0 引 言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，各個集裝箱碼頭的作業(yè)箱量在逐年增加。如何安全、高效地進行集裝箱裝卸作業(yè)是各個集裝箱碼頭努力研究的課題。在現(xiàn)代化技術高速發(fā)展的今天，如何利用先進技術來降低操作人員的操作難度，有效提高生產(chǎn)效率，降低設備事故風險，是各個集裝箱碼頭需要重視的問題。本文介紹的輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)，是一種使用差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）和實時動態(tài)差分技術（RTK），結(jié)合堆場的地理信息，自動糾正輪胎吊運動的實時位置、方向和速度，實現(xiàn)輪胎吊在場地軌道線上的自動糾偏和防止輪胎吊與滑觸線等設施發(fā)生碰撞的自動化系統(tǒng)。輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)可以有效提高司機作業(yè)效率，減

輕司機工作壓力，降低司機操作工作量。同時，輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)可以進一步提高輪胎吊運行的主動安全性。

1 系統(tǒng)介紹

輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)主要由基準站和移動站等 2 部分組成?；鶞收景惭b在碼頭辦公樓樓頂，為移動站提供 RTK 信號。移動站安裝在輪胎吊上，將接收到的差分校正數(shù)據(jù)與 GPS 信號進行整合，為自動糾偏系統(tǒng)提供輪胎吊的實時信息。系統(tǒng)邏輯示意圖見圖 1。

1.1 基準站

1.1.1 基準站組成

基準站主要由控制箱、無線電臺模塊、電臺天線、GPS 接收器、GPS 天線、UPS 電源等組成。

1.1.2 基準站功能

GPS 接收器接收到可視衛(wèi)星的 GPS 信號后，計算出差分校正數(shù)據(jù)，通過無線電臺模塊，經(jīng)電臺天線發(fā)送至整個作業(yè)場地內(nèi)，供移動站接收使用。

1.1.3 基準站布置

基準站的 GPS 天線和電臺天線安裝在碼頭辦公樓頂樓平臺的開闊位置，以保證 GPS 信號的穩(wěn)定接收和移動站無線通信信號的穩(wěn)定。同時，為避免天線受風力影響發(fā)生擺動，在天線支架下端使用水泥墩、天線支架和鋼材等進行多級加固，以使天線保持穩(wěn)固狀態(tài)?；鶞收?GPS 天線和電臺天線見圖 2。

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

1.2 移動站

1.2.1 移動站組成

移動站主要由自動糾偏控制器、無線電臺模塊、電臺天線、GPS 接收器、GPS 天線等組成。

1.2.2 移動站功能

安裝在輪胎吊上的移動站對輪胎吊位置、運行狀態(tài)進行實時檢測，并通過向輪胎吊主控 PLC系統(tǒng)傳輸糾偏指令，實現(xiàn)輪胎吊的自動糾偏功能。移動站的核心設備是自動糾偏控制器，它集成運算控制單元，通過串口與 GPS 接收器相連，接收定位數(shù)據(jù)。無線電臺接收 GPS 基準站播發(fā)的差分校正數(shù)據(jù)，并發(fā)送給自動糾偏控制器。結(jié)合 GPS接收器接收到的 GPS 信息，自動糾偏控制器通過計算來實現(xiàn)輪胎吊的實時動態(tài)差分定位。自動糾偏控制器通過 RS232 串口與輪胎吊主控 PLC 進行通信，獲取實時大車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)的綜合運算處理后，系統(tǒng)向輪胎吊 PLC 發(fā)出控制指令，控制輪胎吊運行大車過程中的糾偏動作。

1.2.3 移動站布置

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

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

定在護欄上，以保證電臺天線的穩(wěn)定性。電臺天線安裝位置見圖 6。

移動站控制箱安裝在電氣室內(nèi)。箱內(nèi)主要安裝自動糾偏控制器、無線電臺模塊、2 個 GPS 接收器、穩(wěn)壓電源等。自動糾偏控制器通過串口與設備PLC 進行通信，實現(xiàn)自動糾偏控制器與輪胎吊PLC 之間的數(shù)據(jù)交互。移動站控制箱見圖 7，PLC通信端口見圖 8。

2 工作原理和功能實現(xiàn)

輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)將碼頭每個場地的方向信息、軌道基準線的坐標參數(shù)、場地基建信息等數(shù)據(jù)信息配置在移動站的控制器中，并通過控制器的計算，形成電子地圖。該電子地圖為自動糾偏系統(tǒng)提供輪胎吊工作場地的基礎信息。當輪胎吊大車行駛時，安裝于輪胎吊移動站內(nèi)的自動糾偏控制器根據(jù)接收的 GPS 信息，并結(jié)合基準站發(fā)出的差分數(shù)據(jù)，對輪胎吊位置和行走方向進行實時檢測。同時，結(jié)合電子地圖，控制器計算出輪胎吊大梁后端與軌道基準線之間的偏差值。當自動糾偏控制器預判正在進行大車行駛的輪胎吊有跑偏趨勢或輪胎吊大車輪胎中心線偏離軌道基準線過大時，自動糾偏控制器通過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線靠攏，達到輪胎吊自動糾偏的目的。自動糾偏速度指令程序截圖見圖

9，自動糾偏數(shù)值程序截圖見圖 10。

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

當輪胎吊接近滑觸線端部時，自動糾偏控制系統(tǒng)控制輪胎吊進行減速、停止操作，并控制司機室內(nèi)的報警器發(fā)出聲音報警對司機進行提示，以防止輪胎吊在受電弓放弓狀態(tài)時駛出滑觸線，發(fā)生受電弓脫弓事故。保護程序截圖見圖 11。

3 結(jié) 語

輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)能在輪胎吊大車行駛時自動完成大車糾偏，從而減少輪胎吊司機大量手動糾正輪胎吊大車行駛軌跡的工作量，降低司機行駛大車時的操作難度。同時，輪胎吊自動糾偏系統(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。輪胎吊自動糾偏系統(tǒng)已經(jīng)在大連港集裝箱碼頭得到應用，在提高輪胎吊設備安全性和作業(yè)效率方面效果顯著。