Flag板定位系統(tǒng)在自動化軌道吊大車位置校驗中的應(yīng)用

何國榮

近年來，隨著自動化技術(shù)不斷發(fā)展及自動化集裝箱碼頭的興起，自動化軌道吊成為各大集裝箱碼頭堆場的主要裝卸設(shè)備。在自動化軌道吊作業(yè)過程中，大車位置校驗精度直接影響整個集裝箱堆場作業(yè)安全和效率。常規(guī)軌道吊采用絕對值編碼器檢測大車位置，其精度較差，不能滿足自動化集裝箱堆場作業(yè)需求。針對自動化軌道吊大車運行距離較長、海陸側(cè)跨距較大、堆場軌道不平等作業(yè)特點，可采用Flag板定位系統(tǒng)校驗大車位置，從而提高大車定位精度。本文結(jié)合廣州港股份有限公司南沙集裝箱碼頭分公司（以下簡稱“南沙三期碼頭”）自動化升級改造項目特點，采用Flag板定位系統(tǒng)對自動化軌道吊大車位置進行冗余校正，并分析自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)的常見故障及解決方案，以期為其他碼頭自動化升級改造提供參考。

1 自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)方案

在Flag板定位系統(tǒng)模式下，自動化軌道吊大車海陸兩側(cè)的Flag板激光限位器通過掃描堆場內(nèi)的Flag板校驗大車位置，具體執(zhí)行方案如下。

（1）在自動化軌道吊大車海陸兩側(cè)車輪上各安裝1個絕對值編碼器，采用DP通信，直接接入電氣房可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）的261通信模塊，用于讀取大車位置信息。

（2）在自動化軌道吊大車海陸兩側(cè)各加裝1個Flag板激光限位器。Flag板激光限位器的工作原理是：發(fā)射端發(fā)射激光至接收端，當發(fā)射端與接收端被隔開時，由Flag板激光限位器將信號傳給PLC。

（3）將Flag板安裝在堆場海陸側(cè)奇數(shù)貝位中心位置，即每2塊Flag板間的距離約為6.4 m，F(xiàn)lag板寬度為10 cm。

2 自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)調(diào)試

2.1 硬件調(diào)試

（1）確認軌道吊海陸兩側(cè)大車絕對值編碼器的圈數(shù)是否滿足大車在整個堆場運行距離的要求。南沙三期碼頭半自動化軌道吊所使用的絕對值編碼器圈數(shù)范圍為1 536～1 791，共255圈;半自動化軌道吊作業(yè)區(qū)域跨越2個堆場，總長度約為410 m。經(jīng)過計算和測量，絕對值編碼器圈數(shù)只須達到50圈即可滿足整個行程需求。

（2）確認堆場內(nèi)Flag板位置。本項目采用全站儀采集整個堆場內(nèi)海陸兩側(cè)Flag板坐標，坐標精度為1 mm。將采集到的Flag板坐標填入PLC控制程序717內(nèi)的H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）程序寄存器參數(shù)表（見圖1）。本項目只在奇數(shù)貝位安裝Flag板，因此須自行計算偶數(shù)貝位位置，計算公式為：偶數(shù)貝位位置=（左側(cè)奇數(shù)貝位位置+右側(cè)奇數(shù)貝位位置）/2。

（3）檢測Flag板激光限位器信號是否能正常傳輸?shù)絇LC。

2.2 軟件調(diào)試

（1）將堆場內(nèi)每個貝位對應(yīng)的海陸側(cè)大車位置輸入PLC控制程序717內(nèi)的H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）程序寄存器參數(shù)表，并重新標定大車編碼器精度，即用實際大車移動距離除以變化的脈沖量，計算出1個脈沖對應(yīng)的移動距離為0.422 3 mm，將數(shù)值填入H13.15和H13.16程序寄存器參數(shù)表。

（2）堆場大車貝位長約3.2 m，從中取一半值即1.6 m作為參數(shù)L006檢測范圍。變量I代表貝位，變量J代表累加變量。通過717控制程序WHILE語句進行I和J寄存器的累加，大車每刷過1個Flag板，即將對應(yīng)貝位的寄存器參數(shù)大車位置提取出來，從而實現(xiàn)大車位置冗余校正。

（3）為了提高自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)精度，避免出現(xiàn)誤置位現(xiàn)象，在717程序內(nèi)加入大車位置脈沖檢測和大車位置補償程序，從而優(yōu)化大車Flag板定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大車位置脈沖檢測程序邏輯為：檢測大車編碼器位置與Flag板位置寄存器參數(shù)表，當且僅當大車位置在距離Flag板50 cm范圍內(nèi)時，大車置位DB001才能運行，從而允許大車位置置位。大車位置補償程序邏輯為：Flag板寬度為，為了防止Flag板寬度導致大車在左右行走過程中出現(xiàn)置位偏差，通過檢測大車左右行走方向，執(zhí)行大車位置補償程序（見圖2）。

3 自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)常見故障及解決方案

由表1可見，2020年南沙三期碼頭自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)共發(fā)生故障37次，其中：大車位置偏差故障26次，大車位置對位檢測故障9次，大車位置通信故障2次。

3.1 大車位置偏差故障

大車位置偏差故障指軌道吊海陸兩側(cè)大車位置相差超過150 mm。根據(jù)統(tǒng)計分析，造成大車位置偏差故障的原因有：堆場內(nèi)異物干擾Flag板對位激光器;Flag板損壞或者對位激光器損壞或失準;堆場軌道異常導致大車在運行過程中抖動。大車位置偏差故障的處理流程如下：技術(shù)人員現(xiàn)場確認堆場狀況、大車軌道、Flag板、對位激光器等是否正常;若檢查無異常，則將自動化軌道吊運行模式切換至本地大車操作站模式，本地手動操作控制軌道吊運行大車刷過最近貝位的Flag板，重新置位大車位置;若檢查有異常，則采取清除堆場異物、更換Flag板、更換或調(diào)整對位激光器、調(diào)整大車軌道等措施解決故障，并按上述步驟重新置位大車。

3.2 大車位置對位檢測故障

大車位置對位檢測故障指軌道吊大車海側(cè)或陸側(cè)在運行過程中無法刷到Flag板，停止遠程自動運行大車，切換至遠程手動模式。導致大車位置對位檢測故障的主要原因包括Flag板損壞、對位激光器損壞或失準。故障解決方案為：更換Flag板或?qū)ξ患す馄?，并按上述步驟重新置位大車。

3.3 大車位置通信故障

大車位置通信故障指大車絕對值編碼器與PLC的261通信模塊無法通信，導致大車位置信號丟失。導致大車位置通信故障的原因包括大車絕對值編碼器損壞 、大車絕對值編碼器與261通信模塊的DP通信接頭異常。故障解決方案為：檢測大車絕對值編碼器和DP通信接頭，更換受損的大車絕對值編碼器和DP通信接頭。

大車位置通信故障會導致大車位置丟失，此時須重新賦值置位給大車編碼器，具體流程如下：第一步，現(xiàn)場確認設(shè)備對應(yīng)堆場實際貝位，使大車行走至海陸兩側(cè)，對位激光器對準Flag板;第二步，打開717控制程序H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）中的DB001（大車置位）強制通;第三步，輸入堆場實際貝位;第四步，將程序中對位激光器IB0214E信號改成常開、常閉，保存程序觸發(fā)大車位置置位，并將數(shù)值傳送至大車編碼器。

4 自動化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，改造成本低，只須在相應(yīng)堆場貝位安裝Flag板，并在自動化軌道吊大車海陸側(cè)各安裝1對Flag板對位激光器即可。

（2）系統(tǒng)定位精度高，可滿足自動化作業(yè)需求。自動化軌道吊大車每經(jīng)過1個貝位就會對大車位置進行置位校正，精度達5 mm，從而大幅度提升大車位置數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準確性，滿足自動化軌道吊作業(yè)需求。

（3）系統(tǒng)故障率低，維修簡單，維護成本低，在日常維護保養(yǎng)過程中只須檢查系統(tǒng)硬件及通信情況。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-04-29）