孫 慧

中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 200941

正文：

1 橋式起重機(jī)無人化技術(shù)對(duì)電控系統(tǒng)的要求

主起升機(jī)構(gòu)：可采用1套變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)變頻電機(jī)，采用閉環(huán)矢量控制方式，速度反饋元件采用增量脈沖編碼器。

小車機(jī)構(gòu)：可采用1套變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)變頻電機(jī)；大車機(jī)構(gòu)可采用2套變頻器分別驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電機(jī)。

為了保證大、小車在自動(dòng)運(yùn)行中更精確地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位要求大車能夠?qū)崿F(xiàn)精確調(diào)速，同時(shí)防搖系統(tǒng)也要求大車能夠?qū)崿F(xiàn)快速速度響應(yīng)，所以要求大、小車必須采用矢量閉環(huán)調(diào)速控制，可在大、小車電機(jī)安裝增量編碼器實(shí)現(xiàn)大、小車閉環(huán)調(diào)速控制，編碼器可安裝在制動(dòng)輪上。

2 UACS系統(tǒng)在橋式起重機(jī)無人化中的應(yīng)用

UACS系統(tǒng)是在CLTS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加三維成像、電子防搖、安全保護(hù)等相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)無人駕駛。

軟件方面，通過增加地面庫區(qū)管理系統(tǒng)（WMS）實(shí)現(xiàn)多臺(tái)橋式起重機(jī)任務(wù)自動(dòng)調(diào)度和分配；結(jié)合橋式起重機(jī)協(xié)同模型、庫位推薦模型、車輛配載模型等，進(jìn)一步提升地面庫區(qū)自動(dòng)化、智能化水平。另外，為提升安全系數(shù)可以設(shè)置橋式起重機(jī)與相關(guān)設(shè)備安全聯(lián)鎖功能。

2.1 車上局系統(tǒng)

車上局系統(tǒng)可由位置檢測(cè)傳感器（大車采用格雷母線檢測(cè)方式，小車采用激光測(cè)距檢測(cè)方式）、高度檢測(cè)、防搖裝置、車載終端、無線通訊設(shè)備、顯示屏等組成：1）起重機(jī)可由電控PLC、傳動(dòng)系統(tǒng)、傳感器實(shí)現(xiàn)起重機(jī)人工及自動(dòng)控制，起重機(jī)電控PLC采集起重機(jī)大、小車、高度信息，接收地面UACS系統(tǒng)吊運(yùn)指令，自動(dòng)控制起重機(jī)；2）X軸（大車）格雷母線位置檢測(cè)：格雷母線可安裝在整跨起重機(jī)過道扶手旁，天線板安裝在大車上，天線連接至地址編碼接收器；Y軸（小車）激光測(cè)距裝置：測(cè)量起重機(jī)在Y軸（小車）方向上的距離；Z軸（高度）編碼器：測(cè)量吊鉤起升高度；3）防搖控制器：接收防搖傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中防搖控制；4）駕駛室車載終端：X、Y、Z軸位置的顯示，接收并顯示服務(wù)器發(fā)送的作業(yè)命令，指導(dǎo)起重機(jī)操作員進(jìn)行吊運(yùn)作業(yè)，并對(duì)作業(yè)實(shí)績進(jìn)行處理與返回；5）LED顯示屏：可安裝在起重機(jī)兩側(cè)實(shí)時(shí)顯示UACS起重機(jī)的運(yùn)行模式；6）防撞激光測(cè)距儀：安裝起重機(jī)之間防撞激光測(cè)距儀，在起重機(jī)無人化運(yùn)行過程中，可實(shí)時(shí)檢測(cè)相鄰起重機(jī)之間的距離，保證起重機(jī)在安全距離范圍內(nèi)運(yùn)行。

圖2-1 UACS起重機(jī)車上局總圖

2.2 地上局系統(tǒng)

地上局系統(tǒng)可由主機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、地面格雷母線發(fā)振單元、裝/卸車形狀識(shí)別系統(tǒng)、入庫鋼卷?xiàng)l碼自動(dòng)掃描系統(tǒng)、安全管理及警示系統(tǒng)、手持終端等子系統(tǒng)組成。

2.2.1 主機(jī)系統(tǒng)

考慮到硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、完整性、可維護(hù)性等，UACS主機(jī)系統(tǒng)可架設(shè)3臺(tái)物理機(jī)、1臺(tái)磁盤柜。故障轉(zhuǎn)移集群基于存儲(chǔ)共享的雙機(jī)熱備是雙機(jī)熱備的最標(biāo)準(zhǔn)方案。采用三臺(tái)服務(wù)器，使用共享存儲(chǔ)設(shè)備。其中二臺(tái)服務(wù)器可以采用熱備方式，第三臺(tái)服務(wù)器作為域控服務(wù)器。工作過程中，二臺(tái)服務(wù)器將以一個(gè)虛擬的IP地址對(duì)外提供服務(wù)，依工作方式不同，將服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送給其中一臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)。域控服務(wù)器可通過心跳線偵測(cè)服務(wù)器的工作狀況。當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器根據(jù)心跳偵測(cè)的情況做出判斷，并進(jìn)行切換，接管服務(wù)。當(dāng)域控服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，主備節(jié)點(diǎn)切換功能受到影響但對(duì)外業(yè)務(wù)功能正常運(yùn)行，待域控服務(wù)器恢復(fù)正常則切換也恢復(fù)正常狀態(tài)。對(duì)于用戶而言，這一過程是全自動(dòng)的，在很短時(shí)間內(nèi)完成，從而對(duì)業(yè)務(wù)不會(huì)造成影響。由于使用共享的存儲(chǔ)設(shè)備，因此主備服務(wù)器使用的實(shí)際上是一樣的數(shù)據(jù)。為了后期維護(hù)考慮，可以配置1套維護(hù)站,并配置2塊1T移動(dòng)硬盤，用于備份數(shù)據(jù)。主機(jī)系統(tǒng)可采用1臺(tái)支持VLAN的思科二層交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖2-2 主機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖

2.2.2 無線網(wǎng)絡(luò)

可在地面庫區(qū)安裝5.8GHz無線基站，用于起重機(jī)與地面通信。

2.2.3 格雷母線及格雷母線發(fā)振單元

可在橋式起重機(jī)供電滑觸線另一側(cè)（防干擾）安裝格雷母線，在起重機(jī)上安裝格雷母線接收單元。

2.2.4 裝/卸車形狀識(shí)別系統(tǒng)

裝載/卸載形狀識(shí)別系統(tǒng)主要掃描入庫車輛的材料，生成相應(yīng)的入庫材料，吊起物理位置，掃描出庫車輛的信息，識(shí)別司機(jī)指定的丟失位置，將上述信息反饋給系統(tǒng)服務(wù)器，并將上述信息反饋給系統(tǒng)服務(wù)器。在組裝/卸載通道上可安裝激光掃描裝置（SRS）。

圖2-3 裝/卸車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2-4 裝卸車識(shí)別系統(tǒng)掃描成像圖

2.2.5 安全管理與警示系統(tǒng)

無人全自動(dòng)起重機(jī)系統(tǒng)為了保證庫區(qū)的安全生產(chǎn)，可在庫區(qū)配置安全管理與警示系統(tǒng)。進(jìn)入廠房的所有人員必須根據(jù)現(xiàn)場的人行通道行走，并按照規(guī)定采取人避讓起重機(jī)的規(guī)則行走；由于無人全自動(dòng)起重機(jī)根據(jù)劃定好的路徑運(yùn)行，當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行路徑與人員走行通道相交叉時(shí)，采取人避讓起重機(jī)的原則；為了保證人員安全并給予及時(shí)的警示，起重機(jī)運(yùn)行路徑與人員運(yùn)行通道相交處設(shè)置聲光報(bào)警指示燈，當(dāng)起重機(jī)通過此處時(shí)，地面安裝的聲光報(bào)警指示燈報(bào)警警示，地面通行人員采取避讓措施。人員進(jìn)入封閉庫區(qū)，采用安全門連鎖管理。

1）庫區(qū)與起重機(jī)作業(yè)連鎖：可對(duì)庫區(qū)進(jìn)行分區(qū)封閉。每個(gè)區(qū)可以可至少安裝2扇安全門，每個(gè)安全門可安裝電子鎖及請(qǐng)求控制箱，工作人員進(jìn)入封閉區(qū)可采用請(qǐng)求連鎖并掛牌的方式，離開封閉區(qū)采用人工復(fù)位及摘牌形式。

2）地面設(shè)備運(yùn)行區(qū)與起重機(jī)作業(yè)連鎖：地面設(shè)備運(yùn)行等區(qū)域的簡易門可加裝電子鎖及請(qǐng)求控制箱，現(xiàn)場人員進(jìn)入這些區(qū)域時(shí)自動(dòng)起重機(jī)禁止駛?cè)搿?/p>

3）地面人行通道與起重機(jī)路徑的警示：在地面綠色通道與起重機(jī)小車走行路線的交叉位置可安裝報(bào)警指示燈，全自動(dòng)起重機(jī)在這些位置進(jìn)行吊運(yùn)時(shí)，提示地面工作人員。

4）車輛通道與起重機(jī)路徑的警示：在地面庫區(qū)車輛通道入口可通過安裝紅綠燈提示駕駛員指導(dǎo)地面車輛的通行,綠燈可以開啟大門進(jìn)入，紅燈不允許進(jìn)入。

5）地面設(shè)備連鎖：起重機(jī)在與地面設(shè)備做交互作業(yè)時(shí)，必須遵循連鎖解鎖機(jī)制。

6）起重機(jī)緊停系統(tǒng)：在無人起重機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)需要緊急停止的情況，可在現(xiàn)場（通道旁）設(shè)置緊停按鈕盒；當(dāng)緊急情況發(fā)生，按下緊停按鈕讓起重機(jī)全部停止自動(dòng)運(yùn)行，通過人工干預(yù)使起重機(jī)進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)。復(fù)位則可由人工確認(rèn)，軟件實(shí)現(xiàn)。

2.2.6 手持終端

手持終端可具體用于車輛入庫命令請(qǐng)求、轉(zhuǎn)庫確認(rèn)掃描、清盤庫掃描等。

2.2.7 其他

HMI終端主要供起重機(jī)主操人員以及機(jī)組入出口相關(guān)人員使用，可用于實(shí)施監(jiān)控起重機(jī)狀態(tài)等。

2.3 UACS應(yīng)用軟件功能

1）WMS背景和屏幕包括調(diào)度吊車任務(wù)、吊車跟蹤和控制、倉庫位管理、手持等功能。

2）無人起重機(jī)車的控制系統(tǒng)包括起重機(jī)車、小型車、升降機(jī)控制、面包控制功能等。無人起重機(jī)車的控制系統(tǒng)與WMS合作，共同進(jìn)行對(duì)無人起重機(jī)的控制。

3）安全管理功能，可與WMS配合完成對(duì)設(shè)備聯(lián)鎖、出入庫區(qū)控制、紅綠燈管理等。

4）SRS應(yīng)用軟件，掃描并識(shí)別通道停車位上車輛信息，并將識(shí)別結(jié)果發(fā)送給WMS，用于無人化起重機(jī)吊運(yùn)入庫或者出庫。

3 數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)在無人化起重機(jī)上的應(yīng)用

起重機(jī)作為生產(chǎn)企業(yè)的重要負(fù)荷和運(yùn)輸設(shè)備，在日常生產(chǎn)中起著非常重要的作用。起重機(jī)系統(tǒng)直接關(guān)系到生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

起重機(jī)無人化運(yùn)行后為確保安全，有必要對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)中各種信號(hào)及現(xiàn)場實(shí)際工況進(jìn)行安全監(jiān)控，形成電氣信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)、現(xiàn)場視頻信號(hào)相結(jié)合的實(shí)時(shí)記錄，并進(jìn)行長時(shí)間保存。這對(duì)起重機(jī)安全運(yùn)行、設(shè)備檢修、維護(hù)分析、故障診斷是非常重要的信息支持，同時(shí)為操作和生產(chǎn)過程追溯提供分析方法。

起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以GB/T 28264-2012標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)調(diào)度指令、起重機(jī)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)和起重機(jī)吊鉤視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。視頻信號(hào)可至少保存一周，除視頻信號(hào)外的其他數(shù)據(jù)采樣周期不超過500ms，且保存時(shí)間至少為3個(gè)月。

4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于起重機(jī)的無人化。

無人化起重機(jī)地面庫區(qū)作業(yè)人員減少，可在庫區(qū)新增視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視庫區(qū)起重機(jī)吊運(yùn)以及通道、機(jī)組入出口情況。

操作者可以通過監(jiān)控大屏幕來確認(rèn)倉庫狀況和起重機(jī)運(yùn)行情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備多畫面顯示，可對(duì)所有畫面進(jìn)行固定分配顯示，確保對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。同時(shí)，可配置硬盤錄像機(jī)，對(duì)視頻畫面進(jìn)行存儲(chǔ)，可對(duì)視頻畫面進(jìn)行調(diào)用回放。

5 結(jié)語

企業(yè)在實(shí)際發(fā)展過程中將多樣化的新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，不斷添加創(chuàng)新企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，開拓產(chǎn)品的普及市場。市場發(fā)展的需求不僅是時(shí)代的革新方向。隨著市場進(jìn)程的加快，為了提高生產(chǎn)效率，不斷減少勞動(dòng)力成本的支出，未來無人橋式起重機(jī)的發(fā)展市場非常廣闊。