集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统技术方案

一种用于集装箱堆场轮胎吊的自动化作业控制装置，能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器等的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，自动完成空载(或载箱)吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱等作业；且具有手/自动模式互补、冗余定位、防打保龄、松绳停降、紧绳禁开锁、紧急停机、故障提示、过程记录、远程监控等多种功能，能显著提高对位精度、提升作业效率、减少撞箱事故和节约人力成本，可广泛用于集装箱堆场的各类轮胎式和轨道式龙门吊。

【技术实现步骤摘要】
集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统
本专利技术涉及一种用于集装箱堆场轮胎吊的自动化作业控制装置，尤其是能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器等的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，自动完成空载(或载箱)吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱等作业的集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统。
技术介绍
集装箱堆场轮胎吊(简称轮胎吊)是一种用于集装箱堆场、依赖轮胎行走的门式起重设备，相比依赖轨道行走的轨道吊具有投资成本低、灵活机动性好、标准化程度高等优点，但也存在作业效率低、劳动强度大、安全隐患多、自动化实现难度大等缺点。目前轮胎吊自动化作业系统仍处于研发测试(或试运行)阶段，国内外尚未见成功推广案例。据资料分析，现有的轮胎吊自动化作业系统方案大多采用激光扫描测距仪、绝对值编码器、高清数字摄像机等一种(或多种)传感器测量技术，普遍存在定位精度差、自动化程度低、场地适应性差、安全可靠性低、投资及维护成本高、作业效率提升不明显等缺陷，因此总体实用性不大、难以实现推广应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为克服在研轮胎吊自动化作业系统普遍存在的定位精度差、自动化程度低、场地适应性差、安全可靠性低、投资及维护成本高、作业效率提升不明显等缺陷，本专利技术提供一种集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统，能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器等的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，进行吊具位置及速度、吊架扭转及伸缩、旋锁开闭等运动控制，自动完成空载(或载箱)吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱等作业。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统主要由远程监控计算机(RMC)、工控机(IPC)或可编程自动化控制器(PAC)、绝对值编码器(AVE)、激光测距传感器(LDS)、双向倾角传感器(TAS)、高清数字摄像机(HDC)、自动控制确认按钮(ACB)、急停按钮(ESB)、可编程控制器(PLC)或运动控制器(SMC)等组件构成。该系统原理是：安装在小车运行和起升机构传动轴上的两台AVE分别测量小车水平向绝对位置和吊具垂向绝对位置，对称安装在小车四角上的四台LDS分别测量吊具两侧下方的堆场高度，安装在小车上的一台TAS测量轮胎吊前后/左右方向的水平倾角，对称安装在小车上的两台HDC分别采集吊具两侧及下方堆场的视觉图像，安装在车道侧腿柱外立面上的ACB和ESB分别接收集卡司机的确认和急停信号；安装在司机室的IPC或PAC通过通信端口分别接收AVE、LDS、TAS、HDC发送的数据流，并通过数字I/O口分别接收ACB和ESB的电平信号，以及通过无线局域网接收位于中控室的RMC的远程操控指令和来自码头运营管理系统(TOPS)的箱位调度指令，同时将作业现场的监控信息反馈给RMC和TOPS；IPC或PAC按照手/自动门字运动控制算法，通过通信端口将控制指令发送给PLC或SMC；PLC或SMC再将控制指令通过电机驱动器分别驱动小车运行机构、吊具起升机构、旋锁开闭机构和吊架扭转伸缩机构运行，PLC或SMC还同时接收轮胎吊运行状态监测、操作手柄开关等输入信号，并发送运行状态指示等输出信号。作业系统的手/自动门字运动控制算法：主要分手动和自动两种运行模式，且具有手/自动模式互补功能；开机默认自动运行模式，如切换至手动运行模式，系统将暂停自动运行后续作业步骤，再次切换回自动运行模式并解除暂停后，系统将恢复自动运行后续作业步骤。手动运行模式下，可实现小车运行速度、吊具升降速度、吊架扭转/伸缩、旋锁开闭等控制功能，小车运行速度控制还包括防打保龄功能，吊具升降速度控制还包括松绳停降功能，旋锁开闭控制还包括紧绳禁开锁功能。自动运行模式下，作业指令未更新或有错误时等待作业指令，否则顺序执行准备阶段(包括上升至门顶、平移至门顶起点)、起点阶段(包括下降至悬空低位、提示自动控制确认、下降至触底松绳、闭锁抓箱、上升至门顶)、过渡阶段(包括平移至门顶终点)、终点阶段(包括下降至悬空低位、提示自动控制确认、下降至触底松绳、开锁放箱、上升至门顶)13个作业步骤，期间可随时执行急停并退出自动运行、中止自动运行、跳过当前转至下一步骤、暂停后续步骤、切换至手动模式并暂停后续步骤等操作；LDS与HDC定位误差超出门限时，暂停后续步骤、故障提示及记录；吊具悬停着落阶段，处于车道排位时须远程和集卡司机同时保持确认状态方可继续自动运行，处于其它排位时仅须保持远程确认状态即可继续自动运行。作业系统的远程操作界面：系统主面板主要包括作业场景动画演示、作业场景摄像监视、箱位调度指令、被吊箱型指令、吊具工作状态、吊具当前位置、吊具当前速度、大车当前倾角、自动运行模式、手动运行模式、故障报警、指令已完成、急停外部按钮、自动控制确认外部按钮、设置、启动、急停、退出等控件区位，设置子面板主要包括保存用户设置、恢复用户设置、恢复出厂设置、应用退出、动画演示参数、大车结构参数、小车结构参数、吊具结构参数、集装箱结构参数、堆场结构参数、编码器配置参数、激光器配置参数、倾角计配置参数、摄像头配置参数、运动控制参数、控制器配置参数等控件区位，用户可通过触控式显示屏进行监视和操作。本专利技术的有益效果是：能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器等的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，自动完成空载(或载箱)吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱等作业；且具有手/自动模式互补、冗余定位、防打保龄、松绳停降、紧绳禁开锁、紧急停机、故障提示、过程记录、远程监控等多种功能，能显著提高对位精度、提升作业效率、减少撞箱事故和节约人力成本，可广泛用于集装箱堆场的各类轮胎式和轨道式龙门吊。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术中作业系统的机械结构图。图2是本专利技术中作业系统的电气结构图。图3是本专利技术中作业系统的控制流程图。图4是本专利技术中作业系统的远程操作界面之系统主面板。图5是本专利技术中作业系统的远程操作界面之设置子面板。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步描述。在图1所示实施例中，本专利技术中作业系统的机械结构主要包括：轮胎吊(1)、小车(11)、吊具(12)、腿柱(13)、集装箱(2)、卡车(3)、绝对值编码器(111)、激光测距传感器(112)、高清数字摄像机(113)、双向倾角传感器(114)、急停按钮(131)、自动控制确认按钮(132)等组件。其中：堆场集装箱按序纵向堆积在轮胎吊下方，卡车通道位于轮胎吊下方一侧，小车在横梁轨道上水平运行，小车上的起升机构通过吊索牵引吊具升降运行，吊具包括吊架扭转伸缩机构、旋锁开闭机构等组件，测量小车水平向位置和吊具垂向位置的绝对值编码器分别安装在小车运行和起升机构的传动轴上，测量吊具两侧下方堆场高度的四台激光测距传感器分别对称安装在小车四角(推荐前/后传感器安装间距Wl＝2Wc+2Wi，Wc为集装箱宽度，Wi为集装箱堆放间隙；推荐左/右传感器安装间距Ll尽量长，但应小于20尺短箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统，能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，进行吊具位置及速度、吊架扭转及伸缩、旋锁开闭运动控制，自动完成空载(或载箱)吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱等作业，且具有手/自动模式互补、冗余定位、防打保龄、松绳停降、紧绳禁开锁、紧急停机、故障提示、过程记录、远程监控功能；该系统主要由远程监控计算机(RMC)、工控机(IPC)或可编程自动化控制器(PAC)、绝对值编码器(AVE)、激光测距传感器(LDS)、双向倾角传感器(TAS)、高清数字摄像机(HDC)、自动控制确认按钮(ACCB)、急停按钮(ESB)、可编程控制器(PLC)或运动控制器(SMC)构成；该系统原理是：两台AVE分别测量小车水平向绝对位置和吊具垂向绝对位置，四台LDS分别测量吊具两侧下方的堆场高度，TAS测量轮胎吊前后左右方向的水平倾角，两台HDC分别采集吊具两侧及下方堆场的视觉图像，ACCB和ESB分别接收集卡司机的确认和急停信号，IPC或PAC通过通信端口分别接收AVE、LDS、TAS、HDC发送的数据流，并通过数字I/O口分别接收ACCB和ESB的电平信号，以及通过无线局域网接收RMC的远程操控指令和码头运营管理系统的箱位调度指令，同时将作业现场的监控信息反馈给RMC和TOPS，IPC或PAC按照手/自动门字运动控制算法，通过通信端口将控制指令发送给PLC或SMC，PLC或SMC再将控制指令通过电机驱动器分别驱动小车运行机构、吊具起升机构、旋锁开闭机构和吊架扭转伸缩机构运行，PLC或SMC还同时接收轮胎吊运行状态监测、操作手柄开关输入信号，并发送运行状态指示输出信号。...

【技术特征摘要】
1.一种集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统，能根据激光测距传感器、绝对值编码器、高清数字摄像机、双向倾角传感器的测量信息和码头运营管理系统的调度指令，通过悬停着落阶段远程+现场自动控制确认方式，进行吊具位置及速度、吊架扭转及伸缩、旋锁开闭运动控制，自动完成空载或载箱吊具的门字运行、侧倾修正、扭转对位、悬停纠偏和抓箱放箱作业，且具有手/自动模式互补、冗余定位、防打保龄、松绳停降、紧绳禁开锁、紧急停机、故障提示、过程记录、远程监控功能；该系统主要由远程监控计算机(RMC)、工控机(IPC)或可编程自动化控制器(PAC)、绝对值编码器(AVE)、激光测距传感器(LDS)、双向倾角传感器(TAS)、高清数字摄像机(HDC)、自动控制确认按钮(ACB)、急停按钮(ESB)、可编程控制器(PLC)或运动控制器(SMC)构成；该系统原理是：两台AVE分别测量小车水平向绝对位置和吊具垂向绝对位置，四台LDS分别测量吊具两侧下方的堆场高度，TAS测量轮胎吊前后左右方向的水平倾角，两台HDC分别采集吊具两侧及下方堆场的视觉图像，ACB和ESB分别接收集卡司机的确认和急停信号，IPC或PAC通过通信端口分别接收AVE、LDS、TAS、HDC发送的数据流，并通过数字I/O口分别接收ACB和ESB的电平信号，以及通过无线局域网接收RMC的远程操控指令和码头运营管理系统(TOPS)的箱位调度指令，同时将作业现场的监控信息反馈给RMC和TOPS，IPC或PAC按照手/自动门字运动控制算法，通过通信端口将控制指令发送给PLC或SMC，PLC或SMC再将控制指令通过电机驱动器分别驱动小车运行机构、吊具起升机构、旋锁开闭机构和吊架扭转伸缩机构运行，PLC或SMC还同时接收轮胎吊运行状态监测、操作手柄开关输入信号，并发送运行状态指示输出信号。2.根据权利要求1所述的集装箱堆场轮胎吊自动化作业系统，所述手/自动门字运动控制算法主要分手动和自动两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹民，曹至文，
申请(专利权)人：上海胜迈机电科技有限公司，曹民，
类型：发明
国别省市：上海;31