CN203284078U - 集装箱码头rtg/rmg吊具防碰箱自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统，其包括：龙门起重机主体(1)、移动小车(2)、司机室(3)、吊具(4)、基准站GNSS接收机(5)、移动站GNSS接收机(6)、激光扫描仪(7)、PLC(8)和控制器(9)，其中，所述司机室(3)、吊具(4)、激光扫描仪(7)均安装在移动小车(2)下部；所述移动站GNSS接收机(6)安装于移动小车(2)顶部；所述基准站GNSS接收机(5)安装于集装箱码头固定建筑(12)顶部；所述PLC(8)及控制器(9)均位于司机室(3)内，其中PLC(8)提供RTG/RMG的小车编码器、起升编码器、着箱信号等信息并执行控制器的控制指令。本系统采用GNSS接收机和PLC提供的小车编码器信息，可将位置与速度结合起来综合计算小车的实时位置，提高测量精度，并可根据小车的运行速度动态调整防碰撞的安全控制距离，在确保安全的同时提高作业效率。

Description

集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统
技术领域
本实用新型涉及集装箱装卸技术领域，特别是涉及一种用于集装箱码头的防碰箱自动控制系统。
背景技术
近些年来，随着国际物流业的快速发展，各国集装箱港口吞吐量不断增长，集装箱堆场内的作业也日益繁忙。高效率的港口离不开高效率的机械设备和高新技术的应用，RTG/RMG(轮胎/轨道式集装箱龙门起重机)作为集装箱码头的重要作业工具，它的效率直接关系到集装箱运输供应链是否畅通。在实际操作过程中，由于堆场上集装箱堆放错落有致、高低不齐，RTG/RMG吊具或吊具下集装箱在吊装过程中稍有不慎，就会撞翻集装箱，并可能导致重大的货物损坏或人身伤亡事故，因此，为了绝对安全起见，在吊装过程中司机往往把吊具拉的很高，远高于吊具下方相关的集装箱高度，然后再移动小车，避免吊具或吊具下集装箱在运动过程中与堆场上集装箱发生严重碰撞和翻箱事故，但这种高高拉起的运行轨迹，增加了运行距离，特别是增加了起升高度，可能导致吊装时间增加，效率下降，大大增加吊车能耗，同时也增加机械磨损和减少了钢丝绳寿命。
目前，现有技术中多采用单独的激光扫描原理防止集装箱吊运发生碰撞。例如：授权公告号为CN201125130Y的中国实用新型专利公开了一种用激光扫描的集装箱吊运防撞装置，该装置包括激光扫描测距仪、小车位置检测板、吊具高度检测板和控制箱等部件，其利用激光扫描测距仪实时监测小车位置、吊具高度、集装箱分布排位及层高等数据，计算并规划吊具运行的合理路径，以避免吊具与堆放在场地内的集装箱发生碰撞。但是，实际运用中发现：由于激光扫描仪的数据扫描速度和输出频度有限，当小车在全速运动过程中时，激光测量反光板和集装箱位置的时刻具有时间差，即激光扫描仪的位置不在同一个点上，由此推算出的集装箱分布信息误差较大，对于后续的控制造成影响。
本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种应用于集装箱码头的采用差分GNSS、激光扫描仪和PLC等组合技术实现吊具或吊具下集装箱与堆场内堆码的集装箱防碰撞的自动控制系统。
实用新型内容
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统，该系统包括：龙门起重机主体(1)、移动小车(2)、司机室(3)、吊具(4)、基准站GNSS接收机(5)、移动站GNSS接收机(6)、激光扫描仪(7)、PLC(8)和控制器(9)，其特征在于：所述司机室(3)、吊具(4)、激光扫描仪(7)均安装在移动小车(2)下部；所述移动站GNSS接收机(6)安装于移动小车(2)顶部：所述基准站GNSS接收机(5)安装于集装箱码头固定建筑(12)顶部；所述PLC(8)及控制器(9)均位于司机室(3)内，其中PLC(8)提供RTG/RMG的小车编码器、起升编码器和着箱信号等信息，并执行控制器的控制指令。
进一步的，所述控制器(9)包括：接口单元、无线通讯模块、电源变换单元等部件，其上集成有GNSS接收机OEM板。
进一步的，所述基准站GNSS接收机(5)发送差分改正数，所述移动站GNSS接收机(6)通过无线链路接收差分改正数；根据移动站GNSS接收机(6)的位置、速度数据和PLC(8)提供的小车编码器信息获得吊具(4)和激光扫描仪(7)的排方向实时精确位置和运行速度；采用PLC(8)提供的起升编码器信息、着箱信号和移动小车(2)底部安装的激光扫描仪(7)获得吊具(4)高度，并计算吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)下沿的水平最低高度；采用激光扫描仪(7)获取堆场内堆码的集装箱(11)分布排位和层高信息。
实际使用过程中，移动小车(2)或起升机构在运行过程中，如果遇到吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)与堆场内堆码的集装箱(11)有碰撞的危险时，本实用新型所述的集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统会根据设定的控制策略，自动实现安全告警、碰撞规避控制，避免碰撞事故的发生。
本实用新型具有下列优点和效果：
1、采用安装于RTG/RMG小车上的移动站GNSS接收机和PLC提供的小车编码器信息获得吊具和激光扫描仪的排方向实时位置和运行速度。相对于单独使用激光扫描仪和反光板的方案，取消了反光板，减少了设备及安装工作。同时，采用GNSS接收机和PLC提供的小车编码器信息，可将位置与速度结合起来综合计算小车的实时位置，提高测量精度。在后续的控制过程中，根据小车的运行速度动态调整防碰撞的安全控制距离，在确保安全的同时，提高作业效率。
2、结合PLC提供的起升编码器信息和小车底部安装的激光扫描仪获得吊具高度，实现信息的冗余和相互校验，提高信息的可靠性和可用性。
3、根据PLC提供RTG/RMG的着箱信号获取吊具下是否有集装箱，动态调整防碰撞的安全控制距离。即当吊具下没有集装箱时，吊具下放高度可以比吊具下有集装箱时更低。相对比没有着箱信号的系统提高作业效率。
附图说明
图1是本实用新型所述的集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统的结构示意图。
其中，龙门起重机主体1、移动小车 2、司机室 3、吊具 4、基准站GNSS接收机 5、移动站GNSS接收机 6、激光扫描仪 7、PLC 8、控制器 9、吊具下集装箱 10、堆场内堆码的集装箱 11、集装箱码头固定建筑 12。
具体实施方式
现结合附图1详细阐述本实用新型。
所述一种集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统包括：龙门起重机主体1、移动小车2、司机室3、吊具4、基准站GNSS接收机5、移动站GNSS接收机6、激光扫描仪7、PLC8和控制器9，其中，所述司机室3、吊具4、激光扫描仪7均安装在移动小车2下部；所述移动站GNSS接收机6安装于移动小车2顶部；所述基准站GNSS接收机5安装于集装箱码头固定建筑12顶部；所述PLC8及控制器9均位于司机室3内，其中PLC8提供RTG/RMG的小车编码器、起升编码器、着箱信号等信息并执行控制器的控制指令。
该集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统的工作过程如下：
安装于集装箱码头固定建筑(12)顶部的基准站GNSS接收机(5)实时接收GNSS卫星信号并进行解算，并根据预设的高精度位置坐标计算差分改正数。生成的差分改正数通过无线链路向整个堆场进行广播。移动站GNSS接收机(6)通过无线链路接收差分改正数，并结合实时接收的GNSS卫星信号实现高精度RTK定位解算，达到2cm的定位精度。控制器(9)实时接收移动站GNSS接收机(6)输出的实时经、纬度和运行速度，通过坐标转换计算获取大车在堆场平面坐标系下的精确位置和运行速度，并通过与PLC(8)的接口获得小车编码器信息，从而计算出小车在堆场平面坐标系下的精确位置和运行速度。由于吊具(4)通过钢丝绳悬挂在小车下，其与小车(2)的在排方向上的位置偏移量为固定值，控制器(9)通过叠加偏移量计算获得吊具(4)的排方向实时精确位置和运行速度。由于激光扫描仪(7)固定安装在移动小车(2)的底部，其与小车(2)的在排方向上的位置偏移量为固定值，控制器(9)通过叠加偏移量计算获得激光扫描仪(7)的排方向上的实时精确位置和运行速度。控制器(9)通过由PLC(8)提供的起升编码器信息获得吊具的实时高度；同时，控制器(9)通过激光扫描仪(7)也可获得激光扫描仪(7)到吊具(4)的矢量的角度和长度，通过三角计算可获得激光扫描仪(7)到吊具(4)在高度上的距离，激光扫描仪(7)的高度数值为固定值，预设在控制器(9)内，将激光扫描仪(7)的高度数值减去激光扫描仪(7)到吊具(4)在高度上的距离，可得到吊具(4)的高度。两个高度值可以相互校验，并取偏于安全的数值参与后续计算。控制器(9)通过由PLC(8)提供的着箱信号判断吊具下是否吊有集装箱(10)，如果有集装箱(10)，还需要在安全距离上叠加一个集装箱(10)的高度，计算出的吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)下沿的作为水平最低高度参与后续计算。控制器(9)通过激光扫描仪(7)也可获取激光扫描仪(7)到堆场内堆码的集装箱(11)外形轮廓点云矢量的角度和长度，通过三角计算和坐标转换计算出堆场内堆码的集装箱(11)分布排位和层高信息。由于激光的直线传播特性，某些条件下由于集装箱之间的相互遮挡，可能造成激光扫描仪(7)输出的点云数据不能体现低矮集装箱的轮廓信息，所以控制器(9)需要在随小车运动过程中，叠加点云信息，实现堆场内堆码的集装箱(11)的精确信息获取。同时，当大车运行距离大于半个贝位或点云数据出现明显的变化时，判断大车进入下一个新贝位时，点云数据清零，重新进行新贝位堆码的集装箱(11)分布排位和层高信息。
当移动小车(2)或起升机构在运行过程中，当吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)以最大减速度减速后与堆场内堆码的集装箱(11)的距离小于设定告警安全距离值时，控制器(9)向PLC(8)发送告警信号，由PLC提示司机；当吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)以最大减速度减速后与堆场内堆码的集装箱(11)的距离小于设定减速安全距离值时，控制器(9)根据碰撞规避策略进行计算并向PLC(8)发送控制信号，由PLC控制进行小车减速或吊具起升动作，避免碰撞事故的发生；吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)以最大减速度减速后与堆场内堆码的集装箱(11)的距离小于设定停止安全距离值时，控制器(9)向PLC(8)发送停止控制信号，由PLC控制进行小车停止和或吊具起升，避免碰撞事故的发生。
本系统通过基准站GNSS接收机(5)、移动站GNSS接收机(6)、激光扫描仪(7)、PLC(8)和控制器(9)等设备实现如果遇到吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)与堆场内堆码的集装箱(11)有碰撞的危险时，根据设定的控制策略，自动安全告警、碰撞规避控制，避免碰撞事故的发生。当控制器(9)通过接口获得集装箱(10)的起始和目标作业位置时，可根据设定策略生成安全的吊具运行轨迹，实现小车和吊具的自动运行，成为RTG/RMG远程控制和自动化操作的一部分。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统，该系统包括：龙门起重机主体(1)、移动小车(2)、司机室(3)、吊具(4)、基准站GNSS接收机(5)、移动站GNSS接收机(6)、激光扫描仪(7)、PLC(8)和控制器(9)，其特征在于：所述司机室(3)、吊具(4)、激光扫描仪(7)均安装在移动小车(2)下部；所述移动站GNSS接收机(6)安装于移动小车(2)顶部；所述基准站GNSS接收机(5)安装于集装箱码头固定建筑(12)顶部；所述PLC(8)及控制器(9)均位于司机室(3)内，其中PLC(8)提供RTG/RMG的小车编码器、起升编码器、着箱信号并执行控制器的控制指令。 
2.根据权利要求1所述的集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统，其特征在于：所述控制器(9)包括：接口单元、无线通讯模块、电源变换单元，其上集成有GNSS接收机OEM板。 
3.根据权利要求1所述的集装箱码头RTG/RMG吊具防碰箱自动控制系统，其特征在于：所述基准站GNSS接收机(5)发送差分改正数，所述移动站GNSS接收机(6)通过无线链路接收差分改正数；根据移动站GNSS接收机(6)的位置、速度数据和PLC(8)提供的小车编码器信息获得吊具(4)和激光扫描仪(7)的排方向实时精确位置和运行速度；采用PLC(8)提供的起升编码器信息、着箱信号和移动小车(2)底部安装的激光扫描仪(7)获得吊具(4)高度，并计算吊具(4)或吊具(4)下集装箱(10)下沿的水平最低高度；采用激光扫描仪(7)获取堆场内堆码的集装箱(11)分布排位和层高信息。 
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