集裝箱式軌道吊遠程控制半自動研究

胡宗寶

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

關鍵詞 遠程控制;半自動;ECS系統(tǒng);VCMS系統(tǒng)

前言及總體構架

軌道吊遠程控制半自動化研究就是把原有的一人一機的駕駛室操作模式，改變?yōu)檫h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，實現(xiàn)一臺操作臺可以遠程控制幾臺軌道吊實現(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)送到軌道吊遠程半自動智能控制系統(tǒng)（ECS），ECS根據(jù)軌道吊位置及目標箱位置做出判斷，尋找完成該目標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構相應的動作指令，依次傳給軌道吊，通過軌道吊執(zhí)行相應指令實現(xiàn)：軌道吊根據(jù)指令自動運行大車到目標貝位;吊具自動運行到目標箱尺寸;小車自動運行到目標箱排位上方;起升機構自動下降到目標箱上方安全位置;最后點動抓、放箱及開閉鎖的操作由該遠程操作臺的司機手動完成。

1項目方案

1.1 智能控制中樞ECS系統(tǒng)

軌道吊遠程半自動智能控制系統(tǒng)簡稱ECS，主要負責和碼頭生成管理系統(tǒng)（TOS）通信，控制整個堆場軌道吊的運行，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，實現(xiàn)軌道吊“一對多”，“半自動”的遠程控制，同時擁有設備安全防護、警告故障提示、防吊錯箱及運行日志記錄等功能。ECS系統(tǒng)在任何中斷條件下再次進入自動狀態(tài)時，會檢測當前相關狀態(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)即遠程操控可視化系統(tǒng)，能將設備運行狀態(tài)、TOS指令信息及ECS指令執(zhí)行步驟等信息傳送到司機眼前。VCMS界面由WEB頁面展現(xiàn)，WEB技術能將文本、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)址就能隨時進入VCMS界面。

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

（2）基于頁面平臺開發(fā)的視頻監(jiān)控

根據(jù)司機操作時的視角習慣，在軌道吊各機構關鍵位置安裝前端攝像頭，對起升、小車、大車、吊具等視頻畫面進行采集并傳輸至監(jiān)控端。考慮到成本及后期功能擴展性差等因素，本次項目采用web技術，無須安裝客戶端，開發(fā)者通過HTML里的多媒體標簽語言，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)操作要求實現(xiàn)畫面的無縫切換。不同設備之間的畫面切換時，網(wǎng)頁可以通過讀取數(shù)據(jù)庫上的機號選擇開關信號，將相應設備畫面的多媒體z-index 重疊順序?qū)傩赃M行排序，以達到優(yōu)先顯示的效果，切換時間為毫秒級。

1.3 設備定位系統(tǒng)

設備各機構要實現(xiàn)遠程控制半自動，必須實現(xiàn)位置精準定位，軌道吊軌道式大車和自行式軌道小車因為滑動等原因造成位置累計誤差不可避免，我們通過研究、技術論證、實驗，最終確定了以下幾種辦法來實現(xiàn)各機構精準定位和位置校驗。

（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。以軌道吊大車運行軌道為基準，測出整根軌道的長度，根據(jù)測量數(shù)據(jù)將長度進行等分，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行校正，達到大車精準定位的目的。

（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，測出整根軌道的長度，根據(jù)測量將長度進行等分，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行校正，達到小車精準定位的目的。

（3）起升定位

起升定位主要采用絕對值編碼器定位，起升機構短時間內(nèi)位置累積偏差較小，本項目用測距激光限位作為編碼器定位的檢驗裝置。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)值進行比較，計算偏差量，使用效果較好[2]。

1.4 視頻系統(tǒng)

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

1.5 保護系統(tǒng)

（1）設備大車之間防撞保護

設備之間大車防撞在原有光電防撞的基礎上，我們增設了三層防撞保護：ECS大腦層防撞保護、遠程控制臺PLC防撞保護、設備之間雷達監(jiān)測防撞。ECS大腦層防撞保護和遠程控制臺PLC防撞保護都是采集相同軌道上的設備大車位置值，對位置值和大車寬度值進行處理后實現(xiàn)大車之間的減速停止防撞保護功能。

雷達測距防撞直接采用雷達測出來的距離值與設定值進行比較，實現(xiàn)大車之間的減速停止防撞保護功能。

（2）設備和物體之間的防撞保護

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

2結束語

該系統(tǒng)研究涉及的設計、研發(fā)、安裝、測試等均由我司技術人員和班組員工獨立自主實施。軌道吊遠程操控不僅可以節(jié)約人員成本，提高設備使用效率，還能改善司機工作環(huán)境，降低勞動強度，得到了一致好評。項目組針對本次軌道吊遠程半自動控制的研究目標已初步完成，并攻克了多系統(tǒng)通訊檢測、機構精確定位以及半自動化運行等相關課題，本次研究過程中的成果與經(jīng)驗，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踐基礎。

參考文獻

[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及參數(shù)設定[J].水運工程，2016，（9）：116-121.

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

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