CN203740901U - 轨道吊自动化堆场操作控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轨道吊自动化堆场操作控制系统，而提供一种能够降低改造投资，简化工艺过程的轨道吊自动化堆场操作控制系统。包括轨道吊自动化控制器、轨道吊PLC控制器、吊具PLC控制器、集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置。该轨道吊自动化堆场操作控制系统通过加装集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置等将现有轨道吊改装成自动化轨道吊，能够对集装箱的着箱、闭锁、吊具上升、落箱、开锁、吊具上升等操作，作业循环不需要远程操作者的干预自动完成，提高了作业效率，减少了劳动力成本，降低了作业成本。

Description

轨道吊自动化堆场操作控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种集装箱码头轨道吊自动化堆场操作控制系统。

背景技术

随着全球经济的发展，贸易量不断增长，港口集装箱吞吐量不断增长，增加了对劳动力的需求。在强大的运输要求和良好的经济效益的推动下，作为任务重复性高、人力消耗大的码头作业，更急切需要自动化来释放人力，改善操作效率，降低作业成本。因此，对集装箱作业装备提出了更高的要求，迫切需要开发高效率的集装箱作业装备。为此，开发自动化码头成为港口发展的必然。

目前，国内自动化无人堆场系统的堆场装卸工艺采用的是高低架轨道吊接力式装卸系统，完成自动化堆场装卸作业的主要设备及功能为：(1)低架轨道吊CRMG：用来将集装箱从集卡取出放到缓冲区的中间平台上(集卡卸箱过程)，或者将集装箱由缓冲区中转平台取出放到集卡(集卡装箱过程)。(2)高架轨道吊DRMG：用来将集装箱从缓冲区中转平台取出放进堆场(集卡卸箱过程)，或者将集装箱由堆场取出放到缓冲区中转平台(集卡装箱过程)。(3)集装箱拖挂车：承担集装箱在码头的水平运输在该堆场参与作业的集卡分为外集卡(社会集装箱卡车)与内集卡(集装箱码头内部集装箱卡车)。利用该装卸工艺方案在自动化堆场的装卸过程为：DRMG和CRMG在各自的轨道上运行作业，两者大车运行方向相互垂直。在每条堆放线两端与集卡的运行区之间布置有缓冲区，并安装集装箱中转平台，DRMG和CRMG通过中转平台进行接力式作业，实现集装箱“多次装卸，一次集拼”的高效作业模式。DRMG在堆放线的堆区内运行，负责完成集装箱的堆放、提取与翻箱作业，CRMG则负责将集卡上的集装箱吊到中转平台或者将中转平台上的集装箱吊到集卡上。上述方案中，设备投资大，操作繁杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够能够降低改造投资，简化工艺过程的轨道吊自动化堆场操作控制系统。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种轨道吊自动化堆场操作控制系统，其特征在于，包括轨道吊自动化控制器、轨道吊PLC控制器、吊具PLC控制器、集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置；

所述集卡防吊起装置包括安装于轨道吊底梁上的防吊起检测红外传感器，所述防吊起检测红外传感器用于检测集装箱相对于集卡的位置；所述防吊起检测红外传感器与所述轨道吊自动化控制器连接，所述轨道吊自动化控制器通过所述轨道吊PLC控制器控制吊具动作；

所述轨道吊定位装置包括安装于大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的轨道吊磁尺位置检测装置，所述大车位移编码器和多个轨道吊磁尺位置检测装置的输出端分别与轨道吊自动化控制器连接；所述轨道吊自动化控制器根据计算得出轨道吊的位置；

所述着箱检测装置包括安装于集装箱四个角部的重力传感器，所述重力传感器与所述轨道吊自动化控制器连接；

所述吊箱自动控制装置包括多个目标箱检测红外线发射器、检测距离不同的多个目标箱检测传感器和带有十字坐标系的接收器；吊具与吊具上架为刚性连接，所述吊具与吊具上架中心线重合；所述多个目标箱检测红外线发射器安装在所述吊具上架上；所述检测距离不同的多个目标箱检测传感器安装于所述吊具上，每个所述目标箱检测传感器的信号输出端分别与所述轨道吊自动化控制器连接，将开关量信号送到所述轨道吊自动化控制器，所述轨道吊自动化控制器根据所述多个目标箱检测传感器的信息，向所述轨道吊PLC控制器发送减速信号，所述轨道吊PLC控制器输出控制信号控制所述吊具减速；所述接收器安装于小车架上，所述接收器的信号输出端与所述轨道吊自动化控制器连接，所述接收器用于接收多个所述目标箱检测红外线发射器发射的信息，送到所述轨道吊自动化控制器，所述轨道吊自动化控制器根据接收器接收到的信号检测吊具与小车的偏差，并通过轨道吊PLC控制器调整吊具与小车中心线重合；所述轨道吊自动化控制器将吊具中心点坐标与系统目标箱的中心点坐标进行对比，检测吊具与目标箱的偏差，调整小车或吊具的中心点与目标箱一致；

所述目标箱定位装置包括安装于轨道吊大梁上的激光扫描装置；所述激光扫描装置与所述轨道吊自动化控制器连接；

所述吊具定位装置包括安装于小车电机输出轴上的水平位移编码器、安装于高速轴上的竖直位移编码器、安装于低速轴上的凸轮开关和小车磁尺位置检测装置，所述磁尺位置检测装置的磁性标尺安装于大梁上，所述磁尺位置检测装置的磁头安装于小车架上，所述凸轮开关上设置有多个对应不同高度的定位点；所述水平位移编码器、竖直位移编码器和磁尺位置检测装置的检测信号输出端分别与轨道吊自动化控制器连接，所述轨道吊自动化控制器通过所述水平位移编码器、竖直位移编码器和磁尺位置检测装置的检测信号计算出吊具的位置，送到所述轨道吊PLC控制器，通过所述轨道吊PLC控制器控制小车移动。

还包括大车防撞装置，所述大车防撞装置包括安装于大车四脚上的周边检测超声波传感器和大梁上的设备间检测超声波传感器，所述周边检测超声波传感器用于检测大车周围拖车或行人与大车的位置，所述设备间检测传感器用于检测相邻轨道吊之间的距离，所述周边检测超声够传感器和设备间检测超声波传感器分别与轨道吊自动化控制器连接，通过所述轨道吊PLC控制器控制大车动作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的轨道吊自动化堆场操作控制系统在现有轨道吊的基础上通过加装集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置等将现有轨道吊改装成自动化轨道吊，能够根据从系统获取的指令循环作业完成对集装箱的着箱、闭锁、吊具上升、落箱、开锁、吊具上升等操作，作业循环不需要远程操作者的干预自动完成，提高了作业效率，减少了劳动力成本，降低了作业成本。而且，设备投资小，操作简便。

2、本实用新型的轨道吊自动化堆场操作控制系统中具有防起吊装置，能够避免由于集卡与集装箱未分离从空中掉落，而造成的车辆和人员伤害，减少了车辆与人员的损失。

3、本实用新型的的轨道吊自动化堆场操作控制系统中具有吊箱自动控制装置，能够自动检测吊具与目标箱的距离，并在设定好的距离内进行两级减速保护，防止吊具下放时与目标箱发生强烈碰撞，为第二部分吊具柔性着箱做准备。同时，通过计算吊具中心线位置与目标箱位置中心线距离，自动调整吊具位置，实现吊具转锁平稳进入目标箱锁眼后着箱闭锁，提起所抓集装箱，实现自动抓箱目的。

4、本实用新型的轨道吊自动化堆场操作控制系统中通过具有目标箱定位功能的激光扫描装置，首先能够实现作业过程中对当前作业贝位内所有集装箱的高度轮廓扫描，使轨道桥在起升运行过程中，根据扫描后的箱区轮廓，安排最合理的作业路线，提高作业过程的效率和安全性。其次在进行单个目标箱作业时，对目标箱的轮廓进行扫描后，及时调整小车和大车方向偏差，保证堆箱时的垂直度，消除由于小车和大车累计误差，集装箱堆码过高时箱子翻倒风险。

附图说明

图1所示为本实用新型轨道吊自动化堆场操作控制系统的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型轨道吊自动化堆场操作控制系统的原理图如图1所示，包括轨道吊自动化控制器、轨道吊PLC控制器、吊具PLC控制器、集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置。

所述集卡防吊起装置包括安装于轨道吊底梁上的防吊起检测红外传感器，所述防吊起检测红外传感器用于检测集装箱相对于集卡的位置；所述防吊起检测红外传感器与所述轨道吊自动化控制器连接，所述轨道吊自动化控制器通过所述轨道吊PLC控制器控制吊具动作。当有集卡在轨道桥下作业时，防吊起检测红外传感器发射的线束被遮挡住并有信号返回，这时轨道吊自动化控制器检测到集卡上装载有集装箱。当吊具着箱闭锁后起升运行3秒后，这时如果集装箱与集卡分离，防吊起检测红外传感器由于没有遮挡物，没有信号返回，起升继续正常向上运行起吊货物。如任由信号返回，表示集卡与集装箱未有效分离，这时起升停止运行，并慢速下放，直到有着箱信号反馈，起升停止下放动作，系统可以采用语音系统或其他提示方式，提示集卡司机有转锁没打开，并准备下次起吊。

所述轨道吊定位装置包括安装于大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的轨道吊磁尺位置检测装置。本实施例中，在大车轨道外部每隔15米安置一个轨道吊磁尺位置检测装置。所述大车位移编码器和多个轨道吊磁尺位置检测装置的输出端分别与轨道吊自动化控制器连接；所述轨道吊自动化控制器根据计算得出轨道吊的位置。大车位移编码器的数值用于计算轨道吊的位置，再根据轨道吊磁尺位置检测装置对计算结果进行校正，以便准确定位。

所述着箱检测装置与现有技术相同，包括安装于集装箱四个角部的重力传感器，所述重力传感器与所述轨道吊自动化控制器连接。当轨道吊自动化控制器检测到重力传感器的信号时，说明集装箱已经落在集卡或底层集装箱上，控制吊具停止下放。

所述吊箱自动控制装置包括多个目标箱检测红外线发射器、检测距离不同的多个目标箱检测传感器和带有十字坐标系的接收器；吊具与吊具上架为刚性连接，所述吊具与吊具上架中心线重合；所述多个目标箱检测红外线发射器安装在所述吊具上架上；所述检测距离不同的多个目标箱检测传感器安装于所述吊具上，每个所述目标箱检测传感器的信号输出端分别与所述轨道吊自动化控制器连接，将开关量信号送到所述轨道吊自动化控制器，所述轨道吊自动化控制器根据所述多个目标箱检测传感器的信息，向所述轨道吊PLC控制器发送减速信号，所述轨道吊PLC控制器输出控制信号控制所述吊具减速；所述接收器安装于小车架上，所述接收器的信号输出端与所述轨道吊自动化控制器连接，所述接收器用于接收多个所述目标箱检测红外线发射器发射的信息，送到所述轨道吊自动化控制器，所述轨道吊自动化控制器根据接收器接收到的信号检测吊具与小车的偏差，并通过轨道吊PLC控制器通过安装于吊架上的液压微调系统调整吊具与小车中心线重合；所述轨道吊自动化控制器将吊具中心点坐标与系统目标箱的中心点坐标进行对比，检测吊具与目标箱的偏差，调整小车或吊具的中心点与目标箱一致。

所述目标箱定位装置包括安装于轨道吊大梁上的3D激光扫描装置，所述激光扫描装置与所述轨道吊自动化控制器连接，通过所述轨道吊自动化控制器计算形成目标箱所在贝位的立体轮廓。采用常规方法进行立体轮廓的合成。

所述吊具定位装置包括安装于小车电机输出轴上的水平位移编码器、安装于高速轴上的竖直位移编码器、安装于低速轴上的凸轮开关和小车磁尺位置检测装置，所述磁尺位置检测装置的磁性标尺安装于大梁上，所述磁尺位置检测装置的磁头安装于小车架上，所述凸轮开关上设置有多个对应不同高度的定位点，本实施例中，凸轮开关上设置有6个不同高度的定位点，对应不同的吊具下降高度。所述水平位移编码器、竖直位移编码器和磁尺位置检测装置的检测信号输出端分别与轨道吊自动化控制器连接，所述轨道吊自动化控制器通过所述水平位移编码器、竖直位移编码器和磁尺位置检测装置的检测信号计算出吊具的位置，送到所述轨道吊PLC控制器，通过所述轨道吊PLC控制器控制小车移动。

为了防止大车之间、大车与行人或移动的物体之间产生碰撞，还包括大车防撞装置，所述大车防撞装置包括安装于大车四脚上的周边检测超声波传感器和大梁上的设备间检测超声波传感器，所述周边检测超声波传感器用于检测大车周围拖车或行人与大车的位置，所述设备间检测传感器用于检测相邻轨道吊之间的距离，所述周边检测超声够传感器和设备间检测超声波传感器分别与轨道吊自动化控制器连接，通过所述轨道吊PLC控制器控制大车动作。当大车四脚上的周边检测超声波传感器检测到人或其他物体接近时，或/和大梁上的设备间检测超声波传感器检测到相邻设备的距离小于设定值时，停止大车的移动。

轨道吊自动化控制器接收管理系统的分配指令，通过上述的轨道吊自动化堆场操作控制系统，可以实现轨道吊无人操作。具体的自动卸车的方法，包括下述步骤：

（1）轨道吊移动，根据大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的轨道吊磁尺位置检测装置进行位置定位，到达卸车指令指定的集卡车位；

（2）移动小车和吊具到达集卡上集装箱的上方，轨道吊自动化控制器根据检测距离不同的多个目标箱检测传感器中长距离传感器的开关量信息，通过轨道吊PLC控制器控制小车实现一级减速，根据短距离传感器的开关量信息，控制小车实现二级减速；

（3）轨道吊自动化控制器根据接收器接收到的目标箱检测红外传感器的信号检测吊具与小车的偏差，并通过轨道吊PLC控制器控制吊具与小车中心线重合；所述轨道吊自动化控制器将吊具中心点坐标与系统目标箱的中心点坐标进行对比，检测吊具与目标箱的偏差，通过轨道吊PLC控制器调整小车或吊具的中心点坐标与目标箱一致；

（4）吊具下降，吊具锁销自动进入集装箱锁眼，闭锁，起吊；

（5）起吊3秒后，检测防吊起检测红外传感器的信号，如果未检测到防吊起检测红外传感器的信号返回，则继续起吊作业；如果检测到防吊起检测红外传感器的信号返回，则停止起升，并慢速下降，直到收到着箱信号反馈，起升动作停止，并发出集卡与集装箱未分离提示信息；

（6）轨道吊移动，根据大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的磁尺位置检测装置进行位置定位，到达卸车指令指定的贝位；

（7）根据目标箱定位装置提供的贝位轮廓和集装箱的层数，确定目标箱放置位置；

（8）移动小车和吊具，同时，轨道吊自动化控制器根据检测距离不同的多个目标箱检测传感器中长距离传感器的开关量信息，控制小车实现一级减速，根据短距离传感器的开关量信息，控制小车实现二级减速；将目标箱放置到指定位置，收到着箱信号后开锁，吊具起升，完成集装箱自动卸车作业。

上述步骤（7）判断当需要将目标箱放在底层箱上时，目标箱定位装置中所用的激光扫描装置扫描集装箱的四个角部与吊具四个角部的对应位置，调节吊具的位置，使吊具的四个角部与底层箱重合，吊具下放。

具体的自动装车的方法，包括下述步骤：

（1）轨道吊移动，根据大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的轨道吊磁尺位置检测装置进行位置定位，到达装车指令指定的贝位；

（2）移动小车和吊具到达指定位置的集装箱上方，轨道吊自动化控制器根据检测距离不同的多个目标箱检测传感器中长距离传感器的开关量信息，控制小车实现一级减速；所述轨道吊自动化控制器根据接收器接收到的目标箱检测红外线发射器发射的信号计算吊具与小车的偏差，并通过轨道吊PLC控制器调整吊具与小车中心线重合；所述轨道吊自动化控制器将吊具中心点坐标与系统目标箱的中心点坐标进行对比，检测吊具与目标箱的偏差，调整小车或吊具的中心点与目标箱一致；再根据短距离传感器的开关量信息，控制小车实现二级减速；

（3）吊具下降，吊具锁销自动进入集装箱锁眼，闭锁，起吊；

（4）轨道吊自动化控制器根据轨道吊定位装置和吊具定位装置提供的信息，控制轨道吊及小车和吊具移动到指定位置的集卡上方；

（5）目标箱定位装置中所用的激光扫描装置扫描集装箱的四个角部与吊具四个角部的对应位置，调节吊具的位置，使吊具的四个角部与集卡四角重合，吊具下放，直到收到着箱信号停止下放，开锁，吊具起升，完成装车作业。

在轨道吊移动过程中，当所述轨道吊自动化控制器接收到所述周边检测超声够传感器或设备间检测超声波传感器的信息时，控制轨道吊停车。在设备运行过程中，轨道桥自动化控制器时时进行位置计算并判断与相邻轨道桥之间距离，保证设备间的有效安全距离。在大车四角安装有周边检测超声够传感器，时时监测设备周边环境安全，该周边检测超声够传感器设置两级保护，15米范围内有人、车活动时进行减速，5米范围内有人、车活动时设备停止运行，避免设备与人、车发生碰撞事故，提高设备运行安全可靠性。

本实用新型的轨道吊自动化堆场操作控制系统及轨道吊自动装卸方法通过协调各个装置之间的作业，实现了轨道吊自动化作业，作业循环不需要远程操作者的干预自动完成，提高了作业效率，减少了劳动力成本，降低了作业成本。并能够进行自动校正，提高了作业的精确度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种轨道吊自动化堆场操作控制系统，其特征在于，包括轨道吊自动化控制器、轨道吊PLC控制器、吊具PLC控制器、集卡防吊起装置、轨道吊定位装置、着箱检测装置、吊箱自动控制装置、目标箱定位装置和吊具定位装置； 

所述集卡防吊起装置包括安装于轨道吊底梁上的防吊起检测红外传感器，所述防吊起检测红外传感器用于检测集装箱相对于集卡的位置；所述防吊起检测红外传感器与所述轨道吊自动化控制器连接，所述轨道吊自动化控制器通过所述轨道吊PLC控制器控制吊具动作； 

所述轨道吊定位装置包括安装于大车驱动电机上的大车位移编码器和安装于轨道吊轨道外部的多个等距设置的轨道吊磁尺位置检测装置，所述大车位移编码器和多个轨道吊磁尺位置检测装置的输出端分别与轨道吊自动化控制器连接； 

所述着箱检测装置包括安装于集装箱四个角部的重力传感器，所述重力传感器与所述轨道吊自动化控制器连接； 

所述吊箱自动控制装置包括多个目标箱检测红外线发射器、检测距离不同的多个目标箱检测传感器和带有十字坐标系的接收器；吊具与吊具上架为刚性连接，所述吊具与吊具上架中心线重合；所述多个目标箱检测红外线发射器安装在所述吊具上架上；所述检测距离不同的多个目标箱检测传感器安装于所述吊具上，每个所述目标箱检测传感器的信号输出端分别与所述轨道吊自动化控制器连接，将开关量信号送到所述轨道吊自动化控制器，所述轨道吊PLC控制器输出控制信号控制所述吊具减速；所述接收器安装于小车架上，所述接收器的信号输出端与所述轨道吊自动化控制器连接，所述接收器用于接收多个所述目标箱检测红外线发射器发射的信息，送到所述轨道吊自动化控制器； 

所述目标箱定位装置包括安装于轨道吊大梁上的激光扫描装置；所述激光扫描装置与所述轨道吊自动化控制器连接； 

所述吊具定位装置包括安装于小车电机输出轴上的水平位移编码器、安装于高速轴上的竖直位移编码器、安装于低速轴上的凸轮开关和小车磁尺位置检测装置，所述磁尺位置检测装置的磁性标尺安装于大梁上，所述磁尺位置检测装置的磁头安装于小车架上，所述凸轮开关上设置有多个对应不同高度的定位 点；所述水平位移编码器、竖直位移编码器和磁尺位置检测装置的检测信号输出端分别与轨道吊自动化控制器连接。 

2.根据权利要求1所述的轨道吊自动化堆场操作控制系统，其特征在于，还包括大车防撞装置，所述大车防撞装置包括安装于大车四脚上的周边检测超声波传感器和大梁上的设备间检测超声波传感器，所述周边检测超声波传感器用于检测大车周围拖车或行人与大车的位置，所述设备间检测传感器用于检测相邻轨道吊之间的距离，所述周边检测超声够传感器和设备间检测超声波传感器分别与轨道吊自动化控制器连接，通过所述轨道吊PLC控制器控制大车动作。