CN206188241U - 一种新型集装箱码头rtg远程操控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，包括远程控制中心系统和RTG本地控制系统，远程控制中心系统包括堆场管理系统BMS和远程操作控制系统ROCS；RTG本地控制系统在RTG上新增RTG自动控制系统ACCS，用于将接收的作业指令或远程控制命令，发送给RTG本机PLC控制系统实现RTG的远程控制，同时将接收的RTG本机状态信息回传到RTG远程控制中心系统。本实用新型采用定位传感器进行定位，互为校验，保证定位的准确性；解决远程观察引起的错误作业的问题；实现作业过程中的自动抓放箱，增强系统自动化的安全生产。

Description

一种新型集装箱码头RTG远程操控系统

技术领域

本实用新型涉及一种新型集装箱码头RTG远程操控系统。

背景技术

轮胎式集装箱门式起重机(RTG)是集装箱码头作业的重要机械，其效率、安全、作业正确性对码头作业有着重要影响。RTG的作业特点是对司机依赖性高，来回跑动频繁，设备大车无效能耗高。

针对RTG利用率不高，RTG司机数量紧张等现象，随着港口自动化的发展，越来越多的集装箱码头公司关注或引进RTG远程操控系统。RTG远程操控系统利用了多传感器定位技术、视觉识别技术、通讯技术、自动控制技术等，实时获取堆场集装箱堆码信息以及RTG大车、小车和吊具的位置与运动状态，进行远程监控显示并实现由一个操作员根据远程控制操作多台RTG进行作业，最终实现远程自动化的安全生产。

目前市场上的RTG远程操控系统，利用定位传感器实现RTG大车、小车、吊具的定位，并通过安装摄像头。但是，现有的场桥堆码轮廓扫描系统往往具有以下缺点：

1、定位传感器单一：

RTG远程操控系统对RTG各个机构(大车、小车、吊具)定位要求极高；而现有系统各个机构多采用单一的定位传感器，如定位传感器一旦出现故障，将影响整个RTG远程操控系统的运行。

2、缺少对作业正确性的验证：

现有RTG远程操控系统，在RTG本地安装高清摄像头，利用远程网络将视频信号传送到远程司机操控台；RTG作业以司机通过视频显示目视确认为主，同时由于视频传输信号以及视频角度等问题，给作业的观察带来不便，如集装箱箱号的确认，可能会引起错误作业的失误。

3、自动化程度不高：

现有系统利用远程视频显示，RTG作业以司机目视为主；有的系统相当于将RTG本地操控台移到远程操控台，操作完全依靠司机；有的系统引进大车、小车的自动化运行，但缺少与集卡、集装箱的自动对位精准的匹配作业位置。

发明内容

本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供了一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，利用DGPS卫星定位技术，激光扫描轮廓识别技术、视频图像识别技术、自动控制领域的最新技术，结合码头作业流程，旨在解决以下问题：

(1)RTG各个机构采用定位传感器进行定位，互为校验，保证定位的准确性，免了单一传感器失效导致系统失效的弊端；

(2)利用视频图像识别技术，截图作业环节图像，对集装箱箱号、作业集卡车号进行识别，并与TOS作业指令对比，解决远程观察引起的错误作业的问题；

(3)利用激光测距技术，精准的检测集装箱或集卡的位置，并控制吊具进行精准对位，实现作业过程中的自动抓放箱，增强系统自动化的安全生产。

本实用新型的技术方案是：一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，包括远程控制中心系统、RTG本地控制系统、在集装箱堆场设置的无线基站和在RTG主体大梁上安装的无线移动站；其中：

所述远程控制中心系统包括堆场管理系统BMS和远程操作控制系统ROCS，其中：堆场管理系统BMS用于与TOS系统对接；远程操作控制系统ROCS用于远程控制RTG设备；

所述RTG本地控制系统利用大车、小车、起升机构的定位传感器，在RTG上新增RTG自动控制系统ACCS，借助无线链路通过工业以太网协议连接远程控制中心系统，并通过DP总线方式连接RTG本机PLC，用于将接收的作业指令或远程控制命令，发送给RTG本机PLC控制系统实现RTG的远程控制，同时将接收的RTG本机状态信息回传到RTG远程控制中心系统。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过对现有的RTG远程操控系统进行改进，应用最新的DGPS定位技术、激光扫描轮廓识别技术、图像识别技术，提高系统的鲁棒性，同时提升系统自动化程度。具体表现如下：

1、引进DGPS定位、激光测距定位，而不是单纯的依赖于编码器定位；

2、引进箱号识别系统、车号识别系统，作业过程中对作业集装箱、作业集卡进行识别，确保作业的正确性；

3、引进吊具检测系统和箱区检测系统，进行吊具与集装箱或集卡的精准识别，并自动控制进行抓放箱对位，实现自动抓放箱；

4、引进集卡对位系统、集卡防吊起系统，实现引导集卡精准对位，并实时的保护集卡防止被吊具砸车头，或被误吊起。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为RTG结构及作业环境示意图；

图2是本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

RTG结构及本系统的工作环境如图1所示，包括RTG主体大梁1、RTG基础梁2、大车运行机构3、小车机构4、起升卷扬机构5、司机室6、钢缆7、吊具8、电气房9、动力房10、堆码集装箱11等。

一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，如图2所示，包括远程控制中心系统和RTG本地控制系统，远程控制中心系统和RTG本地控制系统之间的数据传输采用无线链路，需在集装箱堆场建立无线基站，同时在RTG主体大梁1上安装无线移动站。

一、远程控制中心系统：

远程控制中心系统包括堆场管理系统BMS和远程操作控制系统ROCS，其中：

1、堆场管理系统BMS负责与TOS系统对接，接收、解析TOS作业指令任务，并根据TOS作业指令自动调度堆场RTG设备，监控RTG设备执行状态，把作业信息反馈给TOS系统；

2、远程操作控制系统ROCS是堆场设备控制的核心，实现远程人工控制RTG设备。主要包括有操控台、远控中心PLC、视频系统、对讲系统、RTG作业辅助系统等组成。

二、RTG本地控制系统：

RTG本地控制系统利用大车、小车、起升机构的定位传感器。在RTG上新增RTG自动控制系统ACCS，接收远程控制中心系统的TOS作业指令和远程手动控制命令，实现大车自动运行、吊具自动运行功能；同时需在RTG上新增大车防撞、大车自动纠偏、吊具检测系统、箱区定位系统、集卡对位系统、集卡防吊起系统、箱号识别系统、车号识别系统、视频系统、语音系统，保证RTG的自动控制和远程控制的高效性和安全性。

1、RTG自动控制系统ACCS的主要设备是PLC控制系统，安装在电气房9内，借助无线链路通过工业以太网协议连接远程控制中心系统，并通过DP总线方式连接RTG本机PLC；其主要功能是接收作业指令或远程控制命令，发送给RTG本机PLC控制系统实现RTG的远程控制，同时接收RTG本机状态(包括机构位置，工作状态、故障、安全保护等)信息，回传到RTG远程控制中心系统。

2、在大车运行机构3上安装防撞雷达传感器，用于检测大车运动前方的跑道上有静止或移动的障碍物时，设置减速档和停止档距离，从而有效地防止E-RTG与E-RTG之间、E-RTG与拖车间及E-RTG与跑道上通行的人员间发生碰撞。

3、RTG本地控制系统在RTG新增DGPS系统，DGPS基准站需要安装在集装箱堆场办公楼上，在RTG电气房9内安装DGPS移动站设备，在RTG主体大梁1上安装GPS天线，进行高精度定位，实施检测大车与大车运动跑道的偏离情况，进行大车自动纠偏。DGPS系统也用于大车定位，与RTG上原有大车编码器融合定位，提高大车定位的精度。

4、RTG本地控制系统在RTG新增箱区检测系统，包括3D控制器、3D激光(激光扫描仪和高精度旋转云台)、电源适配器、交换机。系统硬件核心设备是3D激光以及3D控制器，实现对RTG作业箱区、车道区域、集卡车、集装箱等轮廓的识别；并结合PLC、指示灯和控制开关等设备共同实现防碰撞控制、自动抓放箱等功能。3D激光安装在小车机构1的平台下，同时可实现对小车精准定位，与RTG上原有小车编码器互为校验。

5、RTG本地控制系统在RTG上新增吊具检测系统，通过在小车机构1的平台安装一个角度传感器以及在吊具8上安装三个标识板，主要检测吊具同小车架之间的相对位置角度，以及吊具旋转角度，通过控制小车和吊具倾转动作，使吊具保持在允许的落箱定位范围内。吊具检测系统和吊具起升编码器进行融合定位，检测吊具的高度。

6、RTG本地控制系统在RTG上新增集卡对位系统，在电气房9上方安装一台激光扫描仪，激光沿平行于集卡车道中心线对集装箱及集卡进行扫描测距。激光扫描仪将数据发送CPS控制器，CPS控制器识别集卡的行驶方向、位置及离场桥基准起吊点的偏差距离，同时CPS控制器从PLC获取吊具操作模式、开闭锁信号和起升高度，系统实时将集卡偏离场桥起吊点方向信息、距离信息显示在安装在电气房侧的RTG基础梁2的LED显示屏上，提示司机调整集卡停车位置，对准状态。

7、RTG本地控制系统在RTG上新增集卡防吊起系统，包括二维激光扫描仪、防吊集卡控制器。激光扫描仪安装在电气房侧的RTG基础梁2中间位置，数据电缆连接到安装在电气房9内的防吊集卡控制器上。激光扫描仪实时扫描集装箱高度、托架边缘厚度、托架表面倾斜角度、机箱和托架的间隙等，通过这些数据综合判断卡车是否被吊起。如发生防吊起是故障，系统将控制吊具8停止，禁止上升。

8、RTG本地控制系统在RTG上新增视频监控系统，用于监控RTG作业过程中的每个区域；同时将视频图像信息回传给远程控制中心系统，便于远程操作者直接观看RTG的工作状态。视频监控区域主要有大车行走区域、起升(吊具视角)区域、集卡车道作业区域、吊具锁头区域。在大车机构3处安装四个摄像头，监视大车运动方向是否存在障碍物，保证大车运动的安全；在小车机构4下方安装三个摄像头，用于直接监视吊具运动状态、吊具带箱状态、吊具对箱状态；在集卡车道侧的RTG基础梁2安装三个摄像头，用于监视是否存在集卡、集卡状态、集装箱类型(20尺/40尺)及箱号、集装箱抓放状态，在集卡车道上方的RTG主体大梁1上安装一个摄像头，用于监控集卡到位情况和集卡车号；在吊具8上安装四个摄像头，用于监视吊具对箱状态。

9、RTG本地控制系统在RTG上新增箱号识别系统，主要设备包括摄像头和工控机。箱号识别摄像头借用视频监控系统中用于监控集卡车道作业的摄像头，安装在RTG基础梁2上，摄像头的安装位置根据单20尺、双20尺、40尺\45尺作业位置进行固定，分别进行单20尺集装箱、双20尺集装箱、40尺(或45尺)集装箱的箱号识别。工控机安装在电气房9内，主要功能是实现摄像头的控制和数据采集、识别，并通过与PLC接口获取当前PLC信息(如小车位置、吊具位置)。工控机采集箱号识别摄像头的视频图像，经过图像定位、字符识别，获得集装箱箱号；同时借助系统链路，将箱号识别的识别结果和识别图像发送到远程控制中心系统，进行记录、显示。

10、RTG本地控制系统在RTG上新增车号识别系统，主要设备包括摄像头和工控机。车号识别摄像头借用视频监控系统中用于监控集卡车道作业的摄像头，安装在RTG主体大梁1上，采集集卡车头上的车号。工控机安装在电气房9内(与箱号识别系统共用一个工控机)，主要功能是实现摄像头的控制和数据采集、识别，并通过与PLC接口获取当前PLC信息(如小车位置、吊具位置、集卡对位系统转发的集卡对位情况)。工控机采集车号识别摄像头的视频图像，经过图像定位、字符识别，获得集卡箱号；同时借助视频系统，将车号识别的识别结果和识别图像发送到远程控制中心系统，进行记录、显示。

11、RTG本地控制系统在RTG上新增语音对讲系统，包括对讲机和扬声器，安装在集卡车道侧的RTG基础梁上，方便现场人员与远程操作员进行实时通话。语音对讲系统采用IP对讲终端，通过网线接入远程控制网络，与远程IP对讲机建立连接。

本实用新型的工作原理为：

1、接收TOS作业指令：

(1)堆场管理系统BMS经对比RTG的工作位置和工作状态，按照“空闲且就近”的原则，将指令下发到RTG本地控制系统；

(2)RTG本地控制系统中的RTG自动控制系统ACCS接收TOS作业指令，本机RTG状态将由待机模式切换到自动模式；

(3)RTG自动控制系统ACCS根据TOS作业指令进行分解，形成若干RTG动作指令；

(4)如本机RTG不处于待机模式下，系统将等待RTG恢复到待机模式下，在进行自动模式控制；

(5)每条动作指令完成后，RTG自动控制系统ACCS收集该RTG的工作状态，进入下一条RTG动作指令；

(6)ACCS系统完成TOS作业指令，将TOS作业指令完成状态反馈到堆场管理系统BMS。

2、大车自动行走：

(1)RTG自动控制系统ACCS对比吊具位置，如吊具不在大车运行安全高度，则控制吊具运动上升达到大车运行安全高度，避免大车行走过程中的吊具与集装箱的碰撞；

(2)通过RTG大车定位，获得当前大车位置，对比TOS作业指令中目标场贝位置，系统控制大车自动运动，向目标位置行驶；

(3)如大车当前位置和目标位置不在同场，在大车行驶并靠近场边界时，进行减速停车，并向远程操控台发送过场信号，由远程操作员进行人工操作过场；

(4)如大车运动过程中，系统检测到前进方向有障碍物，大车防撞系统控制大车减速、停止，并向远程控制台报警；

(5)系统实时检测并对比大车位置，当靠近目标位置时，进行逐级减速控制，使大车平稳的停止在目标位置；

(6)大车到位后，箱区定位系统的3D激光扫描当前贝位集装箱、邻贝集装箱堆码位置，同时判断吊具作业位置与当前贝位的位置关系，进行大车位置微调，以避免小车行进时与邻贝集装箱发生碰撞事故；

3、集装箱轮廓扫描：

通过箱区定位系统的3D激光扫描当前贝内、邻贝集装箱的堆码轮廓；根据小车位置定位和起升高度定位，获得吊具的空间位置；

4、吊具自动行走：

(1)自动控制小车、起升按照小门字运动或最优路径运动，控制吊具到达作业指令提箱位置的集装箱安全高度上方，停止运动；

(2)如作业指令提箱位置是集卡车道，首先由集卡对位系统引导集卡精准的停止在吊具作业位置；如集卡未到或未完成集卡对位，起升将禁止向车道上方下降，并在远程控制台报警提示，远程操控员可通过语音对讲系统进行喊话，提供集卡司机进行对位；

5、箱号识别、车号识别：

(1)如作业指令提箱位置是集卡车道，进行集装箱箱号识别、集卡车号识别；如集装箱箱号、集卡车号与TOS作业指令不一致，系统停止作业，并报警提示远程操作员；

(2)远程操作员通过视频监控系统查看集装箱箱号、集卡车号，人工与TOS作业指令对比；

(3)如人工确认箱号、车号与TOS作业指令相符，远程操作员通过按钮确认，取消报警，并恢复到远程自动控制；如不相符，系统中断作业，吊具恢复到安全高度。

6、自动对箱：

(1)吊具停止到目标位置上方时，吊具检测系统检测吊具的偏差与回旋，同时箱区定位系统对吊具位置和下方待作业集装箱位置进行精细扫描，对比出两者之间的大车方向偏差、小车方向偏差，吊具回旋角度；从而控制吊具进行吊具平移、回旋等动作，从而达到吊具位置的精细调整；

(2)调整后，系统发送远程辅助作业请求信号(远程辅助作业请求指示灯闪烁)远程操作员通过按下远程辅助作业请求按钮进行人工操作介入(远程辅助作业请求指示灯亮起)。

(3)如操作员查看自动对箱位置无误，通过抓放箱自动辅助按钮进行自动操作(抓放箱自动辅助指示灯亮起)，系统自动进行吊具下放，并着箱后闭锁提箱(抓放箱自动辅助指示灯灭掉)；

(4)如操作员认为自动对箱位置存在较大误差，通过抓放箱人工按钮进行人工操作(抓放箱人工操作指示灯亮起)，通过远程操作控制系统ROCS控制吊具下降并闭锁提箱，起升高度升高至0.5米处(抓放箱人工操作指示灯灭掉)，通过按下远程控制连接释放按钮取消远程辅助作业介入(远程辅助作业请求指示灯灭掉)，系统恢复到自动控制运动；

(5)如是集卡车道上提箱，RTG自动控制系统ACCS实时检测集卡防吊起系统的保护信号，如集卡防吊起系统检测到集卡吊起事故，将控制起升上升停止，并报警到远程操控台，由远程操作员进行确认，并人工干预。

7、后续根据位置对比，控制吊具运动到TOS作业指令放箱目标位置，控制过程同步骤2至6；

8、作业完成后，吊具自动起升到安全高度；系统回传RTG空闲状态。

Claims (10)

1.一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：包括远程控制中心系统、RTG本地控制系统、在集装箱堆场设置的无线基站和在RTG主体大梁上安装的无线移动站；其中：

所述远程控制中心系统包括堆场管理系统BMS和远程操作控制系统ROCS，其中：堆场管理系统BMS用于与TOS系统对接；远程操作控制系统ROCS用于远程控制RTG设备；

所述RTG本地控制系统利用大车、小车、起升机构的定位传感器，在RTG上新增RTG自动控制系统ACCS，借助无线链路通过工业以太网协议连接远程控制中心系统，并通过DP总线方式连接RTG本机PLC，用于将接收的作业指令或远程控制命令，发送给RTG本机PLC控制系统实现RTG的远程控制，同时将接收的RTG本机状态信息回传到RTG远程控制中心系统。

2.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述堆场管理系统BMS接收和解析TOS作业指令，并根据TOS作业指令自动调度堆场RTG设备、监控RTG设备执行状态、把作业信息反馈给TOS系统。

3.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述远程操作控制系统ROCS包括操控台、远控中心PLC、视频系统、对讲系统、RTG作业辅助系统。

4.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增DGPS系统，包括在集装箱堆场办公楼架设的DGPS基准站、在RTG电气房内安装的DGPS移动站设备和在RTG主体大梁上安装的GPS天线。

5.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增箱区检测系统，包括3D控制器、3D激光、电源适配器和交换机。

6.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增吊具检测系统，包括在小车机构的平台上安装的一个角度传感器以及在吊具上安装的三个标识板。

7.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增集卡对位系统，包括CPS控制器、在电气房上方安装的一台激光扫描仪和安装在电气房侧的RTG基础梁上的LED显示屏。

8.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增集卡防吊起系统，包括二维激光扫描仪和防吊集卡控制器，所述二维激光扫描仪安装在电气房侧的RTG基础梁中间位置，通过数据电缆连接到安装在电气房内的防吊集卡控制器上。

9.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增视频监控系统、箱号识别系统和车号识别系统，其中：

所述视频监控系统用于监控RTG作业过程中的每个区域；同时将视频图像信息回传给远程控制中心系统，包括在大车机构处安装的四个摄像头、在小车机构下方安装的三个摄像头、在集卡车道侧的RTG基础梁上安装的三个摄像头、在集卡车道上方的RTG主体大梁上安装的一个摄像头和在吊具上安装的四个摄像头；

所述箱号识别系统包括摄像头和工控机，所述摄像头为视频监控系统中安装在集卡车道侧的RTG基础梁上的三个摄像头，所述工控机安装在电气房内；

所述车号识别系统包括摄像头和工控机，所述摄像头为视频监控系统中安装在集卡车道上方的RTG主体大梁上的一个摄像头，车号识别系统与箱号识别系统共用一个工控机。

10.根据权利要求1所述的一种新型集装箱码头RTG远程操控系统，其特征在于：所述RTG本地控制系统在RTG上新增语音对讲系统，包括对讲机和安装在集卡车道侧的RTG基础梁上的扬声器。