張水良 劉治邦 李瀟峰 樊 攀

中交機(jī)電工程局有限公司

1 引言

堆取料機(jī)是港口散貨物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的核心設(shè)備，隨著港口智能化建設(shè)的發(fā)展，堆取料機(jī)智能化水平也在不斷地提高。目前，散貨堆場(chǎng)存在多臺(tái)堆取料機(jī)沿同一軌道梁同時(shí)作業(yè)時(shí)發(fā)生碰撞而導(dǎo)致安全事故的情況?，F(xiàn)有堆取料機(jī)多通過(guò)安裝在大車(chē)行走機(jī)構(gòu)上的編碼器定位得出相對(duì)位置，但由于大車(chē)行走距離較長(zhǎng)，以及大車(chē)車(chē)輪與兩側(cè)軌道之間摩擦力不均等因素，導(dǎo)致出現(xiàn)大車(chē)車(chē)輪打滑、剎車(chē)制動(dòng)偏移等情況，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)造成編碼器累積誤差過(guò)大，即使通過(guò)行走定點(diǎn)校正仍無(wú)法徹底克服定位誤差。在港口散貨堆場(chǎng)建立空間坐標(biāo)系，將各堆取料機(jī)間的位置關(guān)聯(lián)起來(lái)，并采用北斗差分定位技術(shù)和RFID技術(shù)校正定位誤差實(shí)現(xiàn)精確定位，再結(jié)合毫米波雷達(dá)實(shí)時(shí)反饋信號(hào)組成一級(jí)防碰撞預(yù)警、二級(jí)緊急制動(dòng)的定位防碰撞系統(tǒng)，可消除堆取料機(jī)作業(yè)過(guò)程中的碰撞隱患，從而保證作業(yè)安全。

微寫(xiě)作不同于傳統(tǒng)作文。它沒(méi)有篇幅、體裁和格式的具體限定；它相對(duì)于傳統(tǒng)作文來(lái)說(shuō)是一種作文的升華，避免了傳統(tǒng)寫(xiě)作中為考試而寫(xiě)作的弊端，使得作文變得更加生動(dòng)靈活，且融入學(xué)生更多有趣的靈魂和真實(shí)情感。它的重點(diǎn)都集中在一個(gè)“微”字上，既可以是外在的微，也可以是內(nèi)容上的微；它既沒(méi)有傳統(tǒng)記敘文對(duì)時(shí)間、地點(diǎn)、人物、事件的限定，也沒(méi)有議論文對(duì)論點(diǎn)、論據(jù)的規(guī)定，更沒(méi)有小說(shuō)對(duì)人物、情節(jié)、環(huán)境的要求；它切實(shí)將學(xué)生視為微寫(xiě)作的主體，讓學(xué)生更愿意主動(dòng)表達(dá)自己的情感和觀點(diǎn)。

9月底至10月中旬，每畝茶園施腐熟餅肥100～150公斤或商品畜禽糞有機(jī)肥150～200公斤+38%茶樹(shù)專用肥(氮-五氧化二磷-氧化鉀=18-8-12或相近配方)30公斤，有機(jī)肥和專用肥拌勻后開(kāi)溝15～20厘米或結(jié)合深耕施用。

2 工程概況

黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期工程(含3臺(tái)堆料機(jī)、3臺(tái)取料機(jī))及黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期(續(xù)建)工程機(jī)電設(shè)備工程(含1臺(tái)堆料機(jī)、2臺(tái)取料機(jī)、1臺(tái)堆取料機(jī))共計(jì)10臺(tái)大機(jī)需配置全自動(dòng)化堆取料生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)(見(jiàn)表1)。系統(tǒng)由大機(jī)精確定位系統(tǒng)、地面校正裝置、現(xiàn)場(chǎng)堆取料掃描系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大機(jī)全自動(dòng)化堆取料監(jiān)控系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)以下功能：大機(jī)遠(yuǎn)程化操作，在控制室內(nèi)通過(guò)操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，對(duì)大機(jī)進(jìn)行包括行走、俯仰、回轉(zhuǎn)等動(dòng)作；大機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)控；大機(jī)防碰撞報(bào)警、安全作業(yè)；大機(jī)無(wú)人一體化控制。

表1 黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期及續(xù)建工程大機(jī)智能化改造清單

3 北斗差分定位技術(shù)

3.1 北斗差分定位

受到很多干擾因素的影響，單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行北斗定位精度很低，一般為3～4 m，為提高定位精度，引入了差分技術(shù)。北斗差分定位設(shè)備一般由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈3部分構(gòu)成，測(cè)量時(shí)2臺(tái)或多臺(tái)定位接收機(jī)同步觀測(cè)北斗衛(wèi)星，1個(gè)測(cè)站對(duì)2個(gè)目標(biāo)觀測(cè)量、2個(gè)測(cè)站對(duì)1個(gè)目標(biāo)觀測(cè)量或1個(gè)測(cè)站對(duì)1個(gè)目標(biāo)2次觀測(cè)量之間進(jìn)行求差，就可以消去誤差，大幅提高測(cè)量精度，采用實(shí)時(shí)或事后處理技術(shù)可以達(dá)到厘米級(jí)定位精度(見(jiàn)圖1)。

圖1 北斗系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.2 堆、取料機(jī)北斗差分定位配置

本工程每臺(tái)堆取料機(jī)上安裝1套R(shí)FID射頻掃描識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)由RFID射頻控制器、RFID射頻讀取頭，以及地面定點(diǎn)布置的RFID射頻數(shù)據(jù)載碼體組成。堆場(chǎng)軌道梁或皮帶機(jī)架每10 m位置安裝1個(gè)帶有位置信息的RFID射頻數(shù)據(jù)載碼體，堆取料機(jī)行走經(jīng)過(guò)時(shí)由RFID射頻讀取位置數(shù)據(jù)，并通過(guò)RFID射頻控制器與單機(jī)工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將讀取到的定位數(shù)據(jù)與絕對(duì)值編碼器、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)誤差時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制校正。

圖2 堆料機(jī)定位設(shè)備布置圖

圖3 取料機(jī)定位設(shè)備布置圖

4 基于RFID射頻掃描識(shí)別的定位校正系統(tǒng)

本工程堆取料機(jī)采用基于RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))差分北斗定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面固定位置布設(shè)的北斗衛(wèi)星基準(zhǔn)站、堆場(chǎng)堆取料機(jī)上安裝的北斗衛(wèi)星移動(dòng)站、中控室布置的后臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器和監(jiān)控功能軟件，以及終端操作系統(tǒng)組成，動(dòng)態(tài)定位精度≤±5 cm，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤5 ms，穩(wěn)定性能好。北斗衛(wèi)星基準(zhǔn)站為堆取料機(jī)上的移動(dòng)站設(shè)備提供精度校正功能；移動(dòng)站用于采集堆取料機(jī)的行走、回轉(zhuǎn)及俯仰數(shù)據(jù)，每臺(tái)堆取料機(jī)共配置2套北斗移動(dòng)站設(shè)備：懸臂安裝1套移動(dòng)站設(shè)備，懸臂頭部和中部分別布置2個(gè)衛(wèi)星接收天線，天線饋線接入臂架上的移動(dòng)站內(nèi)，用于懸臂位置、回轉(zhuǎn)角度、俯仰角度信息采集；大機(jī)下部安裝1套移動(dòng)站設(shè)備，回轉(zhuǎn)中心最高處布置1個(gè)衛(wèi)星接收天線，天線饋線接入下部移動(dòng)站內(nèi)，用于采集單機(jī)行走位置及速度信息(見(jiàn)圖2、圖3)。

5 毫米波雷達(dá)防碰撞系統(tǒng)

5.1 毫米波雷達(dá)

本工程堆取料機(jī)臂架前端兩側(cè)各安裝1套毫米波雷達(dá)，行走方向前后位置各安裝1套毫米波雷達(dá)，工控機(jī)實(shí)時(shí)采集毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，接到數(shù)據(jù)后判斷并執(zhí)行指令。由毫米波雷達(dá)組成的防碰撞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在的空間碰撞物體的識(shí)別，并直接與單機(jī)的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，無(wú)需過(guò)多分析和處理即可發(fā)出防碰撞指令，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)單機(jī)防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖4 毫米波雷達(dá)檢測(cè)距離及波束角

5.2 堆場(chǎng)堆取料機(jī)毫米波雷達(dá)配置

毫米波雷達(dá)采用多普勒原理，可快速掃描被測(cè)物體，生成與被測(cè)物體間距離、速度關(guān)系表，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)與被測(cè)物體間防碰撞預(yù)警和報(bào)警停機(jī)功能(見(jiàn)圖4)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①掃描速度快，可達(dá)17次/s；②測(cè)量距離遠(yuǎn)，可達(dá)250 m；③對(duì)復(fù)雜環(huán)境目標(biāo)檢測(cè)迅速，可實(shí)時(shí)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)；④設(shè)備安裝可靠。

6 空間坐標(biāo)體系

當(dāng)北斗基站位置選定后，它與每條軌道梁的端點(diǎn)距離是固定的，以北斗基站為原點(diǎn)、平行軌道梁方向?yàn)閄軸、垂直軌道梁方向堆場(chǎng)寬度為Y軸、以垂直地面空間高度為Z軸，建立空間坐標(biāo)系(見(jiàn)圖5)。

圖5 北斗基站和堆、取料機(jī)軌道布置圖

由空間解析幾何可知，在三維直角坐標(biāo)系中，任何1個(gè)點(diǎn)的位置都可以通過(guò)建立起來(lái)的X、Y、Z3個(gè)坐標(biāo)來(lái)確定。但在衛(wèi)星傳輸信號(hào)的過(guò)程中，由于電離層等多種因素干擾，只獲取A、B、C3點(diǎn)的數(shù)據(jù)是不夠的，當(dāng)測(cè)得某一點(diǎn)與這3點(diǎn)的距離時(shí)需要重新引入一個(gè)新的變量t，通過(guò)t變量重新建立起1個(gè)三元方程組，通過(guò)幾何解析可獲得該點(diǎn)與X、Y、Z的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而該空間上的某點(diǎn)就可以通過(guò)計(jì)算獲取具體位置，具體衛(wèi)星分布和計(jì)算見(jiàn)圖6。

“你想喚醒它的力量嗎？”黑袍人勾起了他對(duì)那些傳說(shuō)的遐想和神往，卻又并不說(shuō)細(xì)，只用一種帶著誘惑力的語(yǔ)氣問(wèn)道。

圖6 空間坐標(biāo)示意圖

根據(jù)堆取料機(jī)上移動(dòng)站的安裝位置，可計(jì)算出堆取料機(jī)和懸臂所在的空間位置，通過(guò)光纜實(shí)時(shí)回傳到中控室防碰撞系統(tǒng)服務(wù)器，防碰撞系統(tǒng)通過(guò)接收到的移動(dòng)站定位數(shù)據(jù)，進(jìn)行防碰撞建模運(yùn)算，對(duì)存在碰撞可能性的堆取料機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和碰撞預(yù)判，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)的堆取料機(jī)發(fā)出報(bào)警和停機(jī)指令，同時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送到值班人員操作界面，提醒進(jìn)行人為干預(yù)以消除隱患。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)堆場(chǎng)建立空間坐標(biāo)體系，實(shí)時(shí)采集北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，再結(jié)合RFID技術(shù)校正定位誤差和毫米波雷達(dá)防碰撞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)自動(dòng)定位和防碰撞控制。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的遠(yuǎn)程操作，減少人員投入，改善司機(jī)的作業(yè)環(huán)境，降低其勞動(dòng)強(qiáng)度，為散貨碼頭自動(dòng)化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。