CN103612989B - 门式起重机自动控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种门式起重机的自动控制系统，包括门式起重机、定位发射装置、数据处理设备,所述小车中心位置设置有第一定位发射装置，所述吊具底部设置有第一距离探测器，所述集装箱顶面四角上设置有第二定位发射装置，底面设置有第二距离探测器，数据处理设备接收第一定位发射装置、第二定位发射装置、第一距离探测器、称重装置和第二距离探测器传来的信息，数据处理设备还能控制驱动机构和吊具收放机构的运作。本发明还提供了控制系统的控制方法，通过简单的定位发射装置与传感器相结合，能够自动控制小车的行进和吊具的放落，并能根据实际情况对小车行进速度和吊具放落速度进行控制，消除人为操作时的不稳定因素。
Description
技术领域
本发明属于起重机自动控制技术领域，尤其是涉及一种门式起重机的自动控制系统。
背景技术
为了满足经济贸易全球化的快速发展，作为重要物流工具的起重机正向着高参数、大型化发展，起重机机构的运行速度和起升高度也大幅度地提高。在港口和堆场，常常要在码头、堆场和船、汽车之间装卸集装箱等货物。集装箱起重机装卸过程中，一般都采用人工操作的方式，调整吊具到合适位置抓取集装箱这一过程会耗费大量的时间，新的驾驶员往往要多次调整起重机大车、小车，才能使吊具抓住集装箱，效率较低，即使熟练的司机也需要几次调整吊具来抓取集装箱。另外，控制吊具的降落和起升过程也需要精准的操控，如果降落过快，则容易使吊具碰到集装箱顶部，造成吊具或集装箱损伤，如果起吊过快，则容易造成缆索局部张力过大，长此以往，容易缩短起重机的使用寿命。
此外，人为操控过程中总难避免有误操作现象发生，由于集装箱质量很大，稍有不慎，会造成无法估量的后果，因此，开发一种自动控制运行的起重机系统成为必然。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种门式起重机的自动控制系统及控制方法，重点研究两个方面，其一是小车在平移时吊具如何定位以保证吊具正好位于集装箱上方，二是如何控制吊具降落和起升时的速度。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种门式起重机自动控制系统，包括门式起重机、定位发射装置、数据处理设备,所述门式起重机包括横梁和支腿，所述横梁上设置有小车，所述小车与驱动机构相连，所述驱动机构驱动小车沿横梁来回移动，小车上还设置有制动机构，小车下悬挂有吊具，所述吊具连接着吊具收放机构， 所述小车中心位置设置有第一定位发射装置，所述第一定位发射装置用于采集并发射小车中心位置信息，所述吊具底部设置有第一距离探测器，所述距离探测器用于探测吊具底部与集装箱之间的距离，所述集装箱顶面四角上设置有第二定位发射装置，底面设置有第二距离探测器，所述第二定位发射装置用于采集并发射集装箱顶面位置信息，第二距离探测器用于探测集装箱底部与下方地面或集装箱之间的距离，数据处理设备接收第一定位发射装置、第二定位发射装置、第一距离探测器、称重装置和第二距离探测器传来的信息，数据处理设备还能控制驱动机构和吊具收放机构的运作。
作为本发明的一种优选方案，所述数据处理设备和定位发射装置、距离探测器通过无线传输方式相连。
一种门式起重机自动控制方法，包括如下步骤：
（1）第一定位发射装置和第二定位发射装置分别发射信息至数据处理设备；
（2）所述数据处理设备根据第二定位发射装置采集的需要进行提升的集装箱顶面四角信息，运算得到集装箱顶面中心点；根据第二定位发射装置采集的信息，得到小车位置信息，以小车位置信息为起点，以集装箱顶面中心点为第一终点，得到小车需要行走的距离，并根据需要设定运行速度，根据设定的运行速度，控制驱动机构驱动小车沿横梁运行，在驱动运行距离结束时，控制制动机构对小车进行制动；
（3）小车运行到第一终点后，吊具底部的第一距离探测器不断采集吊具底部与集装箱顶部之间的距离并发送至数据处理设备；
（4）数据处理设备控制吊具收放装置进行吊具的第一阶段放落，此时的放落速度较快，当数据处理设备判断到第一距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第一近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，此时的放落速度较为缓慢，直至距离探测器采集到的距离信息等于预先设定的吊装距离阈值时停止放落。两个阶段中的放落速度可以根据需要进行设定。
（5）将吊具连接至集装箱；
（6）数据处理设备控制吊具收放装置提升；
（7）吊具上的称重装置获得集装箱的重量并发送至数据处理设备，数据处理设备根据集装箱的重量选择合适的速度控制驱动机构驱动小车运行至第二终点；
（8）数据处理设备控制吊具收放装置进行吊具的第一阶段放落，当数据处理设备判断到第二距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第二近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，直至第二距离探测器采集到的距离信息等于0。
作为控制方法的一种改进方案，所述步骤（4）之后还包括二次调整步骤：判断当第一定位发射装置采集的位置信息与第二定位发射装置采集的位置信息不相同时，数据处理设备控制驱动机构再次驱动小车行走至第一终点。
作为控制方法的一种优选方案，所述步骤（5）采用人工操作方式或者自动操作方式，采用人工操作时，由现场操作人员将各个吊爪与集装箱上的吊点连接；当采用自动操作方式时，吊具中包括自动式吊爪，吊爪至少为四个，在集装箱顶部具有相应数量的吊点，在吊爪和吊点上都安装定位发射装置，由数据处理设备判断吊爪和吊点是否对准，当对准时则控制自动式吊爪打开穿过吊点后扣紧，完成吊具的自动连接。
本发明提供的门式起重机自动控制系统和控制方法，通过简单的定位发射装置与传感器相结合，能够自动控制小车的行进和吊具的放落，并能根据实际情况对小车行进速度和吊具放落速度进行控制，消除人为操作时的不稳定因素。成本低廉，而且定位发射装置和传感器可以作为外接辅助设备方便地拆除和安装，便于重复利用，节约成本。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种门式起重机自动控制系统，，包括门式起重机、定位发射装置、数据处理设备,其中门式起重机包括横梁和支腿，所述横梁上设置有小车，所述小车与驱动机构相连，所述驱动机构驱动小车沿横梁来回移动，小车上还设置有制动机构，小车下悬挂有吊具，所述吊具连接着吊具收放机构，吊具收放机构能够控制吊具的降落和提升，上述结构为一般门式起重机的常规结构，本领域中技术人员能够了解各部件之间的连接关系和附属零部件在本发明中不进行详细阐述。所述小车中心位置设置有第一定位发射装置，这里的小车中心位置实质上是指小车底部平面的中心位置。所述第一定位发射装置用于采集并发射小车中心位置信息，所述吊具底部设置有第一距离探测器，所述距离探测器用于探测吊具底部与集装箱之间的距离，所述集装箱顶面四角上设置有第二定位发射装置，底面设置有第二距离探测器，所述第二定位发射装置用于采集并发射集装箱顶面位置信息，第二距离探测器用于探测集装箱底部与下方地面或集装箱之间的距离，数据处理设备接收第一定位发射装置、第二定位发射装置、第一距离探测器、称重装置和第二距离探测器传来的信息，数据处理设备还能控制驱动机构和吊具收放机构的运作。第一定位发射装置和第二定位发射装置采集并发射的信息都为二维平面数据。
定位装置可采用位置传感器、GPS定位器等能够获取位置信息的装置。
作为本发明的一种优选方案，所述数据处理设备和定位发射装置、距离探测器通过无线传输方式相连。
一种门式起重机自动控制方法，包括如下步骤：
（1）第一定位发射装置和第二定位发射装置分别发射信息至数据处理设备；
（2）小车运行到吊装点：所述数据处理设备根据第二定位发射装置采集的需要进行提升的集装箱顶面四角信息，运算得到集装箱顶面中心点；根据第二定位发射装置采集的信息，得到小车位置信息，以小车位置信息为起点，以集装箱顶面中心点为第一终点，得到小车需要行走的距离，并根据需要设定运行速度，根据设定的运行速度，控制驱动机构驱动小车沿横梁运行，在驱动运行距离结束时，控制制动机构对小车进行制动。该步骤中小车为空载，因此这里的运行速度可以设置得比较快（可以预先设定），甚至接近小车运行的最高速度，但必须注意的是，需要预留小车的制动距离（小车运行的总距离=驱动运行距离+制动距离），以尽量使小车停止后的中心点位置与集装箱顶面中心点位置重合。由于机械结构随着时间的推移会逐渐磨损锈蚀，因此在制动后通常小车有可能并不能按照运算值停在合适的位置，因此还可能包括二次调整步骤：此时判断当第一定位发射装置采集的位置信息与第二定位发射装置采集的位置信息不相同时，数据处理设备控制驱动机构再次驱动小车行走至第一终点,因为这时小车与终点的距离比较接近，因此速度应较为缓慢（该速度可以预先设定），制度距离也可以忽略不计。
（3）小车运行到第一终点后，吊具底部的第一距离探测器不断采集吊具底部与集装箱顶部之间的距离并发送至数据处理设备；
（4）数据处理设备控制吊具收放装置进行吊具的第一阶段放落，此时的放落速度较快，当数据处理设备判断到第一距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第一近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，此时的放落速度较为缓慢，直至距离探测器采集到的距离信息等于预先设定的吊装距离阈值。两个阶段中的放落速度可以根据需要进行设定。
（5）将吊具连接至集装箱；现有的吊具中包括半自动吊爪和自动式吊爪，吊爪至少为四个，在集装箱顶部具有相应数量的吊点。该步骤可以由人工操作或者自动操作，采用人工操作时，由现场操作人员将各个吊爪与集装箱上的吊点连接。如果采用自动操作方式，应在吊爪和吊点上都安装定位发射装置，由数据处理设备判断吊爪和吊点是否对准，当对准时则控制自动式吊爪打开穿过吊点后扣紧，完成吊具的自动连接。
（6）数据处理设备控制吊具收放装置提升；
（7）数据处理设备控制驱动机构驱动小车运行至第二终点，该步骤中小车下的吊具承载有集装箱，集装箱可能为空也可能载有负荷，吊具上的称重装置能够获得集装箱的重量，根据集装箱的重量，数据处理设备计算小车运行速度，（应设置一个重量阈值以区分较重负荷和较轻负荷，并根据不同的负荷预先设定运行的速度），根据实际负荷以不同的速度驱动小车运行。
我们知道，门式起重机通常是将堆放在第一终点处的集装箱依次摆放至第二终点处，因此根据终点处的集装箱的位置信息可以确定小车运行的第二终点。当第二终点处无集装箱摆放时，可以在第二终点处集装箱预定摆放的位置周边四角安装定位发射装置，以发送第二终点位置信息至数据处理设备。
（8）数据处理设备控制吊具收放装置进行集装箱的放落，其中也包括两个阶段的放落：首先进行吊具的第一阶段放落，此时的放落速度较快，当数据处理设备判断到第二距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第二近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，此时的放落速度较为缓慢，直至第二距离探测器采集到的距离信息等于0。两个阶段中的放落速度可以根据需要进行设定。
本例中在多个步骤都提到了小车的不同行进速度和吊具的不同放落速度，根据实际应用环境中各设备的具体型号和性能，可以根据需要预先设定这些速度值。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种门式起重机自动控制系统，其特征在于：包括门式起重机、定位发射装置、数据处理设备,所述门式起重机包括横梁和支腿，所述横梁上设置有小车，所述小车与驱动机构相连，所述驱动机构驱动小车沿横梁来回移动，小车上还设置有制动机构，小车下悬挂有吊具，所述吊具连接着吊具收放机构， 所述小车中心位置设置有第一定位发射装置，所述第一定位发射装置用于采集并发射小车中心位置信息，所述吊具底部设置有第一距离探测器，所述第一距离探测器用于探测吊具底部与集装箱之间的距离，所述集装箱顶面四角上设置有第二定位发射装置，底面设置有第二距离探测器，所述第二定位发射装置用于采集并发射集装箱顶面位置信息，第二距离探测器用于探测集装箱底部与下方地面或集装箱之间的距离，数据处理设备接收第一定位发射装置、第二定位发射装置、第一距离探测器、称重装置和第二距离探测器传来的信息，数据处理设备还能控制驱动机构和吊具收放机构的运作。
2.根据权利要求1所述的门式起重机自动控制系统，其特征在于：数据处理设备和定位发射装置、距离探测器通过无线传输方式相连。
3.一种门式起重机自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）第一定位发射装置和第二定位发射装置分别发射信息至数据处理设备；
（2）所述数据处理设备根据第二定位发射装置采集的需要进行提升的集装箱顶面四角信息，运算得到集装箱顶面中心点；根据第一定位发射装置采集的信息，得到小车位置信息，以小车位置信息为起点，以集装箱顶面中心点为第一终点，得到小车需要行走的距离，并根据需要设定运行速度，根据设定的运行速度，控制驱动机构驱动小车沿横梁运行，在驱动运行距离结束时，控制制动机构对小车进行制动；
（3）小车运行到第一终点后，吊具底部的第一距离探测器不断采集吊具底部与集装箱顶部之间的距离并发送至数据处理设备；
（4）数据处理设备控制吊具收放装置进行吊具的第一阶段放落，此时的放落速度较快，当数据处理设备判断到第一距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第一近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，此时的放落速度较为缓慢，直至第一距离探测器采集到的距离信息等于预先设定的吊装距离阈值；
（5）将吊具连接至集装箱；
（6）数据处理设备控制吊具收放装置提升；
（7）吊具上的称重装置获得集装箱的重量并发送至数据处理设备，数据处理设备根据集装箱的重量选择合适的速度控制驱动机构驱动小车运行至第二终点；
（8）数据处理设备控制吊具收放装置进行吊具的第一阶段放落，当数据处理设备判断到第二距离探测器采集到的距离信息小于预先设定的第二近距离阈值时，控制吊具收放装置进行吊具的第二阶段放落，直至第二距离探测器采集到的距离信息等于0。
4.根据权利要求3所述的门式起重机自动控制方法，其特征在于：所述步骤（4）之后还包括二次调整步骤：判断当第一定位发射装置采集的位置信息与第二定位发射装置采集的位置信息不相同时，数据处理设备控制驱动机构再次驱动小车行走至第一终点。
5.根据权利要求3或4所述的门式起重机自动控制方法，其特征在于：所述步骤（5）采用人工操作方式或者自动操作方式，采用人工操作时，由现场操作人员将各个吊爪与集装箱上的吊点连接；当采用自动操作方式时，吊具中包括自动式吊爪，吊爪至少为四个，在集装箱顶部具有相应数量的吊点，在吊爪和吊点上都安装定位发射装置，由数据处理设备判断吊爪和吊点是否对准，当对准时则控制自动式吊爪打开穿过吊点后扣紧，完成吊具的自动连接。
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