CN107879251A - 一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，包括视频系统、语音系统和远程操作台；所述的视频系统包括安装在操作现场的摄像机和安装在操作室内的显示器，所述的摄像机摄像的画面通过通信系统传送到操作室内显示器显示；所述的语音系统包括操作室内的第一喇叭和第一话筒和安装在操作现场的第二喇叭和第二话筒，所述的第一话筒输出通过通信系统接所述的第二喇叭，所述的第二话筒输出通过通信系统接所述的第一喇叭；所述的远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致的操作手柄和按钮，所述的操作手柄和按钮遥控吊机相应的执行机构。本发明通过在远程控制室内模拟吊机驾驶室内的操作手柄进行远程遥控操作，改善了工作环境。

Description

一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统

技术领域

本发明涉及一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统。

背景技术

集装箱门转向吊机是通过吊起集装箱后旋转180度，从而达到转向的目的。由于吊机是户外操作，所以现场环境比较恶劣且存在诸多不安全因素，操作强度大，对操作员的操作水平要求较高，培训时间长，单人单机的操作模式造成人员安排不灵活。如果可以把操作室移到户内，同时实现半自动化操作，将大大改善操作环境及减小劳动强度，减少人工操作步骤后对操作员的要求大大降低，培训时间可以大大减少，可以实现一人多机的操作模式，根据操作繁忙程度灵活安排操作员数量，因此，远程半自动化操作系统是实现远程操作的关键系统，其性能好坏将直接影响到操作效率、舒适度及安全性。现有的远程操作系统一般不具备半自动化功能，操作的全过程仍然需要人工参与，操作的强度较大，操作安全和效率与操作员本身的技能和专注度有很大关系，不能保持在一个稳定的水平，操作员培训时间长，不能实现一人多机模式，人员安排不灵活。

发明内容

本发明要解决的是现有集装箱门转向吊机户外人工操作强度大，环境恶劣，操作效率和安全不稳定，操作员培训时间长，人员安排不灵活的不足，提供一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，包括视频系统、语音系统和远程操作台；

所述的视频系统包括安装在操作现场的摄像机和安装在操作室内的显示器，所述的摄像机摄像的画面通过通信系统传送到操作室内显示器显示；

所述的语音系统包括操作室内的第一喇叭和第一话筒和安装在操作现场的第二喇叭和第二话筒，所述的第一话筒输出通过通信系统接所述的第二喇叭，所述的第二话筒输出通过通信系统接所述的第一喇叭；

所述的远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致的操作手柄和按钮，所述的操作手柄和按钮遥控吊机相应的执行机构。

本发明通过在远程控制室内模拟吊机驾驶室内的操作手柄进行远程遥控操作，改善了工作环境。

进一步的，上述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统中：所述的摄像头包括安装在吊机门腿4个角,用于观察箱锁和箱孔，的4个旋锁摄像头；1个安装在本地驾驶室下方，用于观察吊具动作的全过程的操作摄像头；1个安装在吊机背面的横梁上，用于观察操作过程中的盲区的安全摄像头。

进一步的，上述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统中：所述的4个旋锁摄像头的安装支架为直接在地面制作基座；所述的操作摄像头和安全摄像头安装在与吊具的震动幅度是一致的防震支架上。

进一步的，上述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统中：所述的远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致如下操作手柄或按钮：

用于远程送上吊机控制电源的控制电源开关；

选择操作台控制哪一台吊机的吊机操作选择开关；

操作手动起升吊具和旋转吊具的主操作手柄；

在对箱时可以手动调节吊具前后左右动作的吊具操作手柄；

控制吊具旋锁紧缩和松锁的吊具松紧锁手柄；

控制吊具20’，40’尺寸的切换的吊具伸缩排按钮；

控制吊具回到初始状态的吊具回零按钮；

手动动作完成后，用于切换到自动模式的手动/自动切换按钮；

处理故障时可以旁路所有连锁保护，人工手动操作设备的吊具/限位旁路按钮；

用于紧急切断吊机电源的紧停开关；

用于控制吊机灯光的投光灯开关；

用于手动切换不同的监控画面的视频切换按钮；

用于手动放行任何一条车道的拖车的拖车放行开关。

附图说明

图1是本发明操作室内的结构框图。

图2是本发明吊机前端结构图。

具体实施方式

本实施例是一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，包括视频系统、语音系统和远程操作台；

视频系统包括安装在操作现场的摄像机和安装在操作室内的显示器如图1和图2所示，所述的摄像机摄像的画面通过通信系统传送到操作室内显示器显示；摄像头包括安装在吊机门腿4个角,用于观察箱锁和箱孔，的4个旋锁摄像头；1个安装在本地驾驶室下方，用于观察吊具动作的全过程的操作摄像头；1个安装在吊机背面的横梁上，用于观察操作过程中的盲区的安全摄像头。其中4个旋锁摄像头的安装支架为直接在地面制作基座；操作摄像头和安全摄像头安装在与吊具的震动幅度是一致的防震支架上。总共6个摄像机，分别在操作室内显示器中监控，其中，4个摄像头安装在吊机门腿4个角,用于观察箱锁和箱孔，称为旋锁摄像头；1个安装在本地驾驶室下方，用于观察吊具动作的全过程，称为操作摄像头；1个安装在吊机背面的横梁上，用于观察操作过程中的盲区，称为安全摄像头。

摄像头的安装都经过防震动处理，4个旋锁摄像头的安装支架与吊机是分离安装，达到吊机在工作过程中摄像头零震动的效果，操作人员可以通过视频画面精准进行旋锁对位；操作摄像头和安全摄像头通过专门设计的防震支架，达到摄像头与吊具的震动幅度是一致的，避免吊机在工作过程中的震动造成视频画面震动而引起操作人员的不适。

语音系统包括操作室内的第一喇叭和第一话筒和安装在操作现场的第二喇叭和第二话筒，第一话筒输出通过通信系统接所述的第二喇叭，第二话筒输出通过通信系统接第一喇叭；实现现场与操作室远程交互，操作手可以在远程的操作室内对现场工人进行指挥。

远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致的操作手柄和按钮，所述的操作手柄和按钮遥控吊机相应的执行机构。这些远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致如下操作手柄或按钮：

用于远程送上吊机控制电源的控制电源开关；

选择操作台控制哪一台吊机的吊机操作选择开关；

操作手动起升吊具和旋转吊具的主操作手柄；

在对箱时可以手动调节吊具前后左右动作的吊具操作手柄；

控制吊具旋锁紧缩和松锁的吊具松紧锁手柄；

控制吊具20’，40’尺寸的切换的吊具伸缩排按钮；

控制吊具回到初始状态的吊具回零按钮；

手动动作完成后，用于切换到自动模式的手动/自动切换按钮；

处理故障时可以旁路所有连锁保护，人工手动操作设备的吊具/限位旁路按钮；

用于紧急切断吊机电源的紧停开关；

用于控制吊机灯光的投光灯开关；

用于手动切换不同的监控画面的视频切换按钮；

用于手动放行任何一条车道的拖车的拖车放行开关。

控制原理：操作台通过不同的手柄或按钮发指指令信号，信号通过远程操作站的FUJI MICREX-SX PLC的I/O(输入/输出)模块发出，经过OLM模块转换成光纤信号后由光纤传到吊机FUJI MICREX-SX PLC的I/O模块，通过PLC CPU的运算后，CPU发出执行信号到相应执行机构(马达、灯光等)的I/O模块，接通或者关闭执行机构，从而达到控制吊机的目的。

因为操作现场仍然是人工拖车运输集装箱，而且不是完全封闭的场所，所以，为了操作安全，在接近地面且安全高度以下的操作由人工远程操作完成，其余操作全部由系统自动完成，操作完一个箱，待吊具自动上升到安全高度后，系统会自动放行一部拖头进入吊机操作区域，避免多车进入造成危险。安全高度是由系统自动识别：空吊具下降的安全高度为离车架上集装箱面300mm；吊具带箱下降的安全高度为离拖车车顶300mm。

本发明采用了以下技术：变频器驱动控制技术、PLC控制技术、起升钢丝绳8绳缠绕系统，小车旋转定位技术(TPD)，起升高度定位技术(HPD)，以及视频定点定焦切换技术。

如图1和图2所示本实施例的远程半自动化操作的集装箱门转向吊机，包括PLC、变频器、高清监控摄像头、光端机、光纤终端盒、硬盘录像机、监控显示屏及远程操作台。这里PLC用于控制吊机的动作，在吊机本地和远程操作台各安装一套。吊机本地的PLC负责采集和发出所有控制信号并发出控制指令，远程操作台的PLC负责发送远程操作的控制指令到吊机PLC以及接收吊机本地发过来的控制信号。

远程操作台包括PLC、通讯转换模块OLM(OLM是光链路模块，用于Profibus通讯和光纤通讯信号之间的转换。)、操作手柄、视频控制云台、语音系统、操作按钮和信号灯等。除了远程自动化控制，本地操作仍旧保留，如果远程操作出现故障，本地操作可以马上启用而避免中断生产。PLC通讯采用的是profibus通讯协议，与远程吊机终端通过OLM转接模块实现光纤通讯，高清摄像头和语音系统也是通过光纤与远程操作台进行通讯，光纤采用的是6芯单模光纤，具有光信号衰减小及传输距离远的优点。其中，吊机与远程主操作台进行通讯，远程副操作台与主操作台进行通讯，主/副操作台可以任意选择一台吊机进行操作，在繁忙时间两个操作台同时作业，空闲时间可以启用任意一个操作台操作两台设备，大大提高了人员生产编排的灵活性，避免人手浪费。为了保证安全，本地操作和远程操作进行软件和硬件的连锁保护，在本地操作室必须用专用钥匙打到“本地操作”模式，才能送上控制电源进行操作，而远程操作台是无法再送上控制电源的。PLC接收所有外围控制点的信号，包括限位和编码器，运算后发出执行指令到交流(AC)变频器驱动马达，AC变频器具有能耗低，电流控制精准等优点，配合稳定的8绳缠绕系统，可以基本消除吊具的晃动，不需额外安装防摇系统便可实现集装箱的平稳旋转和放置，大大提升操作效率。TPD采用绝对编码器、停止限位和紧急停止限位进行定位和控制，正常工作状态下，小车旋转通过编码器控制减速和停止，在终点位置设置停止机械摇臂限位和终点机械摇臂限位作为保护限位，避免编码器失效而过行程。HPD采用凸轮限位，绝对编码器和PG进行定位和速度控制，凸轮限位控制起升的减速和停止，绝对编码器计算起升高度，PG控制起升的速度，实现起升速度和位置的精准控制。视频定点定焦切换预设了集装箱顶和箱底的两个位置，焦距为近距离视野，以方便操作员在手工操作时对箱顶锁和箱底锁的监控，保证安全操作。

其工作原理简述如下：

系统在自动起升或下降的时候，由PG采集信号通过PLC控制速度，到达凸轮限位标定的减速区时，PLC给出减速指令到变频器，控制马达在设定的时间内减速到指定速度，到达凸轮限位标定的停止位置时，PLC给出停止指令到变频器，变频器减小电流输出，直到PG检测到马达速度降到3％时，刹车抱闸，起升停止，在整个起升或下降过程中，绝对编码器计算的起升位置与PG计算的位置进行实时比对，如果误差超过500mm，系统会进行紧急停止以保证安全。吊具吊箱上升到最高停止位置后，PLC给出小车旋转指令到变频器，控制马达进行180度旋转，旋转速度和位置由编码器进行控制，如果发生过行程，有停止机械摇臂限位和终点机械摇臂限位两级保护进行停机以保证安全。

综上所述，本远程半自动化吊机在充分保证操作安全的前提下，实现系统取代人工大部分操作，同时可以进行一人对多机的操作模式，既能改善操作环境，降低劳动强度，提高生产效率，又能根据生产繁忙程度灵活编排操作人员，对公司，对员工达到了双赢的目的。

Claims (4)

1.一种集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，其特征在于：包括视频系统、语音系统和远程操作台；

所述的视频系统包括安装在操作现场的摄像机和安装在操作室内的显示器，所述的摄像机摄像的画面通过通信系统传送到操作室内显示器显示；

所述的语音系统包括操作室内的第一喇叭和第一话筒和安装在操作现场的第二喇叭和第二话筒，所述的第一话筒输出通过通信系统接所述的第二喇叭，所述的第二话筒输出通过通信系统接所述的第一喇叭；

所述的远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致的操作手柄和按钮，所述的操作手柄和按钮遥控吊机相应的执行机构。

2.根据权利要求1所述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，其特征在于：所述的摄像头包括安装在吊机门腿4个角,用于观察箱锁和箱孔，的4个旋锁摄像头；1个安装在本地驾驶室下方，用于观察吊具动作的全过程的操作摄像头；1个安装在吊机背面的横梁上，用于观察操作过程中的盲区的安全摄像头。

3.根据权利要求1所述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，其特征在于：所述的4个旋锁摄像头的安装支架为直接在地面制作基座；所述的操作摄像头和安全摄像头安装在与吊具的震动幅度是一致的防震支架上。

4.根据权利要求1或2或3所述的集装箱门转向吊机的远程半自动化操作系统，其特征在于：所述的远程操作台设置有与现场吊机驾驶室一致如下操作手柄或按钮：

用于远程送上吊机控制电源的控制电源开关；

选择操作台控制哪一台吊机的吊机操作选择开关；

操作手动起升吊具和旋转吊具的主操作手柄；

在对箱时可以手动调节吊具前后左右动作的吊具操作手柄；

控制吊具旋锁紧缩和松锁的吊具松紧锁手柄；

控制吊具20’，40’尺寸的切换的吊具伸缩排按钮；

控制吊具回到初始状态的吊具回零按钮；

手动动作完成后，用于切换到自动模式的手动/自动切换按钮；

处理故障时可以旁路所有连锁保护，人工手动操作设备的吊具/限位旁路按钮；

用于紧急切断吊机电源的紧停开关；

用于控制吊机灯光的投光灯开关；

用于手动切换不同的监控画面的视频切换按钮；

用于手动放行任何一条车道的拖车的拖车放行开关。