CN116621049A - 一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统，包括上位机、主控制器和双悬臂吊；所述上位机与所述主控制器之间通过OPC/UA协议建立数据通讯；所述主控制器与所述双悬臂吊之间通过EGD协议建立数据通讯。本发明还公开了一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制方法，通过所述主控制器通过避让调度算法封锁堆场内任意区域，使所述双悬臂吊通过路径规划以完成当前任务需求。本发明当技术人员需要对堆场任意位置进行锁闭或者双悬臂吊自身检测到障碍物时，双悬臂吊要根据当前的作业状态及时作出避让动作，以最小路径或者最优化的机器调度完成当前出现的避让请求。

Description

一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化码头的双悬臂吊领域，更具体地说，涉及一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统及方法。

背景技术

随着国际贸易竞争的加剧和人工成本的上升，码头自动化已成为未来的必然趋势，而衡量自动码头的主要指标就是码头作业的效率，如何提高码头的自动化作业水平及作业效率已成为各个码头经营者首要工作任务。但无论码头自动化程度多高，维修维护任务总会发生，这就会产生人工干涉自动化作业的情况，如何既能保证机器的运行效率又能保证维护人员在安全的前提下进行维护作业就成了码头亟待解决的问题。

传统码头当需要进入堆场维护时，都需要将堆场海陆侧机器开到锚定位置锚定，然后人员才能进入堆场维护，在机器坏了无法移动的情况下还需要靠另一侧的机器推动推到锚定位置，这就会造成整个堆场停止作业，极大的影响了码头的作业效率。

堆场作为集装箱的中转地与存储地，在某些情况下是需要维修人员进入维修的，这时候就会干涉正在自动化作业的轨道吊，如果要保证维修人员安全的进入堆场作业，就需要中控人员在GUI给堆场画个锁闭区，这样就会保证机器不会驶入或穿越锁闭区，但由于中控操作人员可能画的锁闭区比较随意也不清楚当前的机器状况，而机器也不可能随意就接受锁闭区的给定，这就需要根据当前轨道吊执行的自动化指令情况来调度机器，以保证机器作业效率的情况下，最大程度规避风险以保证维修人员安全的进入堆场作业。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统及方法，当技术人员需要对堆场任意位置进行锁闭或者双悬臂吊自身检测到障碍物时，双悬臂吊要根据当前的作业状态及时作出避让动作，以最小路径或者最优化的机器调度完成当前出现的避让请求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统，包括上位机、主控制器和双悬臂吊；

所述上位机与所述主控制器之间通过OPC/UA协议建立数据通讯；

所述主控制器与所述双悬臂吊之间通过EGD协议建立数据通讯。

本发明第二方面提供了一种基于本发明第一方面提供的所述的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统的自主避让封锁区控制方法；

通过所述主控制器通过避让调度算法封锁堆场内任意区域，使所述双悬臂吊通过路径规划以完成当前任务需求。

较佳的，所述避让调度算法具体包括以下步骤：

S1、所述双悬臂吊判断所述主控制器发送的封锁区的起始位置及目的位置是否有效，若有效，则进入步骤S2，若无效，则拒绝封锁该区域；

S2、判断当前所述双悬臂吊是否占用或正准备占用所述主控制器划定的一个或多个封锁区，若是，则进入步骤S3，若否，则根据封锁区划出大车位置禁行区域；

S3、判断当前所述双悬臂吊是否执行自动化指令，若是，则对所述双悬臂吊进行调度行进至封锁区边缘并等待封锁区任务结束，若否，则返回步骤S2；

S4、根据封锁成功的封锁区计算出所述双悬臂吊所能运行的最大极限位置和最小极限位置；

S5、返回步骤S3进行校验，当所述双悬臂吊不再占有封锁区，则成功将所述主控制器发送的封锁区进行封锁。

较佳的，所述步骤S3中，封锁区的起始位置作为所述双悬臂吊所能运行的最大极限位置，封锁区的结束位置作为所述双悬臂吊所能运行的最小极限位置。

所述主控制器在封锁区内再划定禁行区，在封锁区的旁边再划定二次保护区。

本发明所提供的一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统及方法，可以允许中控中心随意划定所需要的堆场封锁区域，堆场两端双悬臂吊基于收到的封锁任务在保证安全的前提下提供最优处理路径以执行自动化指令，减少了机器停机和人工介入的时间浪费，提高了堆场两端机器被堆场任务影响的工作效率及堆场的自动化水平。

附图说明

图1是本发明自主避让封锁区控制系统的框架结构示意图；

图2是本发明自主避让封锁区控制方法实施例的流程示意图；

图3是本发明自主避让封锁区控制方法实施例中双悬臂吊最大/最小极限位置的示意图；

图4是本发明自主避让封锁区控制方法实施例中形成封锁区、禁行区、保护区的示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统，包括上位机1、主控制器2和双悬臂吊，双悬臂吊包括海侧双悬臂吊3和陆侧双悬臂吊4。

上位机1与主控制器2之间通过OPC/UA协议建立数据通讯，以实现GUI的通信。

主控制器2与海侧双悬臂吊3、陆侧双悬臂吊4之间均通过EGD协议建立数据通讯，以多播方式实现通讯。

本发明还提供了一种基于本发明提供的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统的自主避让封锁区控制方法；

通过主控制器2通过避让调度算法任意封锁堆场内任意区域，而保证海侧双悬臂吊3、陆侧双悬臂吊4可以通过路径规划以完成当前任务需求。

当主控制器2划定封锁区后，双悬臂吊根据自身所处的位置及状态来规划是否满足封锁条件，若不满足封锁条件，则双悬臂吊直接拒绝主控制器2，由主控制器2重新划定封锁区；若满足封锁条件，则存在两种情况：

1)当前双悬臂吊的位置及状态可以直接运行封锁，中控人员收到封锁成功反馈后即可进行相关的堆场任务；

2)当前双悬臂吊需要完成正在进行的自动化任务或者需要路径规划移出相应的封锁区，此时，中控人员需要等待直到收到双悬臂吊反馈封锁成功，同时也允许中控人员取消当前的封锁命令或者重新划定封锁区。

结合图2所示，避让调度算法具体包括以下步骤：

S1、双悬臂吊判断主控制器2发送的封锁区的起始位置及目的位置是否有效，若有效，则进入步骤S2，若无效，则拒绝封锁该区域；

S2、判断当前双悬臂吊是否占用或正准备占用主控制器2划定的一个或多个封锁区，若是，则进入步骤S3，若否，则根据封锁区划出大车位置禁行区域；

S3、判断当前双悬臂吊是否执行自动化指令，若是，则对双悬臂吊进行调度行进至封锁区边缘并等待封锁区任务结束，若否，则返回步骤S2；

S4、根据封锁成功的封锁区计算出双悬臂吊所能运行的最大极限位置和最小极限位置；

S5、返回步骤S3进行校验，当双悬臂吊不再占有封锁区，则成功将主控制器2发送的封锁区进行封锁。

上述步骤S3中，封锁区的起始位置作为双悬臂吊所能运行的最大极限位置，封锁区的结束位置作为双悬臂吊所能运行的最小极限位置。

上述主控制器2在封锁区内再划定禁行区，在封锁区的旁边再划定保护区。

实施例

参考图1所示，本实施例自主避让封锁区控制系统选用艾默生CPL410作为数据总站接口，作为上位机1与HMI5的数据接口，然后主控制器2将接收的数据通过多播模式传送到双悬臂吊，双悬臂吊采用的控制器为艾默生CPE305，作为控制算法的运行控制器。

上位机1作为中控的操作界面，发送封锁区的实际位置，每一个封锁区包含一个起始位置和一个结束位置，当双悬臂吊收到封锁位置，如图4所示，双悬臂吊会根据自身的宽度及行驶停止距离计算一个矩形的大车禁行区101，以保证双悬臂吊的边缘及紧急停止的时候不会触碰到封锁区100，若该封锁区内有检测到的障碍物或者人行通道，会在该障碍物或者人行通道附近再次计算一个矩形区域作为二次保护区102。

参考图2所示，本实施例自主避让封锁区控制方法的避让算法可以保证机器在执行自动化指令时可以正确作出选择并调度任务，以保证双悬臂吊不影响当前执行的自动化指令。总体原则是双悬臂吊若不占有封锁区，则同意主控制器2的封锁请求，若双悬臂吊占用封锁区且正在执行自动化抓箱任务且还未抓箱则终止当前的抓箱任务并移出封锁区，若双悬臂吊正在执行自动化放箱任务时则需要双悬臂吊完成当前自动化指令，自动化指令完成后移出封锁区等待，同意封锁，移出封锁区的基本原则是海侧双悬臂吊3向海侧方向移动，若海侧未被封锁区域不足够容纳海侧双悬臂吊3，则海侧双悬臂吊3向陆侧移动，同样陆侧双悬臂吊4向陆侧方向移动，当陆侧未被封锁区域不足够容纳陆侧双悬臂吊4，则陆侧双悬臂吊4向海侧移动。当都不满足上述条件则直接拒绝封锁并通过HMI5告知中控重新下达封锁区。

当主控制器2下达的封锁区指令成功后，需要对双悬臂吊的大车运行位置进行限制，以保证双悬臂吊不会进入封锁区，本发明考虑到每个堆场两台双悬臂吊的实际工况及中控人员划定封锁区的随意性，所以方案实施时，最多同时允许两个封锁区存在，正常情况下都是一个封锁区的存在，该封锁区可以在整个堆场随意划定以满足需求，也可以随意扩大或者缩小当前已存在的封锁区，也可以删除当前的封锁区继续划定新的满足条件的封锁区，此时将封锁区起始位置作为双悬臂吊的最大运行位置，将封锁区结束位置作为双悬臂吊最小运行位置。

当同时出现两个封锁区封锁成功时，如图3所示，封锁区域会分为两种场景模式，即第二封锁区201的位置在第一封锁区200的海侧位置或第二封锁区201的位置在第一封锁区200的陆侧位置，如图3示意的两种场景情况下的不同大车极限位置。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统，其特征在于：包括上位机、主控制器和双悬臂吊；

所述上位机与所述主控制器之间通过OPC/UA协议建立数据通讯；

所述主控制器与所述双悬臂吊之间通过EGD协议建立数据通讯。

2.一种基于权利要求1所述的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制系统的自主避让封锁区控制方法，其特征在于：

通过所述主控制器通过避让调度算法封锁堆场内任意区域，使所述双悬臂吊通过路径规划以完成当前任务需求。

3.根据权利要求2所述的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制方法，其特征在于，所述避让调度算法具体包括以下步骤：

S1、所述双悬臂吊判断所述主控制器发送的封锁区的起始位置及目的位置是否有效，若有效，则进入步骤S2，若无效，则拒绝封锁该区域；

S2、判断当前所述双悬臂吊是否占用或正准备占用所述主控制器划定的一个或多个封锁区，若是，则进入步骤S3，若否，则根据封锁区划出大车位置禁行区域；

S3、判断当前所述双悬臂吊是否执行自动化指令，若是，则对所述双悬臂吊进行调度行进至封锁区边缘并等待封锁区任务结束，若否，则返回步骤S2；

S4、根据封锁成功的封锁区计算出所述双悬臂吊所能运行的最大极限位置和最小极限位置；

S5、返回步骤S3进行校验，当所述双悬臂吊不再占有封锁区，则成功将所述主控制器发送的封锁区进行封锁。

4.根据权利要求3所述的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，封锁区的起始位置作为所述双悬臂吊所能运行的最大极限位置，封锁区的结束位置作为所述双悬臂吊所能运行的最小极限位置。

5.根据权利要求3所述的用于双悬臂吊的自主避让封锁区控制方法，其特征在于：所述主控制器在封锁区内再划定禁行区，在封锁区的旁边再划定二次保护区。