GPS在集装箱轮胎龙门起重机上的应用

港口装卸　2001年第1期(总第135期)

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

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RTG(C),准确?上海振华港,将GPS(全球定RTG,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。

1　应用背景

　　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(RTG)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RTG也开始出现。起升速度由15～16m min提高到20～23m min,近年又有提高到32m min的趋势。起重量由吊具下30.5t变为40t,近年来出现了50t双箱的趋势。中应用。

,RTG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,RTG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RTG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RTG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～4m埋设代码传感器,并在机RTG跑道上每隔3

上装上感应设备,通过每个传感器的不同代码来鉴别RTG在堆场上的位置,再通过RTG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RTG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。

　　收稿日期:2000-12-12

2　GPS在RTG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20Hz、10Hz甚至更小的,还有内置处理技术码差分(DGPS)和载波相位实时动态差分(RTK)。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,也将会对GPS在RTG的应用带来很大的差别。2.1　RTG的特点及对GPS的选型要求

在进行GPS选型时,要充分考虑RTG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90～120m min,GPS的位置反应速度应不低于1Hz,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RTG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2cm,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3min,司机操作应注意这一特点。

ZPMC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

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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RTG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,RTG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RTG每次装卸的箱子位置,实现自动统计;二是防止误操作,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PLC软件编程,将使RTG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RTG上得到应用。

3)辅助半自动功能。配备了GPS,RTG包括起升,,2.2　GPS在RTG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,用于提供基准位置信号给起重机上的GPS移动站(图1、图2)。

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PLC,进一步进行箱位管理和自动纠

图3　GPS在RTG。,,具有很强2.3最近在上海洋泾码头对GPS进行了两个多月的试验。RTG是“堆五过六”高度,配备了ZPMC设计组装的电控系统,运行到现在为止没有任何故障,性能非常可靠。试验取得如下结果:

1)GPS在RTG上的定位精度达到小于1.5cm,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4cm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,ZPMC将结合出口阿曼撒拉拉港的RTG项目进行试验研究,进一步实现港区箱位自动管理。

在洋泾RTG上的自动纠偏试验能够成功地把大车偏差控制在±10cm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RTG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RTG上的应用受到两个因素的影响:一是码头位置,堆场周围不能有阻挡视线的建筑物,如高楼和大山等,否则会影响GPS能够接收的卫星数量;二是无线电信号,GPS的差分电台有较固定的频率,不能受到频繁干扰,否则GPS需要取样重新计算,故在配置GPS时应对周围无线电频率进行研究考察。

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图1　GPS基准站结构框图

图2　GPS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,