CN110615361A - 一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统及起重机，包括远离起重机本体设置的中控室，所述中控室中设有控制系统；还包括集卡定位系统，防吊起系统，防撞系统，机构定位系统，数据通讯系统，所述数据通讯系统分别实现控制系统与集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统之间的通信。

Description

一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统及起重机

技术领域

本发明属于起重设备技术领域，具体涉及一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统及起重机。

背景技术

不断提高集装箱码头的信息化、自动化、智能化水平，已然是实现港口经济效益最大化的一个必要因素，轮胎式龙门起重机作为码头装卸集装箱的重要设备，实现起重机的半自动化控制和人工远程操作，逐渐成为行业内的一种必然趋势。

轮胎式龙门起重机具有设备机动性强、各机构定位困难、安全防护要求高，将多个子系统之间进行协同与配合困难的特点。

发明人认为，现有的远程操控式龙门起重机，其操作系统具有下述缺点：

1)对于轮胎式龙门起重机，远程操作系统在操作轮胎转动时，轮胎的运动状态控制较为困难，起重机整体结构处于作业场中的位置完全由摄像头传递给控制人员，控制人员凭借观看视频来调整轮胎的运动，调整方式不精确，难以将龙门式起重机运动到设定位置。

2)现有轮胎式龙门起重机在起吊集装箱等货物时，缺乏安全防护装置及措施，容易在集装箱与集装箱客车还未分离时就将二者同时起吊；容易在起吊集装箱时碰撞已堆垛成功的集装箱或障碍物。

3)在轮胎式龙门起重机转场与工作时，难以保证通讯的有效性。

发明内容

本发明的第一目的是提供轮胎式龙门起重机的远程操作系统，远程操作轮胎式龙门起重机，至少解决上述现有技术的缺点之一。

本发明的第二目的是提供一种基于上述轮胎式龙门起重机的远程操作系统的起重机，实现集装箱码头的远程、信息化操作。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统，包括远离起重机本体设置的中控室，所述中控室中设有控制系统。

还包括集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统和数据通讯系统。

所述集卡定位系统包括设置于起重机本体上的三维扫描仪；

所述防吊起系统包括设置于起重机本体上的二维扫描仪，所述二维扫描仪能够扫描吊具、集装箱以及集卡车体的相对位置，以判断集卡是否被吊起。

采用防吊起系统，能够利用二维扫描仪判断吊具与集装箱同时上升时，集装箱卡车是否升起，进而控制吊具的继续升降或者下方，避免集装箱与集装箱卡车在未完全分离前就被吊具起吊，降低了风险。

所述防撞系统包括安装于起重机中小车平台下部的激光扫描装置，所述激光扫描装置能够实时扫描作业现场中集装箱、障碍物的高度和轮廓信息。

采用激光扫描装置扫描吊具及被吊集装箱周围的三维信息，为中控室中操作者操作提供位置信息，优化集装箱及吊具的行进路线，避免集装箱及吊具撞到已堆垛集装箱或障碍物造成的生产事故。

所述机构定位系统包括起吊定位系统和轮胎定位系统，所述起吊定位系统包设置于小车行走电机及吊钩升降电机中的增量型编码器、分别与小车行走电机及吊钩升降电机同轴设置的两个绝对值编码器。

采用绝对值编码器和增量型编码器同时检测小车中行走电机及吊钩升降电机的转动圈数，进而判断吊具此时的位置，方便吊具到达设定位置完成集装箱的起吊工作。两种定位方式同时使用，实现了冗余设计，避免单独一个定位方式失效影响使用。

所述轮胎定位系统包括两列磁钉，两列磁钉之间的距离大于两列轮胎间的距离，所述起重机的两个门腿处分别设有一套定位天线，所述定位天线能够通过磁钉的配合来计算轮胎的位置。

采用磁钉及定位天线来实现轮胎的定位，定位天线能够以磁钉为基础判断自身所在的位置，进而精确的判断轮胎及轮胎式起重机门腿所在的位置。

数据通讯系统，所述数据通讯系统分别实现控制系统与集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统之间的通信。

进一步，还包括安装于起重机本体上部的GPS定位芯片，所述GPS定位芯片的数量为4个，所述起重机包括两个平行设置的框架大梁，所述GPS定位芯片分别设置于框架大梁的两端。

采用GPS定位芯片，当轮胎式龙门起重机远离当前作业现场以进行转场时，能够利用GPS定位芯片实现起重机的定位，避免磁钉无法实现转场定位的缺点。

进一步，所述磁钉的延伸方向与轮胎式龙门起重机的预设前进方向平行，所述定位天线通过固定支架与门腿固定连接。

采用磁钉的延伸方向与起重机前进方向平行的方式，能够为定位天线在作业场地中的定位提供基础。

一种轮胎式龙门起重机，利用了所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统。

本发明的有益效果：

1)采用防吊起系统，能够利用二维扫描仪判断吊具与集装箱同时上升时，集装箱卡车是否升起，进而控制吊具的继续升降或者下方，避免集装箱与集装箱卡车在未完全分离前就被吊具起吊，降低了风险。

2)采用激光扫描装置扫描吊具及被吊集装箱周围的三维信息，为中控室中操作者操作提供位置信息，优化集装箱及吊具的行进路线，避免集装箱及吊具撞到已堆垛集装箱或障碍物造成的生产事故。

3)采用绝对值编码器和增量型编码器同时检测小车中行走电机及吊钩升降电机的转动圈数，进而判断吊具此时的位置，方便吊具到达设定位置完成集装箱的起吊工作。两种定位方式同时使用，实现了冗余设计，避免单独一个定位方式失效影响使用。

4)采用磁钉及定位天线来实现轮胎的定位，定位天线能够以磁钉为基础判断自身所在的位置，进而精确的判断轮胎及轮胎式起重机门腿所在的位置。

5)采用GPS定位芯片，当轮胎式龙门起重机远离当前作业现场以进行转场时，能够利用GPS定位芯片实现起重机的定位，避免磁钉无法实现转场定位的缺点。

6)采用磁钉的延伸方向与起重机前进方向平行的方式，能够为定位天线在作业场地中的定位提供基础。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明实施例中的数据通讯的原理图；

图2是本发明实施例中磁钉及定位天线的安装图。

图3是本发明实施例中的视频监控系统的设备布置图。

图4是本发明实施例中集卡定位系统的设备布置图。

图5是本发明实施例中防吊起系统的设备布置图。

图6是本发明实施例中GPS定位设备布置图；

图7为本发明实施例中光纤小车与拖链导槽等装置配合使用的示意图；

图8为本发明实施例中防摇系统中吊具摇晃的示意图。

图中，1、固定支架；2、定位天线；3、磁钉；4、三维扫描仪；5、二维扫描仪；6、GPS定位芯片；7、轮胎；8、摄像头；9、门腿；10、拖链导槽；11、光纤小车；12、中控室；13、第一无线连接单元；14、第二无线连接单元；15、切换单元；16、工控机；17、主控PLC；18、MPLC；19、视频监控系统；20、登机门禁系统。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-5所示，一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统，包括远离起重机本体设置的中控室，所述中控室中设有控制系统。还包括集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统和数据通讯系统、视频监控系统、防摇系统和胎压监测系统。所述数据通讯系统分别实现控制系统与集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统之间的通信。

如图1和图7所示，所述数据通信系统包括光纤通信系统以及无线通信系统。

具体的，中控室12的远程操作台与作业场地基站进行通讯，基站与轮胎式龙门起重机进行通讯。

为确保通讯的稳定可靠，采用了光纤通讯与无线通讯双冗余的技术方案。在中控室与作业场地的光纤转接箱之间敷设单模光纤，作业场地内采用拖链光纤小车11的方式，滑触线架上安装运行轨道及拖链导槽10等装置，在拖链的两端设计增加光纤插头，在轮胎式龙门起重机上设计增加光纤插座，以实现中控室与轮胎式龙门起重机之间的数据通讯。

无线通讯系统采用RADWIN无线通讯技术，作为光纤通讯方式的冗余方案。此方案可以实现当光纤通讯故障时自动切换到无线通讯方式，同时在轮胎式龙门起重机过场或转场时自动切换到无线方式，进行无线通讯，过场或转场完毕后回到场地接上光纤插头时自动切换到光纤通讯。

无线远端站及光纤通过轮胎式龙门起重机上的一台网络切换单元15连接，网络切换单元15可保障在同一时间有且仅有1条通信链路可正常接入网络，保证系统不会形成环路。当任意一条光纤链路中断时，无线远端站链路可迅速启用，光纤链路和无线网络之间可实现小于50ms的低延时切换。

从图1中可以看出，在有线连接方式中，中控室12通过光纤小车11与网路切换单元15连接，在无线连接方式中，中控室12通过第一无线连接单元13与第二无线连接单元14与网路切换单元连接。网路切换单元15与起重机上的主控PLC17、MPLC18、视频监控系统19、工控机16、登机门禁系统20信号连接。

如图2所示，所述机构定位系统包括起吊定位系统和轮胎7定位系统，所述起吊定位系统包设置于小车行走电机及吊钩升降电机中的增量型编码器、分别与小车行走电机及吊钩升降电机同轴设置的两个绝对值编码器；

每一台轮胎式龙门起重机通过固定支架1配置两套定位天线2，分别安装在轮胎式龙门起重机的两侧门腿9位置，两排磁钉3分别安装在两侧的定位天线2中心线的地面下。定位天线2是基于无线射频技术的双轴绝对位置测量系统，是指定位天线2能够同时测量X和Y轴的位置坐标，每隔40ms定位天线2会向PLC传输当前定位天线X轴和Y轴的位置，通过比较两个定位天线2的位置，PLC能够计算出当前整个轮胎式龙门起重机的位置和形态，同时控制轮胎式龙门起重机大车运行在由磁钉3组成的一条直线上。通过对两个定位天线2位置的计算，PLC能够根据轮胎式龙门起重机大车的运行，及时的纠偏和实现精确的定位。上述的X轴或Y轴的零点预先设置。

机构定位中的起升机构定位与小车机构定位均是通过绝对值编码器进行定位。

如图3所示，视频监控系统在轮胎式龙门起重机各个位置安装充足数量的摄像头8，借助于该系统采集各项实时画面并同步传送至远程操作台中的显示屏，来帮助司机实现全方位、全天候的视频监控，从而使得司机可以高效、安全的对轮胎式龙门起重机实现远程操作。为节省视频传输所占用的带宽，该系统具有监控画面按需自动切换显示的功能。

如图4所示，所述集卡定位系统包括设置于起重机本体上的三维扫描仪4；

具体的，三维扫描仪4对集装箱卡车进行车身扫描定位以及集装箱进行扫描定位，并通过显示屏及语音播放装置提示集装箱卡车的前进或后退方向、距离等信息，引导集装箱卡车司机快速、准确的停靠到正确位置，提高整体作业效率。

如图6所示，所述防吊起系统包括设置于起重机本体上的二维扫描仪5，所述二维扫描仪5能够扫描吊具、集装箱以及集卡车体的相对位置，以判断集卡是否被吊起。

具体的，防吊起系统是通过安装于轮胎式龙门起重机门腿9的侧下方位置的二维扫描仪5实现其功能。轮胎式龙门起重机在卸车作业过程中，当吊具起升高度、集装箱下表面离集卡的距离提升相同的高度，而且集卡底盘的坐标不变时，说明集装箱正常提升；当吊具的上表面坐标、集卡底盘的坐标提升相同的高度，而集装箱下表面离集卡的距离保持不变时，说明集装箱连同集卡同时被吊起。

如图6所示，还包括安装于起重机本体上部的GPS定位芯片6，所述GPS定位芯片6的数量为4个，所述起重机包括两个平行设置的框架大梁，轮胎式龙门起重机顶部框架大梁的四个顶端安装有四个GPS定位天线2，保持与大车行走路线平行和垂直，四个定位天线2的水平高度一致，通过GPS定位既能保证行走路线的方向性和大车运行的姿态，又能保证大车运行在转场过程中的位置定位。轮胎式龙门起重机根据生产任务需要转场时，通讯将自动切换到无线通讯模式，大车的定位切换为GPS定位，根据生产任务确定转场路线，司机借助视频监控，利用GPS定位确定大车行走位置，远程操作轮胎式龙门起重机进行转场作业，到达目的地场区，光纤连接后自动切换为光纤通信模式，大车定位切换为场地内的磁钉3定位模式。

所述防撞系统包括安装于起重机中小车平台下部的激光扫描装置，所述激光扫描装置能够实时扫描作业现场中集装箱、障碍物的高度和轮廓信息；

具体的，该系统采用安装在小车平台的激光扫描装置实时扫描轮胎式龙门起重机堆场内小集装箱或障碍物高度和轮廓信息。起重机控制系统实时获取该信息后，实现小车方向和大车方向的防撞保护和智能减速控制、起升的软着陆功能，有效防止碰撞事故方式，并根据轮廓信息自动规划运行路径，达到运行路径的最优化，提高生产效率。

如图8所示，所述防摇系统包括安装于小车下端的角度传感器以及设在在吊具上的反光板，所述角度传感器与控制器信号连接。

具体的，小车架上安装角度传感器并在吊具上架安装反光板，该系统检测吊具同小车架之间的相对位置角度，通过控制小车的运动保持吊具在允许的垂直范围内，使作业到达目标之前吊具保持在目标位置上方，提高作业效率。本系统采用自动电子闭环防摇定位技术，具有定位快速准确，防摇性能良好的特点，并与系统半自动控制功能相融合的特点。同时，在远程操作状态下，不论司机采用自动操作模式还是手动操作模式，自动防摇控制系统会全程投入运行。

首先，小车下方的角度传感器用来检测吊具的水平度，防止吊具在竖直方向的倾斜度较大而影响装箱卸箱的进度；其次，通过防摇摄像头与反射板之间的角度，可以判断当前吊具相当于小车方向的摆动程度，并控制小车按照设定方向运动以达到防摇的效果。

所述胎压检测系统包括设置于轮胎7中的胎压监测器，所述胎压监测器能够监测轮胎7的气压以及温度。

具体的，胎压监测系统由1套外置终端定位天线2、2个中继、8个传感器发射器组成，系统将传感器发射器固定ID号，每个传感器发射器通过无线方式与中央监控器连接，每个传感器的胎压值以及状态信息集中整合到系统CMS当中。

工作原理：

当轮胎式龙门起重机在作业现场小范围移动时：

中控室通过数据通讯系统向轮胎式龙门起重机的控制系统发出指令，控制轮胎7转向、转动等动作，在轮胎7运动过程中，定位天线2通过磁钉3判断自己处于与磁钉3垂直的X、Y轴直角坐标系中的位置，进而判断轮胎式龙门起重机处于作业场中的位置。通过定位天线2的位置判断来确定轮胎7的前进、后退或转向。

当轮胎式龙门起重机在作业现场进行集装箱吊运时：

通过视频监控系统判断所需起吊的集装箱的大致位置，然后控制小车的行走电机及吊具的起吊电机旋转，吊具到达集装箱的位置，然后勾住集装箱中起吊用的耳板等部件，开始起吊集装箱。当起吊集装箱时，防起吊系统判断集装箱与集装箱卡车是否分离，若集装箱卡车随吊具、集装箱一同起吊。控制吊具停止起吊并下放集装箱和集装箱卡车。

当轮胎式龙门起重机远离作业现场进行转场时：

启用GPS定位芯片6，利用GPS定位芯片6来确定轮胎式龙门起重机此时的位置，中控室控制轮胎7的运动，将轮胎式龙门起重机送至设定场地。

实施例2

一种轮胎式龙门起重机，利用了所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，包括：

远离起重机本体设置的中控室，所述中控室中设有控制系统；

集卡定位系统，所述集卡定位系统包括设置于起重机本体上的三维扫描仪；

防吊起系统，所述防吊起系统包括设置于起重机本体上的二维扫描仪，所述二维扫描仪能够扫描吊具、集装箱以及集卡车体的相对位置，以判断集卡是否被吊起；

防撞系统，所述防撞系统包括安装于起重机中小车平台下部的激光扫描装置，所述激光扫描装置能够实时扫描作业现场中集装箱、障碍物的高度和轮廓信息；

机构定位系统，所述机构定位系统包括起吊定位系统和轮胎定位系统，所述起吊定位系统包设置于小车行走电机及吊钩升降电机中的增量型编码器、分别与小车行走电机及吊钩升降电机同轴设置的两个绝对值编码器；

所述轮胎定位系统包括两列磁钉，两列磁钉之间的距离大于两列轮胎间的距离，所述起重机的两个门腿处分别设有一套定位天线，所述定位天线能够通过磁钉的配合来计算轮胎的位置；

数据通讯系统，所述数据通讯系统分别实现控制系统与集卡定位系统、防吊起系统、防撞系统、机构定位系统之间的通信。

2.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，还包括视频监控系统，所述视频监控系统包括多个设置在起重机本体上的摄像头，所述摄像头与显示屏信号连接，所述显示屏设置于中控室内部。

3.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，还包括防摇系统，所述防摇系统包括安装于小车下端的角度传感器以及设在在吊具上的反光板，所述角度传感器与控制器信号连接。

4.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，还包括胎压检测系统，所述胎压检测系统包括设置于轮胎中的胎压监测器，所述胎压监测器能够监测轮胎的气压以及温度。

5.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，所述数据通信系统包括光纤通信系统以及无线通信系统，所述光纤通信系统包括光缆移动车，所述中控室通过光缆与光缆移动车连接，所述光缆移动车通过光缆与切换单元连接，所述切换单元与起重机中控制系统信号连接；

所述无线通信系统包括分别与中控室、切换单元连接的两个无线收发器，两个无线收发器之间能够进行数据交换。

6.根据权利要求5所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，所述切换单元能够检测光纤通信是否断开并控制无线通信的通断。

7.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，还包括安装于起重机本体上部的GPS定位芯片，所述GPS定位芯片的数量为4个，所述起重机包括两个平行设置的框架大梁，所述GPS定位芯片分别设置于框架大梁的两端。

8.根据权利要求1所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统，其特征在于，所述磁钉的延伸方向与轮胎式龙门起重机的预设前进方向平行，所述定位天线通过固定支架与门腿固定连接。

9.一种轮胎式龙门起重机，其特征在于，利用了权利要求1-8中任意一项所述的轮胎式龙门起重机的远程操作系统。