摘 要：為保障自動化岸橋運(yùn)行過程的安全、準(zhǔn)確、高效，利用紅外定位、圖像處理技術(shù)、系統(tǒng)聯(lián)動技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計開發(fā)自動化岸橋負(fù)載自動防搖防扭系統(tǒng)。通過檢測安裝在負(fù)載上的紅外結(jié)構(gòu)光源位置，計算出吊具空間位置和姿態(tài)信息，并將這些信息發(fā)送給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以控制岸橋吊具更加快速、準(zhǔn)確、有效的工作。系統(tǒng)在天津港已得到成功應(yīng)用，對保障天津港自動化岸橋正常作業(yè)起到至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：港口;岸橋;自動化;紅外定位;圖像處理;吊具檢測系統(tǒng)（SDS，Spreader Detection System）;可編程邏輯器件（PLC，Programmable Logic Controlle）;防扭控制器

中圖分類號：U653.921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 背景

近年來，隨著集裝箱碼頭自動化設(shè)備的大范圍投入使用，自動化岸橋在使用過程中的各種關(guān)鍵性技術(shù)也為技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)。

自動化岸橋在作業(yè)過程中小車、大車需要相對于水平面進(jìn)行前后及左右的移動，在移動過程中岸橋所帶吊具會產(chǎn)生鐘擺運(yùn)動，司機(jī)需根據(jù)擺動幅度進(jìn)行反復(fù)控制車速來保持吊具平穩(wěn)。碼頭作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，受氣候尤其是風(fēng)影響較大，另外集裝箱內(nèi)所裝貨物有一定的偏載概率，在吊具相對水平面進(jìn)行垂直運(yùn)動時會造成吊具及其負(fù)載產(chǎn)生扭動，司機(jī)需要頻繁調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到穩(wěn)定吊具的目的。

為解決上述問題、提高岸橋自動化程度、減少司機(jī)工作強(qiáng)度，需要對岸橋防搖防扭系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計升級。

1 系統(tǒng)要求

1.1 硬件部署及要求

（1）岸橋小車架上安裝一個攝像機(jī)。（2）岸橋吊架上安裝三個紅外光源。（3）岸橋前首防扭改造電動滾珠絲杠推桿。（4）攝像機(jī)調(diào)節(jié)箱安裝在小車平臺上，并垂直向下正對著吊具上的中間紅外燈。（5）攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)調(diào)節(jié)箱內(nèi)，用于調(diào)節(jié)攝像機(jī)角度。（6）紅外光源安裝要特別注意吊具上的安裝位置，避免旁邊物體的對光源的干擾，比光源高的物體要在長度方向和寬度方向都要保持15 cm以上的間隙。

1.2 軟件功能要求

系統(tǒng)軟件應(yīng)具備如下功能：

工作距離在3～60 m之間;角度方位±11度;測量頻率40 Hz。

（1）檢測吊具沿小車方向的偏移量。由于岸橋吊具在小車運(yùn)行過程中會產(chǎn)生前后晃動，造成吊具與小車無法在一條垂直線上，系統(tǒng)會根據(jù)其偏移量來控制小車速度，以達(dá)到偏移量在±10 mm內(nèi)。

（2）檢測吊具沿大車方向的偏移量。由于岸橋吊具在大車運(yùn)行過程中會產(chǎn)生左右晃動，造成吊具與大車無法在一條垂直線上，系統(tǒng)會根據(jù)其偏移量來控制大車速度，以達(dá)到偏移量在±20 mm內(nèi)。

（3）檢測吊具高度。系統(tǒng)檢測吊具高度，與岸橋自帶編碼器進(jìn)行校驗(yàn)，將誤差控制在±50 mm內(nèi)。

（4）檢測吊具擺動角度。由于碼頭作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，受天氣影響較大，系統(tǒng)檢測因風(fēng)帶來的吊具擺動幅度，將擺動幅度控制在0.1度左右。

1.3 硬件安裝及調(diào)節(jié)

（1）三個紅外燈安裝在吊具上，攝像機(jī)調(diào)節(jié)箱安裝在小車平臺上，并垂直向下正對著吊具上的中間紅外燈。

（2）攝像機(jī)調(diào)節(jié)箱安裝于小車平臺上，其內(nèi)安裝攝像機(jī)，用于調(diào)節(jié)攝像機(jī)角度，確保攝像機(jī)的安裝角度是正確的，方向判斷標(biāo)準(zhǔn)：先跟ACCS確定好大小車方向，如果攝像機(jī)看到的大車左中右以及小車前后和人眼實(shí)際看到的大車左中右以及小車前后一致，說明方向是正確的。

將吊具放到25 m高度。打開攝像機(jī)調(diào)節(jié)箱，首先調(diào)節(jié)攝像機(jī)前后方向，再調(diào)節(jié)攝像機(jī)左右方向，打開系統(tǒng)軟件，并將圖片顯示以及像素顯示打開，將中間燈像素坐標(biāo)調(diào)到（1 020±10，540±10）內(nèi)，允許誤差10個像素，通過旋轉(zhuǎn)另一個方向使中間圓的圓心和圖像中心重合，攝像機(jī)調(diào)整完畢。

（3）岸橋前首防扭改造電動滾珠絲杠推桿，傳統(tǒng)的岸橋前首防扭使用梯形絲杠，因使用中頻繁受力，梯形絲杠的磨損非常大，改造后采用四套滾珠絲杠作為防扭的驅(qū)動形式，安裝在岸橋前首，分別控制四根主卷鋼絲繩，在防扭時每兩根鋼絲繩相對運(yùn)動，達(dá)到防扭效果，系統(tǒng)軟件控制防扭裝置每兩套間進(jìn)行相對工作。

2 系統(tǒng)設(shè)計

自動化岸橋負(fù)載自動防扭系統(tǒng)是通過攝像機(jī)檢測安裝在負(fù)載上的紅外結(jié)構(gòu)光源位置，計算出吊具空間位置和姿態(tài)信息，通過以太網(wǎng)與電氣房中的工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，再通過工控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理所得數(shù)據(jù)通過串口通信模式傳給PLC，PLC發(fā)出指令來控制前首四套滾珠絲杠動作，來實(shí)現(xiàn)防扭效果。

防扭控制器是系統(tǒng)的關(guān)鍵。根據(jù)不同的控制對象及防扭目標(biāo)，進(jìn)行自動防扭的設(shè)計，包括系統(tǒng)建模、系統(tǒng)參數(shù)辨識、控制器率選擇、控制參數(shù)調(diào)整。它與SDS、PLC及防扭執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信，實(shí)時獲取吊具旋轉(zhuǎn)角度、岸橋運(yùn)行狀態(tài)，在不同的小車起升位置、不同吊具尺寸、不同帶載情況下，調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)防扭功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

岸橋負(fù)載自動防扭系統(tǒng)在天津港遠(yuǎn)控自動化改造后，順利實(shí)施，穩(wěn)定運(yùn)行。遠(yuǎn)控司機(jī)工作強(qiáng)度大大下降。整套系統(tǒng)在岸橋運(yùn)控生產(chǎn)過程中，起到了關(guān)鍵作用，為后期更多的岸橋改造提供了參考標(biāo)準(zhǔn)，為其他碼頭遠(yuǎn)控改造提供了參考案例。

4 結(jié)語

岸橋起重機(jī)吊具、小車懸掛部分是一個強(qiáng)耦合、大滯后的非線性時變系統(tǒng)，且作業(yè)過程中鋼絲繩變長特性，使得常規(guī)方法難以有效控制吊具姿態(tài)。本系統(tǒng)安裝吊具位置檢測傳感器SDS，用于實(shí)時檢測獲取吊具的旋轉(zhuǎn)角度信息;自動防扭控制器，接收SDS反饋的吊具旋轉(zhuǎn)信息及其他狀態(tài)，通過相應(yīng)的控制算法來控制電機(jī)調(diào)節(jié)速度和方向，控制前大梁滾珠絲杠的移動，從而調(diào)整上架鋼絲繩的相對長度，從而實(shí)現(xiàn)吊具動態(tài)防扭補(bǔ)償?shù)哪康?。自動化岸橋?fù)載自動防扭系統(tǒng)將更好的操作體驗(yàn)、更智能的應(yīng)用發(fā)展方向發(fā)展，將更進(jìn)一步優(yōu)化岸橋遠(yuǎn)控作業(yè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李奇，韓浩.岸橋新型遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].港口裝卸，2015（3）：8-10.

[2]中國港口協(xié)會.岸邊集裝箱起重機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)技術(shù)條件：T/CPHA 1-2018[S].

作者簡介：劉廣昭（1992—），男，河北獻(xiàn)縣人，本科，初級，研究方向：港口自動化。