岸边集装箱起重机集装箱吊装 最佳高度监控系统 范建共张建 上海浦东国际集装箱码头有限公司 上海２００１３１ 摘要：文中列出了该监控系统使用时可能出现的各种工况，并提出了相应的解决办法，介绍了该系统的 工作原理和软硬件设计，研制出人机对话的智能化操作界面，通过实际的运用，提高了岸桥的作业效率并节约 了岸桥作业能耗。 关键词：岸边集装箱起重机；监控系统；吊装；工况 中图分类号：Ｕ６５３．９２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—０７８５（２０１２）１０—００４９—０３ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｔａｉｌｓ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓ— ｔｅｒｎ，ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓ－ ｔｅｒｎ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｓｕｃｈ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｑｕａｙｓｉｄｅ ｃｏｎｔａｉｎ・ ｅｒ ｃｒａｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｙｓｉｄｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｃｒａｎｅ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｈｏｉｓｔｉｎｇ；ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ０ 引言 有致、高低不齐，吊装过程中稍有不慎就会撞翻 集装箱，并可能导致严重的安全事故。另外，岸 岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）位于码 桥自身小车运动速度非常快，司机位置在吊具的 头前沿，通过起升机构和小车机构将集装箱从集 上部，对吊具的高度观测不是非常敏感。因此， 卡吊装到船舶和从船舶上吊卸到集卡，其中起升 为了安全起见，在吊装过程中司机往往把吊具拉 机构的运行质量直接影响到岸桥的装卸效率。岸 得很高，远高于吊具下方相关的集装箱高度，然 桥在吊装集装箱时，由于轮船上集装箱堆放错落 后再移动小车，避免吊具在运动过程中与轮船上 参考文献 院，２００２． ［１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．第５版．北京：化学工 ［７］ 李壮云．液压元件与系统［Ｍ］．第２版．北京：机械 业出版社．２００８． 工业出版社，２００５． ［２］张娥．特大型多功能结构试验加载系统的结构设计与 ［８］ 许福玲．液压与气压传动［Ｍ］．第２版．北京：机械 分析［Ｄ］．北京：北京工业大学，２００５． 工业出版社，２００４． ［３］曾祥亮，李力，肖露．基于Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的钢模 ［９］杨培元，朱福元．液压系统设计简明手册［Ｍ］．北京： 台车优化设计［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００９ 机械工业出版社． （１１）． ［４］王影，郭永存．利用Ａｎｓｙｓ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对蛇形弹簧联 作 者：钱红炜 轴器进行应力分析［Ｊ］．机械设计与制造，２０１１（１）． 地 址：江苏省无锡市惠山区堰新路３３０号国家桥门式 ［５］吴昌林，钟毅芳．机械设计［Ｍ］．第２版．武汉：华 起重机械产品质量监督检验中心 中科技大学出版社，２００３． 邮 编：２１４１７４ ［６］王长陶．基于可拓控制策略的材料试验机电液比例控 收稿Ｅｔ期：２０１２—０２—２８ 制系统的研究［Ｄ］．杭州：浙江大学机械与能源学 《起重运输机械》 ２０１２（１０） －．－－——４９－－－－—— 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 进行工况分析，主要分析作业中各种可能出现的 工况，并采取针对性的解决办法，经过分析主要 工况有： 起升高度，导致吊装时间增加，效率下降，大大 增加了岸桥的能耗，也增加机械磨损和减少钢丝 １）船上单个倍位出现２０尺、４０尺箱混装的 情况。解决办法：通过在上下游各安一个传感器 来判断是否有混装现象。 绳寿命。 为了解决起升高度过高引起的低效率、高能 耗的问题，在小车上安装激光传感器，实时测量 起升的安全高度，利用起升和小车编码器，实时 测量小车每一个位置上的集装箱或者其他障碍物 一２）框架箱等不规则箱的识别。解决办法：在 个箱宽内检测到高度相差较大时，则默认位框 架箱，程序计算时以２个标准箱高计算。 高度，建立实时数据库，对小车和起升进行实时 监控。在起升高度足够的前提下，系统将自动提 醒司机小车可进入高速状态，司机不必将起升拉 到较高位置（见图１）。激光传感器在小车运行过 程中亦可实时对障碍物高度进行测量，紧急状态 时，小车将自动减速或自动刹车停止，防止撞箱 事故发生。 ：、 ：藜 、、、 一 一 １ 、 一 ｆ ｎ ５ ｆ ｎ 日日日日田日日日 图１ 监控系统工作原理示意图 根据在现场的测试数据，可以得到结论是： 在２．５ １１３．安全高度的情况下，高度平均多运行 ５．７７５ ｍ。岸桥的一般起升作业平均高度为２５～ ３０ ＩＴＩ。如果可以将起升的安全距离设定为３ ＩＴＩ， 那么起升高度将可以下降５～７ ｉｎ。则岸桥的起升 作业高度在原来基础上将有可能降低２０％。在岸 桥的吊装过程中，８０％的功率用于起升运动中， 岸桥的总能耗下降１６％。岸桥的一个作业周期估 算为３５—４０ ｓ，若起升和下降高度各减去５ Ｉ＇Ｉ１， 根据起升速度计算起升和下降共节约时间应在 ３—５ ｓ，这样一个作业周期效率提高１０％左右。 １工况分析 为确保系统的完整性，必须先对该监控系统 一５０一 ３）传感器故障时的提醒和旁路功能。解决办 法为：①传感器故障时，通过ＰＬＣ逻辑编程判断 测量数据没有变化时则认为出现故障。通过显示 屏提醒司机，并且给定小车慢速信号。②在联动 台上增加旁路按钮，如果出现故障，则通过旁路 按钮取消“最佳高度系统”的逻辑控制功能。 ４）起升高度达到最大高度时的识别。如果在 作业时，起升到最大高度时仍不能满足要求的３ ｉｎ 安全距离时，小车限速会影响作业效率。解决办 法：利用起升上终点高度限位，检测到上终点时 则允许小车全速。 ５）因吊具摇晃导致传感器的误测的判别。如 果吊具晃动过大，导致传感器测量到吊具上时。 解决办法为：①将激光传感器安装在吊具正前方 足够距离外；②如果传感器测量数据和当前起升 高度相差不大（误差在２ ｍ以内）、则利用小车前 一次向前运行时传感器的测量数据。 ６）小车运行中检测到集装箱安全作业高度不 够时的处理办法。解决办法为：①程序增加智能 检测和智能减速模块。②通过显示屏提醒司机提 前进行起升操作。 ７）屏显时，对集装箱的识别。解决办法为： 若在屏幕上直观的显示集装箱，需要在作业前给 定一个参照基准，即屏显示时，如果要准确的显 示每个集装箱，需要司机给定最陆侧最上面的一 个集装箱的层数和小车位置，即给定一个计算基 准。司机在作业一个倍位前只需要将吊具放到最 陆侧最上面的一个集装箱上，并通过触摸屏设定 当前集装箱的层数即可。 ２整体设计 岸桥集装箱吊装“最佳高度”监控系统的整 《起重运输机械》 ２０１２（１０） 体设计框图如图２所示。 离散输 起升高度不满足运行条件）等数据。 ４．４司机室ＣＰ３１７中增加的控制及显示程序 １）传感器测量距离的处理（标定和高度转 化）模块。 ２）智能减速逻辑判别模块（利用测量高度以 及目前吊具的位置、速度、开闭锁状态）用于控制 小车运行速度。 ３）吊具最佳轨迹位置判断模块判断当前吊具 图２监控系统整体设计框图 位置是否处于最佳轨迹范围之内，并通过装在司 ３硬件设计 ３．１传感器的选型 为确保测量精度，选取ＳＩＣＫ激光传感器，型 号为ＤＭＴ１０—２—２１１１，其测量距离可达到１５５ ｍ， 响应时间为１ ｉｎｓ，满足项目要求。 ３．２显示器的选型 显示器选取的是ＰＲＯ—ＦＡＣＥ ＧＰ一２５００Ｔ，该 显示器具有多种功能，并可采用ＲＳ２３２通讯协议 与ＰＬＣ连接，进行数据交换。 ４软件设计 ４．１传感器的设置 传感器自身具有设定软件，通过串行通讯协 议可在电脑上通过专用软件（ＤＭＴ一２／ＤＭＬ一２） 进行设定，传感器的响应时间可以设置为１ ｍｓ、 １６ ｍｓ、６４ ｍｓ、２５６ ｍｓ、１ ０２８ ｍｓ，时间太短容易 出现信息丢失，这里设置为１６ ｍｓ。传感器量程范 围设置为０．０５～５０ ｍ。 ４．２显示器与ＣＰ３１７之间的通讯 ＰＲＯ—ＦＡＣＥ ＧＰ２５００Ｔ显示器通过安装在司机 室ＣＰ３１７底板上的ＣＰ２１７串行通讯模块与ＰＬＣ３１７ 进行数据交换，司机室ＣＰ３１７内分别编写了控制 数据接收和发送的通讯模块。 ４．３司机室ＣＰ３１７与电器房ＣＰ３１７之间的数据 交换 司机室ＣＰ３１７与电器房ＣＰ３１７之间采用２１５ 通讯拂议，电器房ＣＰ３１７向司机室ＣＰ３１７提供如 小车编码器数据、起升编码器数据、起升速度反 馈信号、小车速度反馈信号等数据。司机窒ＣＰ３１７ 向电气房ＣＰ３１７提供小车运行慢速信号（检测到 《起重运输机械》 ２０１２（１０） 机室内的指示灯来提醒司机，起升过高则黄色灯 亮，起升过低则红色灯亮，绿色表示吊具位于最 佳轨迹范围之内。 ４）集装箱的识别和显示模块用于ＰＲＯＦＡＣＥ 屏的显示。 ５）激光传感器测量漂移的检测办法。 ６）起升、小车编码器漂移和损坏的检测 办法。 ５结束语 该监控系统通过在小车上安装激光传感器 来测量船舶上最上面一层集装箱上表面到小车 顶的距离，并通过和起升编码器数据进行比较 得到吊具和下面集装箱的距离，可有效降低司 机起升作业的高度，节约电耗并能提高作业效 率。该系统实时利用小车编码器、起升编码器 数据和激光测量数据，综合处理后给出岸桥作 业的最佳路径，并开发出智能减速控制模块和作 业倍位集装箱智能显示模块，有效确保了作业安 全。 参考文献 ［１］Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｃｋ ｃｐ一７１７ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｎｕａｌ ｎｏ．ＳＩＥ—Ｃ８７７— １７，４Ｇ． ［２］Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｃｋ ＣＰ一３１７ ＵＳＥＲ’Ｓ ＭＡＮＵＡＬ ＦＤＳ ＳＥＲＩＥＳ Ｃ０ＮＴＲ０ＬＬＥＲ Ｙａｓｋａｗａ ＭＡＮＵＡＬ ＮＯ．ＳＩＥ—Ｃ８７３— １７，１Ｅ． 作 者：范建共 地 址：上海市浦东新区杨高北一路８８号 邮 编：２００１３１ 收稿日期：２０１１—１２—２７ —５１—
