0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各個(gè)集裝箱碼頭的作業(yè)箱量在逐年增加。如何安全、高效地進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)是各個(gè)集裝箱碼頭努力研究的課題。在現(xiàn)代化技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何利用先進(jìn)技術(shù)來(lái)降低操作人員的操作難度，有效提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn)，是各個(gè)集裝箱碼頭需要重視的問(wèn)題。本文介紹的輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，是一種使用差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（RTK），結(jié)合堆場(chǎng)的地理信息，自動(dòng)糾正輪胎吊運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)位置、方向和速度，實(shí)現(xiàn)輪胎吊在場(chǎng)地軌道線上的自動(dòng)糾偏和防止輪胎吊與滑觸線等設(shè)施發(fā)生碰撞的自動(dòng)化系統(tǒng)。輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)可以有效提高司機(jī)作業(yè)效率，減

輕司機(jī)工作壓力，降低司機(jī)操作工作量。同時(shí)，輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)可以進(jìn)一步提高輪胎吊運(yùn)行的主動(dòng)安全性。

1 系統(tǒng)介紹

輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站和移動(dòng)站等 2 部分組成?；鶞?zhǔn)站安裝在碼頭辦公樓樓頂，為移動(dòng)站提供 RTK 信號(hào)。移動(dòng)站安裝在輪胎吊上，將接收到的差分校正數(shù)據(jù)與 GPS 信號(hào)進(jìn)行整合，為自動(dòng)糾偏系統(tǒng)提供輪胎吊的實(shí)時(shí)信息。系統(tǒng)邏輯示意圖見(jiàn)圖 1。

1.1 基準(zhǔn)站

1.1.1 基準(zhǔn)站組成

基準(zhǔn)站主要由控制箱、無(wú)線電臺(tái)模塊、電臺(tái)天線、GPS 接收器、GPS 天線、UPS 電源等組成。

1.1.2 基準(zhǔn)站功能

GPS 接收器接收到可視衛(wèi)星的 GPS 信號(hào)后，計(jì)算出差分校正數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線電臺(tái)模塊，經(jīng)電臺(tái)天線發(fā)送至整個(gè)作業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，供移動(dòng)站接收使用。

1.1.3 基準(zhǔn)站布置

基準(zhǔn)站的 GPS 天線和電臺(tái)天線安裝在碼頭辦公樓頂樓平臺(tái)的開(kāi)闊位置，以保證 GPS 信號(hào)的穩(wěn)定接收和移動(dòng)站無(wú)線通信信號(hào)的穩(wěn)定。同時(shí)，為避免天線受風(fēng)力影響發(fā)生擺動(dòng)，在天線支架下端使用水泥墩、天線支架和鋼材等進(jìn)行多級(jí)加固，以使天線保持穩(wěn)固狀態(tài)?；鶞?zhǔn)站 GPS 天線和電臺(tái)天線見(jiàn)圖 2。

基準(zhǔn)站采用雙機(jī)熱備基準(zhǔn)站方式，即為 2 套基準(zhǔn)站系統(tǒng)同時(shí)供電。一套基準(zhǔn)站作為工作基準(zhǔn)站，為移動(dòng)站提供差分信息；另一套基準(zhǔn)站熱機(jī)備用，當(dāng)工作基準(zhǔn)站發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換至備用基準(zhǔn)站，保證基準(zhǔn)站可以一直保持工作狀態(tài)，從而提高自動(dòng)糾偏系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。雙機(jī)熱備基準(zhǔn)站見(jiàn)圖 3。

1.2 移動(dòng)站

1.2.1 移動(dòng)站組成

移動(dòng)站主要由自動(dòng)糾偏控制器、無(wú)線電臺(tái)模塊、電臺(tái)天線、GPS 接收器、GPS 天線等組成。

1.2.2 移動(dòng)站功能

安裝在輪胎吊上的移動(dòng)站對(duì)輪胎吊位置、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)向輪胎吊主控 PLC系統(tǒng)傳輸糾偏指令，實(shí)現(xiàn)輪胎吊的自動(dòng)糾偏功能。移動(dòng)站的核心設(shè)備是自動(dòng)糾偏控制器，它集成運(yùn)算控制單元，通過(guò)串口與 GPS 接收器相連，接收定位數(shù)據(jù)。無(wú)線電臺(tái)接收 GPS 基準(zhǔn)站播發(fā)的差分校正數(shù)據(jù)，并發(fā)送給自動(dòng)糾偏控制器。結(jié)合 GPS接收器接收到的 GPS 信息，自動(dòng)糾偏控制器通過(guò)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎吊的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位。自動(dòng)糾偏控制器通過(guò) RS232 串口與輪胎吊主控 PLC 進(jìn)行通信，獲取實(shí)時(shí)大車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的綜合運(yùn)算處理后，系統(tǒng)向輪胎吊 PLC 發(fā)出控制指令，控制輪胎吊運(yùn)行大車過(guò)程中的糾偏動(dòng)作。

1.2.3 移動(dòng)站布置

輪胎吊海側(cè)大梁兩端分別安裝 2 個(gè) GPS 天線和 1 個(gè)電臺(tái)天線。GPS 天線安裝于輪胎吊海側(cè)大梁頂端，安裝時(shí)盡量保持水平高度一致。同時(shí)，為減少輪胎吊運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)天線穩(wěn)定性的影響，天線支架使用鋼管進(jìn)行加固，以保證 GPS天線和電臺(tái)天線在大車運(yùn)行時(shí)仍可保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。天線布置示意圖見(jiàn)圖 4，GPS 天線安裝情況見(jiàn)圖 5。

電臺(tái)天線安裝在輪胎吊電氣房側(cè)大梁的護(hù)欄上，且電臺(tái)天線安裝位置與 GPS 天線安裝位置之間的距離要大于 1 m。用 U 型卡扣將電臺(tái)天線固

定在護(hù)欄上，以保證電臺(tái)天線的穩(wěn)定性。電臺(tái)天線安裝位置見(jiàn)圖 6。

移動(dòng)站控制箱安裝在電氣室內(nèi)。箱內(nèi)主要安裝自動(dòng)糾偏控制器、無(wú)線電臺(tái)模塊、2 個(gè) GPS 接收器、穩(wěn)壓電源等。自動(dòng)糾偏控制器通過(guò)串口與設(shè)備PLC 進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏控制器與輪胎吊PLC 之間的數(shù)據(jù)交互。移動(dòng)站控制箱見(jiàn)圖 7，PLC通信端口見(jiàn)圖 8。

2 工作原理和功能實(shí)現(xiàn)

輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)將碼頭每個(gè)場(chǎng)地的方向信息、軌道基準(zhǔn)線的坐標(biāo)參數(shù)、場(chǎng)地基建信息等數(shù)據(jù)信息配置在移動(dòng)站的控制器中，并通過(guò)控制器的計(jì)算，形成電子地圖。該電子地圖為自動(dòng)糾偏系統(tǒng)提供輪胎吊工作場(chǎng)地的基礎(chǔ)信息。當(dāng)輪胎吊大車行駛時(shí)，安裝于輪胎吊移動(dòng)站內(nèi)的自動(dòng)糾偏控制器根據(jù)接收的 GPS 信息，并結(jié)合基準(zhǔn)站發(fā)出的差分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)輪胎吊位置和行走方向進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。同時(shí)，結(jié)合電子地圖，控制器計(jì)算出輪胎吊大梁后端與軌道基準(zhǔn)線之間的偏差值。當(dāng)自動(dòng)糾偏控制器預(yù)判正在進(jìn)行大車行駛的輪胎吊有跑偏趨勢(shì)或輪胎吊大車輪胎中心線偏離軌道基準(zhǔn)線過(guò)大時(shí)，自動(dòng)糾偏控制器通過(guò)通信串口向輪胎吊主控 PLC 發(fā)送調(diào)整輪胎吊兩側(cè)大車輪電機(jī)速度的指令和數(shù)值，使輪胎吊大車輪胎中心線向軌道基準(zhǔn)線靠攏，達(dá)到輪胎吊自動(dòng)糾偏的目的。自動(dòng)糾偏速度指令程序截圖見(jiàn)圖

9，自動(dòng)糾偏數(shù)值程序截圖見(jiàn)圖 10。

同時(shí)，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)可以根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)GPS 信息，結(jié)合電子地圖，判斷出輪胎吊與滑觸線之間的實(shí)時(shí)距離。在輪胎吊大車行駛過(guò)程中，當(dāng)輪胎吊一側(cè)與滑觸線距離過(guò)近時(shí)，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)控制輪胎吊進(jìn)行減速、停止操作，防止輪胎吊與滑觸線發(fā)生碰撞。

當(dāng)輪胎吊接近滑觸線端部時(shí)，自動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)控制輪胎吊進(jìn)行減速、停止操作，并控制司機(jī)室內(nèi)的報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警對(duì)司機(jī)進(jìn)行提示，以防止輪胎吊在受電弓放弓狀態(tài)時(shí)駛出滑觸線，發(fā)生受電弓脫弓事故。保護(hù)程序截圖見(jiàn)圖 11。

3 結(jié) 語(yǔ)

輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)能在輪胎吊大車行駛時(shí)自動(dòng)完成大車糾偏，從而減少輪胎吊司機(jī)大量手動(dòng)糾正輪胎吊大車行駛軌跡的工作量，降低司機(jī)行駛大車時(shí)的操作難度。同時(shí)，輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)可以有效防止輪胎吊與滑觸線發(fā)生碰撞，避免受電弓脫離滑觸線事故的發(fā)生。輪胎吊自動(dòng)糾偏系統(tǒng)已經(jīng)在大連港集裝箱碼頭得到應(yīng)用，在提高輪胎吊設(shè)備安全性和作業(yè)效率方面效果顯著。