何國(guó)榮

近年來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展及自動(dòng)化集裝箱碼頭的興起，自動(dòng)化軌道吊成為各大集裝箱碼頭堆場(chǎng)的主要裝卸設(shè)備。在自動(dòng)化軌道吊作業(yè)過(guò)程中，大車位置校驗(yàn)精度直接影響整個(gè)集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)安全和效率。常規(guī)軌道吊采用絕對(duì)值編碼器檢測(cè)大車位置，其精度較差，不能滿足自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)需求。針對(duì)自動(dòng)化軌道吊大車運(yùn)行距離較長(zhǎng)、海陸側(cè)跨距較大、堆場(chǎng)軌道不平等作業(yè)特點(diǎn)，可采用Flag板定位系統(tǒng)校驗(yàn)大車位置，從而提高大車定位精度。本文結(jié)合廣州港股份有限公司南沙集裝箱碼頭分公司（以下簡(jiǎn)稱“南沙三期碼頭”）自動(dòng)化升級(jí)改造項(xiàng)目特點(diǎn)，采用Flag板定位系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化軌道吊大車位置進(jìn)行冗余校正，并分析自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)的常見故障及解決方案，以期為其他碼頭自動(dòng)化升級(jí)改造提供參考。

1 自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)方案

在Flag板定位系統(tǒng)模式下，自動(dòng)化軌道吊大車海陸兩側(cè)的Flag板激光限位器通過(guò)掃描堆場(chǎng)內(nèi)的Flag板校驗(yàn)大車位置，具體執(zhí)行方案如下。

（1）在自動(dòng)化軌道吊大車海陸兩側(cè)車輪上各安裝1個(gè)絕對(duì)值編碼器，采用DP通信，直接接入電氣房可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）的261通信模塊，用于讀取大車位置信息。

（2）在自動(dòng)化軌道吊大車海陸兩側(cè)各加裝1個(gè)Flag板激光限位器。Flag板激光限位器的工作原理是：發(fā)射端發(fā)射激光至接收端，當(dāng)發(fā)射端與接收端被隔開時(shí)，由Flag板激光限位器將信號(hào)傳給PLC。

（3）將Flag板安裝在堆場(chǎng)海陸側(cè)奇數(shù)貝位中心位置，即每2塊Flag板間的距離約為6.4 m，F(xiàn)lag板寬度為10 cm。

2 自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)調(diào)試

2.1 硬件調(diào)試

（1）確認(rèn)軌道吊海陸兩側(cè)大車絕對(duì)值編碼器的圈數(shù)是否滿足大車在整個(gè)堆場(chǎng)運(yùn)行距離的要求。南沙三期碼頭半自動(dòng)化軌道吊所使用的絕對(duì)值編碼器圈數(shù)范圍為1 536～1 791，共255圈;半自動(dòng)化軌道吊作業(yè)區(qū)域跨越2個(gè)堆場(chǎng)，總長(zhǎng)度約為410 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算和測(cè)量，絕對(duì)值編碼器圈數(shù)只須達(dá)到50圈即可滿足整個(gè)行程需求。

（2）確認(rèn)堆場(chǎng)內(nèi)Flag板位置。本項(xiàng)目采用全站儀采集整個(gè)堆場(chǎng)內(nèi)海陸兩側(cè)Flag板坐標(biāo)，坐標(biāo)精度為1 mm。將采集到的Flag板坐標(biāo)填入PLC控制程序717內(nèi)的H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）程序寄存器參數(shù)表（見圖1）。本項(xiàng)目只在奇數(shù)貝位安裝Flag板，因此須自行計(jì)算偶數(shù)貝位位置，計(jì)算公式為：偶數(shù)貝位位置=（左側(cè)奇數(shù)貝位位置+右側(cè)奇數(shù)貝位位置）/2。

（3）檢測(cè)Flag板激光限位器信號(hào)是否能正常傳輸?shù)絇LC。

2.2 軟件調(diào)試

（1）將堆場(chǎng)內(nèi)每個(gè)貝位對(duì)應(yīng)的海陸側(cè)大車位置輸入PLC控制程序717內(nèi)的H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）程序寄存器參數(shù)表，并重新標(biāo)定大車編碼器精度，即用實(shí)際大車移動(dòng)距離除以變化的脈沖量，計(jì)算出1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的移動(dòng)距離為0.422 3 mm，將數(shù)值填入H13.15和H13.16程序寄存器參數(shù)表。

（2）堆場(chǎng)大車貝位長(zhǎng)約3.2 m，從中取一半值即1.6 m作為參數(shù)L006檢測(cè)范圍。變量I代表貝位，變量J代表累加變量。通過(guò)717控制程序WHILE語(yǔ)句進(jìn)行I和J寄存器的累加，大車每刷過(guò)1個(gè)Flag板，即將對(duì)應(yīng)貝位的寄存器參數(shù)大車位置提取出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)大車位置冗余校正。

（3）為了提高自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)精度，避免出現(xiàn)誤置位現(xiàn)象，在717程序內(nèi)加入大車位置脈沖檢測(cè)和大車位置補(bǔ)償程序，從而優(yōu)化大車Flag板定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大車位置脈沖檢測(cè)程序邏輯為：檢測(cè)大車編碼器位置與Flag板位置寄存器參數(shù)表，當(dāng)且僅當(dāng)大車位置在距離Flag板50 cm范圍內(nèi)時(shí)，大車置位DB001才能運(yùn)行，從而允許大車位置置位。大車位置補(bǔ)償程序邏輯為：Flag板寬度為，為了防止Flag板寬度導(dǎo)致大車在左右行走過(guò)程中出現(xiàn)置位偏差，通過(guò)檢測(cè)大車左右行走方向，執(zhí)行大車位置補(bǔ)償程序（見圖2）。

3 自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)常見故障及解決方案

由表1可見，2020年南沙三期碼頭自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)共發(fā)生故障37次，其中：大車位置偏差故障26次，大車位置對(duì)位檢測(cè)故障9次，大車位置通信故障2次。

3.1 大車位置偏差故障

大車位置偏差故障指軌道吊海陸兩側(cè)大車位置相差超過(guò)150 mm。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，造成大車位置偏差故障的原因有：堆場(chǎng)內(nèi)異物干擾Flag板對(duì)位激光器;Flag板損壞或者對(duì)位激光器損壞或失準(zhǔn);堆場(chǎng)軌道異常導(dǎo)致大車在運(yùn)行過(guò)程中抖動(dòng)。大車位置偏差故障的處理流程如下：技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)堆場(chǎng)狀況、大車軌道、Flag板、對(duì)位激光器等是否正常;若檢查無(wú)異常，則將自動(dòng)化軌道吊運(yùn)行模式切換至本地大車操作站模式，本地手動(dòng)操作控制軌道吊運(yùn)行大車刷過(guò)最近貝位的Flag板，重新置位大車位置;若檢查有異常，則采取清除堆場(chǎng)異物、更換Flag板、更換或調(diào)整對(duì)位激光器、調(diào)整大車軌道等措施解決故障，并按上述步驟重新置位大車。

3.2 大車位置對(duì)位檢測(cè)故障

大車位置對(duì)位檢測(cè)故障指軌道吊大車海側(cè)或陸側(cè)在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法刷到Flag板，停止遠(yuǎn)程自動(dòng)運(yùn)行大車，切換至遠(yuǎn)程手動(dòng)模式。導(dǎo)致大車位置對(duì)位檢測(cè)故障的主要原因包括Flag板損壞、對(duì)位激光器損壞或失準(zhǔn)。故障解決方案為：更換Flag板或?qū)ξ患す馄?，并按上述步驟重新置位大車。

3.3 大車位置通信故障

大車位置通信故障指大車絕對(duì)值編碼器與PLC的261通信模塊無(wú)法通信，導(dǎo)致大車位置信號(hào)丟失。導(dǎo)致大車位置通信故障的原因包括大車絕對(duì)值編碼器損壞 、大車絕對(duì)值編碼器與261通信模塊的DP通信接頭異常。故障解決方案為：檢測(cè)大車絕對(duì)值編碼器和DP通信接頭，更換受損的大車絕對(duì)值編碼器和DP通信接頭。

大車位置通信故障會(huì)導(dǎo)致大車位置丟失，此時(shí)須重新賦值置位給大車編碼器，具體流程如下：第一步，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)設(shè)備對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)實(shí)際貝位，使大車行走至海陸兩側(cè)，對(duì)位激光器對(duì)準(zhǔn)Flag板;第二步，打開717控制程序H13.15（海側(cè)）和H13.16（陸側(cè)）中的DB001（大車置位）強(qiáng)制通;第三步，輸入堆場(chǎng)實(shí)際貝位;第四步，將程序中對(duì)位激光器IB0214E信號(hào)改成常開、常閉，保存程序觸發(fā)大車位置置位，并將數(shù)值傳送至大車編碼器。

4 自動(dòng)化軌道吊大車Flag板定位系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造成本低，只須在相應(yīng)堆場(chǎng)貝位安裝Flag板，并在自動(dòng)化軌道吊大車海陸側(cè)各安裝1對(duì)Flag板對(duì)位激光器即可。

（2）系統(tǒng)定位精度高，可滿足自動(dòng)化作業(yè)需求。自動(dòng)化軌道吊大車每經(jīng)過(guò)1個(gè)貝位就會(huì)對(duì)大車位置進(jìn)行置位校正，精度達(dá)5 mm，從而大幅度提升大車位置數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，滿足自動(dòng)化軌道吊作業(yè)需求。

（3）系統(tǒng)故障率低，維修簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，在日常維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中只須檢查系統(tǒng)硬件及通信情況。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-04-29）