GPS在集装箱轮胎龙门起重机上的应用-

1、GPS 在集装箱轮胎龙门起重机上的应用上海振华港机公司(上海200125陆青1应用背景收稿日期:2000-12-12国际贸易离不开集装箱运输,因而带动了集装箱机械的发展。集装箱轮胎式龙门起重机(R T G 的需求量近年来不断上升,其技术参数也日益提高。如起升高度从“堆三过四”“堆四过五”一直提高到目前的“堆五过六”,现在“堆六过七”的R T G 也开始出现。起升速度由1516m m in 提高到2023m m in ,近年又有提高到32m m in 的趋势。起重量由吊具下30.5t 变为40t ,近年来出现了50t 和吊双箱的趋势。自动化程度也不断提高,如小车和起升的半自动运行,司机作业自动管

2、理软件等已在实际中应用。与有轨道的装卸机械相比,R T G 具有转场灵活的优点,但一直存在着两个问题有待进一步解决。1位置监控。由于没有固定轨道,R T G 无法用传统的编码器来检测其相对于堆场的位置,从而使码头管理软件无法得知当前集装箱的堆放位置,因而不利于实现箱位自动管理,如何监控R T G 的大车位置成为箱位管理自动化需要解决的课题。2大车纠偏。因为没有固定轨道,加上R T G 本身结构的限制,在大车行驶时,司机必须不断进行纠偏,结果一方面司机作业易疲劳,另一方面随着堆码箱数的增加(如堆六过七,司机将感到难以看清跑道基准线。过去比较有成效的大车位置监控方法是,在R T G 跑道上每隔34

3、m 埋设代码传感器,并在机上装上感应设备,通过每个传感器的不同代码来鉴别R T G 在堆场上的位置,再通过R T G 自身的编码器来测知和控制箱位。这种方法的缺点是需在码头上埋置传感器,工作量大,且因传感器间隔埋置,无法连续监测大车位置;容易因R T G 振动而发生信号读取不可靠现象;在传感器损坏时不易更换,且软件修改困难。自动纠偏通常采用两种方法:一是同上述大车位置监控系统相结合,通过感应设备检测与代码传感器的偏离来计算车轮偏移;二是在跑道上画黑白分明的两条基准线,并在机上装设两个摄像头。前者的缺点是代价高,可靠性差;后者的缺点是基准线易受污染,且系统无法同大车位置监控相结合。如何使R T

4、G 既保持转场灵活,又能象轨道式龙门起重机(RM C 一样保证大车运行稳定可靠,准确报告箱位,使箱位管理具有高度自动化?上海振华港机公司(ZPM C 近年来与科研结合,将GPS (全球定位系统技术应用于R T G ,特别是出现了毫米级定位和检测手段,使上述的想法变为现实。2GPS 在R T G 上的应用目前GPS 有不同规格和精度的接收设备,如接收频率有单频和双频的,处理精度有米、分米和厘米、毫米级的,更新速率有20H z 、10H z 甚至更小的,还有内置处理技术码差分(D GPS 和载波相位实时动态差分(R T K 。这些规格的不同决定了GPS 设备的精度、可靠性、稳定性和响应快慢,也将会

5、对GPS 在R T G 的应用带来很大的差别。2.1RTG 的特点及对GPS 的选型要求在进行GPS 选型时,要充分考虑R T G 的特点:1对大车运行速度反应快。目前大车运行速度普遍处于90120m m in ,GPS 的位置反应速度应不低于1H z ,以保证大车位置的及时更新。2检测精度要高。码头堆场的箱位布置通常都比较紧凑,相邻箱区的两台R T G 在交错时,安全间距在750mm 左右。要求GPS 在起重机上的位置检测精度应不大于2c m ,以满足大车位置监控和自动纠偏控制的需要。3初始化时间要短。GPS 在启动初期,需要一段时间用于跟踪锁定卫星以获得位置精度。一般不大于3m in ,司

6、机操作应注意这一特点。ZPM C 研制开发的GPS ,可以实现如下功能:1箱位管理。按照理货部门的要求,码头堆场集1港口装卸2001年第1期(总第135期装箱的箱位管理各港不尽相同,但是一般模式是:理货操作部把当日要装卸的集装箱根据计划安排好并储存在码头主机中的位置和子代码,通过对讲机系统告知司机,司机把车开到对应位置操作。其缺点是R T G 控制系统因缺乏大车的位置而无法把客观的箱位情况反馈给码头管理系统。配备了GPS 以后,R T G 就能够自动检测当前所处位置并能够对正在装卸的集装箱实现位置和箱位的相互转换输出。这样就达到以下目的:一是获得R T G 每次装卸的箱子位置,实现自动统计;二

7、是防止误操作,确认装卸计划与实际执行相一致,保证将集装箱装卸到指定位置。2大车自动纠偏功能。 利用GPS 的位置信号,再通过PL C 软件编程,将使R T G 能够在码头堆场大车行驶时进行自动纠偏。目前这个系统随着箱层数提高和夜间作业,将会很快在R T G 上得到应用。3辅助半自动功能。配备了GPS ,将有利于实现R T G 包括起升,小车和大车的半自动功能,为更高自动化创造条件。2.2GPS 在RTG 上的系统配置在R T G 上,我们选用的是具有载波相位实时动态差分技术的GPS 。其配置如下:1 整个系统配备一个GPS 基准站,包括一个GPS 双频接收器和一个调制无线发射电台,用于提供基准

8、位置信号给起重机上的GPS 移动站(图1、图2。图1GPS 基准站结构框图图2GPS 移动站结构框图2每台机配置一个GPS 移动站 (图3,硬件包括两个GPS 接收器和一个公共无线接收电台,用于检测当前起重机所处位置并接收基准站差分信号,从而获得厘米级的检测精度。位置信号将在主机运算后送至机上PL C ,进一步进行箱位管理和自动纠图3GPS 在R T G 上系统组成示意图偏等处理。整个GPS 结构精巧,安装简单,具有很强的独立性。2.3试验情况最近在上海洋泾码头对GPS 进行了两个多月的试验。R T G 是“堆五过六”高度,配备了ZPM C 设计组装的电控系统,运行到现在为止没有任何故障,性能

9、非常可靠。试验取得如下结果:1GPS 在R T G 上的定位精度达到小于1.5c m ,一般保持在9mm 。对于大型的起重机械能达到这样的精确位置,是令人满意的。2在大车运行过程中,大梁方向最大有4c m 左右的晃动(与同时小车是否运动有关,对位置检测和纠偏控制影响不大。因箱位管理与软件编程和码头布置有关,ZPM C 将结合出口阿曼撒拉拉港的R T G 项目进行试验研究,进一步实现港区箱位自动管理。在洋泾R T G 上的自动纠偏试验能够成功地把大车偏差控制在±10c m 之内,这样就有助于司机在长距离行大车时不必时时手动纠偏,降低工作强度。在R T G 上利用GPS 实现厘米级且长时间连续位置检测在国际上属于最新的应用。试验研究表明,它在R T G 上的应用受到两个因素的影响:一是码