)。

1.5 保護(hù)系統(tǒng)

（1）設(shè)備大車之間防撞保護(hù)

設(shè)備之間大車防撞在原有光電防撞的基礎(chǔ)上，我們增設(shè)了三層防撞保護(hù)：ECS大腦層防撞保護(hù)、遠(yuǎn)程控制臺PLC防撞保護(hù)、設(shè)備之間雷達(dá)監(jiān)測防撞。ECS大腦層防撞保護(hù)和遠(yuǎn)程控制臺PLC防撞保護(hù)都是采集相同軌道上的設(shè)備大車位置值，對位置值和大車寬度值進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)大車之間的減速停止防撞保護(hù)功能。

雷達(dá)測距防撞直接采用雷達(dá)測出來的距離值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)大車之間的減速停止防撞保護(hù)功能。

（2）設(shè)備和物體之間的防撞保護(hù)

設(shè)備和物體之間防撞采用U型隔離墩保護(hù)，有效防止集卡、叉車等車輛闖入，破壞FLAG板和設(shè)備碰撞[3]。

2結(jié)束語

該系統(tǒng)研究涉及的設(shè)計(jì)、研發(fā)、安裝、測試等均由我司技術(shù)人員和班組員工獨(dú)立自主實(shí)施。軌道吊遠(yuǎn)程操控不僅可以節(jié)約人員成本，提高設(shè)備使用效率，還能改善司機(jī)工作環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度，得到了一致好評。項(xiàng)目組針對本次軌道吊遠(yuǎn)程半自動控制的研究目標(biāo)已初步完成，并攻克了多系統(tǒng)通訊檢測、機(jī)構(gòu)精確定位以及半自動化運(yùn)行等相關(guān)課題，本次研究過程中的成果與經(jīng)驗(yàn)，將為下一步集裝箱碼頭的全自動化發(fā)展，奠定良好的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳照陽，金帥，戴正輝，陳志偉.集裝箱碼頭自動化軌道吊定位技術(shù)及參數(shù)設(shè)定[J].水運(yùn)工程，2016，（9）：116-121.

[2] 馬會軍，信毅，王洪亮.集裝箱軌道吊遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J]. 集裝箱化，2014，（12）：43-45.

[3] 馬會軍，信毅，王洪亮.集裝箱軌道吊遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].集裝箱化，2014，25（12）：43-45.