易慶，劉金殿

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

我國港口業(yè)務(wù)的發(fā)展過程中，集裝箱橋吊得到了有效的應(yīng)用，在全球貿(mào)易的環(huán)境下，集裝箱橋吊面臨著較高的運輸壓力。集裝箱橋吊是港口業(yè)務(wù)中的關(guān)鍵設(shè)備，橋吊上使用鋼絲繩連接著集裝箱，運輸期間較容易出現(xiàn)晃動的問題，不利于橋吊運輸?shù)陌踩M(jìn)行，根據(jù)橋吊的運輸狀態(tài)實行防搖切換控制，積極預(yù)防集裝箱橋吊的風(fēng)險，體現(xiàn)防搖切換控制的實踐價值。

1 集裝箱橋吊防搖切換控制的算法

集裝箱橋吊防搖切換控制算法主要是從數(shù)據(jù)計算的角度，研究防搖切換控制在橋吊安全中的應(yīng)用。

（1）吊具擺角。集裝箱橋吊防搖切換控制算法中采集了吊具的擺角數(shù)據(jù)，吊具上安裝了反光板、攝像頭采集擺角圖像，圖像在攝像機(jī)處理的作用下得出了擺角數(shù)據(jù)。吊具頂架的中心處需要安裝紅外發(fā)射設(shè)備，專門收集擺角數(shù)據(jù)，還要配置紅外接收裝置，便于接收紅外發(fā)射設(shè)備中發(fā)送的擺角信息。

（2）小車位置。集裝箱橋吊小車位置是防搖切換控制算法研究的重點，由傳感器采集了小車的實際位置，傳感器獲取了小車位置后，還要采集吊具擺長，橋吊小車要和傳動軸連接起來，安裝好脈沖數(shù)字編碼器，收集小車和吊具的擺長數(shù)據(jù)，編碼器把收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行牡腜LC結(jié)構(gòu)中，便于研究防搖切換的控制。

（3）控制算法。集裝箱橋吊防搖切換控制算法中，要把采集的參數(shù)進(jìn)行初始化處理，特別處理好角頻率、運動周期以及橋吊切換時的加速度，從采樣時間點位置采集相鄰時間點，按照吊具擺角計算好單擺的幅值數(shù)據(jù)，根據(jù)幅值明確出單擺的運動方向，在采集數(shù)據(jù)中計算橋吊的最高點及達(dá)到最高點的時間點，獲取防搖切換的控制時間。

2 集裝箱橋吊防搖切換控制的模型

集裝箱橋吊防搖切換控制模型是研究橋吊穩(wěn)定性的有效措施，模擬了集裝箱橋吊的運輸過程，為防搖切換控制提供了參考依據(jù)。集裝箱橋吊防搖切換控制模型中包含兩項內(nèi)容，具體分析如下。

（1）仿真。集裝箱橋吊防搖控制模型仿真研究時，通過計算機(jī)技術(shù)仿真模擬港口集裝箱橋吊的運輸方式，直接在仿真模型中設(shè)計防搖切換的控制措施，促使防搖切換控制能夠滿足集裝箱橋吊的穩(wěn)定性要求。仿真模型研究時輸入了橋吊吊具擺角的初始數(shù)值，初始值為0，仿真模型模擬了集裝箱橋吊小車兩個階段的運行狀態(tài)，由仿真模型中直接輸出吊具小車的速度曲線，重點是小車加速狀態(tài)下的速度曲線，依照速度曲線變化再計算橋吊吊具在集裝箱運輸過程中的擺長及水平加速度。仿真研究時吊具本身不具備初始擺角，在橋吊的運輸期間吊具具備初始擺角條件，模型中小車的兩段速度運行狀態(tài)下，應(yīng)解決初始擺角中的干擾問題，此時要采用橋吊防搖切換控制策略，避免集裝箱橋吊發(fā)生晃動、擾動的風(fēng)險。

（2）試驗。集裝箱橋吊防搖切換控制試驗中采用1：10的比例進(jìn)行仿真設(shè)計，1：10的比例應(yīng)用到集裝箱橋吊的實際尺寸控制中，把集裝箱橋吊模型應(yīng)用到試驗平臺中。試驗平臺內(nèi)使用了ET200M系統(tǒng)，從系統(tǒng)中輸入橋吊的具體尺寸，由此準(zhǔn)確輸出橋吊的尺寸數(shù)值。試驗研究時，橋吊吊具系統(tǒng)、集裝箱重物都具有擺角數(shù)據(jù)，橋吊小車運輸?shù)木嚯x、起點、上升點都是試驗研究的重點，利用編碼器測量、視覺系統(tǒng)，把試驗平臺的數(shù)據(jù)輸入到集裝箱橋吊防遙切換控制的PLC中，由現(xiàn)場總線控制防搖切換控制系統(tǒng)的應(yīng)用。試驗平臺促使PLC與工控機(jī)觸摸屏連接，防搖切換控制人員可以直接在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，預(yù)防橋吊搖晃。試驗平臺的直接目的是預(yù)防集裝箱橋吊晃動，避免橋吊發(fā)生晃動問題，消除橋吊運行環(huán)境中的擾動問題。

3 集裝箱橋吊防搖切換控制的設(shè)計

（1）設(shè)計路徑。集裝箱裝載、橋吊運輸期間均可發(fā)生搖晃問題，遙控的風(fēng)險性比較高，容易在集裝箱運輸期間發(fā)生安全事故，在集裝箱橋吊運輸期間施行防搖切換控制，保護(hù)好集裝箱橋吊運輸?shù)陌踩取＜b箱橋吊運輸?shù)穆窂皆O(shè)計是防搖切換控制的首要內(nèi)容，主要是為集裝箱橋吊運輸提供穩(wěn)定的路徑。路徑設(shè)計的方法有：①集裝箱橋吊向水平方向運輸時，橋吊小車運輸了一段距離后，記錄吊具的實際擺長數(shù)據(jù)，橋吊上升的階段中集裝箱的狀態(tài)由靜止改為運動，從垂直的方向上進(jìn)行運輸，當(dāng)橋吊向上運輸即將碰到障礙物時，需要適當(dāng)提升橋吊的速度，促使橋吊達(dá)到最大的運輸速度；②集裝箱橋吊起升的路徑中，橋吊移動后在水平、垂直的方向上改變了位移狀態(tài)，集裝箱橋吊從上升到水平位移的過程中，采用最大的運輸速度和最大的加速度，促使集裝箱能夠跨過橋吊過程中的障礙物，運輸中水平位移要始終保持高于障礙物的高度；③集裝箱橋吊運輸為完全水平移動路徑時，橋吊運輸選擇了最大的速度，橋吊機(jī)械器件決定了吊具小車的運輸速度，根據(jù)集裝箱現(xiàn)場的情況，設(shè)計好橋吊的運輸速度；④集裝箱橋吊運輸完成后，要與運輸期間的路徑相反完成運輸，待橋吊小車運輸?shù)街付ㄎ灰坪蟀炎畲笏俣冉档偷?；⑤吊具小車持續(xù)性下降的過程中，如果全部是垂直下降，速度也要降低到0。集裝箱橋吊的路徑設(shè)計能夠預(yù)防晃動問題，橋吊運輸集裝箱的過程中，按照指定的路徑運輸有利于實現(xiàn)防搖切換控制，完善橋吊運輸?shù)倪^程及環(huán)境。

（2）最優(yōu)設(shè)計。最優(yōu)設(shè)計在集裝箱防搖切換控制中，可以有效預(yù)防晃動風(fēng)險，在集裝箱橋吊防搖控制時，準(zhǔn)確記錄橋吊中小車的運動時間，安排最優(yōu)設(shè)計與控制方法，在最優(yōu)設(shè)計中直接導(dǎo)出最優(yōu)時間段，以此來預(yù)防橋吊晃動。上文表述了集裝箱橋吊運輸?shù)?種狀態(tài)，如果集裝箱橋吊處于理想的狀態(tài)，橋吊小車運輸時具有防搖控制的規(guī)則，實際橋吊小車會受到不同因素的干擾，導(dǎo)致橋吊發(fā)生了搖晃問題。當(dāng)集裝箱橋吊運輸有晃動問題時，此時按照最優(yōu)設(shè)計的要求，可把運輸速度降低到0，或者促使橋吊小車保持勻速運行的狀態(tài)，保證橋吊的擺動為0，有利于集裝箱防搖切換控制的最優(yōu)性。

（3）防遙控制器。防搖控制器是集裝箱橋吊防搖切換控制中的重要設(shè)備，防搖控制器的設(shè)計具有穩(wěn)定性的要求，橋吊運輸中運用防搖控制器實現(xiàn)了穩(wěn)定性，也可以在橋吊小車切換速度時，控制吊具的運行狀態(tài)，最大化的降低橋吊搖晃。防遙控制器在集裝箱橋吊的防搖切換控制設(shè)計中，根據(jù)橋吊吊具擺長的變化狀態(tài)，控制好橋吊擺長的總變化量，直接在防搖控制器中設(shè)計成2個區(qū)段，區(qū)段變化保持連續(xù)狀態(tài)，在區(qū)間中得出橋吊定量擺長的數(shù)據(jù)信息，從變量區(qū)間中判斷集裝箱橋吊的實際擺長，同時記錄下實際擺長的變化量，以便根據(jù)實際情況落實防遙控制器中的切換方法。在防遙控制器中，變量范圍的選擇要以集裝箱橋吊的實際情況為主，變量選擇的范圍一定要適度，盡量不要超出變量規(guī)定的范圍，確保防搖控制器與模型設(shè)計的匹配性。

4 集裝箱橋吊防搖切換控制的方法

集裝箱橋吊防搖切換控制中采用了以下幾點方法，用于提高橋吊在集裝箱運輸中的安全性。

首先集裝箱橋吊運輸時，需要把吊具角度引起的擺動信號直接輸入到防搖系統(tǒng)內(nèi)，促使防搖控制可以根據(jù)橋吊的實際擺動信號進(jìn)行有效的處理，全面把控集裝箱橋吊遙控，即使在雙閉環(huán)的狀態(tài)中，集裝箱橋吊也能完成防搖切換控制，維護(hù)集裝箱橋吊的穩(wěn)定運輸。

第二在防搖切換控制方法中，充分結(jié)合集裝箱橋吊遙控的案例，設(shè)置好防搖切換的控制規(guī)則，規(guī)范好防搖控制中的靈活切換方式。在集裝箱橋吊防搖切換控制中采用了不同類型的模型，根據(jù)橋吊運行的實際狀態(tài)施行防搖切換控制，避免橋吊出現(xiàn)搖晃的風(fēng)險。

第三集裝箱橋吊防搖控制措施中運用了試驗?zāi)Ｐ偷姆治龇椒?，模擬橋吊在集裝箱中的運輸方式，為防搖控制措施提供規(guī)范的算法，目的是在橋吊的全程運輸過程中實現(xiàn)有效的控制，促使橋吊吊具擺動時的角度數(shù)據(jù)不能超出安全規(guī)定的范圍，提升橋吊防搖的可靠性。

第四集裝箱橋吊在運輸集裝箱的過程中，集裝箱從運輸起始位置要制定位置的過程中，吊具容易發(fā)生過大的波動，波動范圍處于-0．01～0．01rad中時，可以處理集裝箱橋吊的擺動風(fēng)險，強(qiáng)調(diào)集裝箱橋吊運輸?shù)陌踩?，提高防搖切換的有效性。

5 結(jié)語

在集裝箱橋吊防搖切換控制的研究中，首先要注意算法和模型，了解了防搖切換控制的根本之后，再安排設(shè)計與方法的應(yīng)用，以便在集裝箱橋吊中實現(xiàn)防搖切換控制，預(yù)防橋吊晃動的風(fēng)險。集裝箱橋吊的防搖切換控制方法能夠降低港口運輸?shù)娘L(fēng)險，有效控制和完善橋吊運輸?shù)倪^程，表明防搖切換控制的重要性。

[1]倪青亮,瞿俊杰,劉韓臣．集裝箱橋吊防搖控制措施[J]．設(shè)備管理與維修 ,2017,(11)：94-96．

[2]付主木,高愛云,費樹岷,普邑．集裝箱橋吊多模型參考切換雙閉環(huán)防搖控制[J]．機(jī)械工程學(xué)報,2011,47(23)：161-166．