」b斗導(dǎo)航在集裝箱碼頭的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案北斗導(dǎo)航在集裝箱碼頭的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案二0一五年九月目錄GPS在集裝箱起重機(jī)上的應(yīng)用(3)1.1當(dāng)前集裝箱起重機(jī)面臨的技術(shù)難題(3)1.2GPS在集裝箱起重機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能(4)GPS在碼頭生產(chǎn)管理上的巨大意義(5)2.1當(dāng)前集裝箱碼頭生產(chǎn)管理上的新要求(5)2.2配備了GPS以后可以達(dá)到集裝箱生產(chǎn)管理的自動化(6)GPS系統(tǒng)配置(6)4集裝箱起重機(jī)用GPS產(chǎn)品應(yīng)用小結(jié)(6)1GPS在集裝箱起重機(jī)上的應(yīng)用GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))，是由美國開發(fā)創(chuàng)建的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。通過空中均勻分布的24顆導(dǎo)航衛(wèi)星，保證了定位信號在全球任何地方任意時(shí)間全天候的可靠接收。自系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)如石油勘探，船舶和航空導(dǎo)航，土建工程定位和重大軍事行動。我們于兩年前開始進(jìn)行GPS在場橋上的應(yīng)用研究，使場橋既能保持原有靈活轉(zhuǎn)場的功能，又能象RMG(軌道式集裝箱起重機(jī))一樣保證大車可靠運(yùn)行和箱位管理功能。我們選用的場橋GPS系統(tǒng)，定位精度達(dá)到+-15mm左右，具有高度的自動化特征可廣泛用于場橋的自動大車行走，自動大車糾偏，自動箱位管理等功能。1.1當(dāng)前集裝箱起重機(jī)面臨的技術(shù)難題長久以來，由于RTG能夠通過輪胎轉(zhuǎn)向功能，靈活地改變箱區(qū)位置而深受碼頭用戶喜愛。然而也因?yàn)闆]有固定軌道，RTG在大車方向上的糾偏和定位功能一直沒能很好解決，從而帶來以下幾方面的問題：—.隨著RTG變得越高越快，司機(jī)的大車運(yùn)行日益變得困難，糾偏操作更加艱苦；而隨著國際貿(mào)易的發(fā)展和集裝箱數(shù)量的迅猛增長，碼頭集裝箱的堆放安排和作業(yè)統(tǒng)計(jì)管理也變得日益困難。成千上萬集裝箱的數(shù)據(jù)記錄，手工工作量是巨大的；另外RTG缺乏有效位置監(jiān)控，難免造成集裝箱的錯(cuò)誤安放而無法跟蹤—這種錯(cuò)誤，對于繁忙的集裝箱碼頭來說，造成的損失是嚴(yán)重的。此外，RTG在大車方向上的不足，也嚴(yán)重阻礙了RTG在自動化功能上的發(fā)展。在當(dāng)前RTG的小車和起升機(jī)構(gòu)實(shí)行了相當(dāng)程度自動化的情況下，如何解決大車機(jī)構(gòu)的自動化變得更加迫切。對于大跨距RMG，其大車同步控制是令人頭疼的問題。同步控制不好，則會造成大車車輪打滑或〃啃軌〃現(xiàn)象，從而降低起重機(jī)的使用性能和壽命。在要求自動化或半自動化操作管理的集裝箱碼頭AGV的運(yùn)行管理要求具有全天候?qū)崟r(shí)定位系統(tǒng)。而只有利用GPS技術(shù)才有可能達(dá)到AGV的靈活管理和控制。1.2GPS在集裝箱起重機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能我們選用的GPS產(chǎn)品，結(jié)合了GPS設(shè)備和場橋本身大車編碼器的性能，通過GPS，可實(shí)現(xiàn)場橋在堆場上X/Y方向的定位，而編碼器則實(shí)現(xiàn)了GPS定位的校驗(yàn)和推導(dǎo)功能；兩者相互補(bǔ)償，既提高定位信號的更新速度，彌補(bǔ)GPS定位刷新率較低的不足，又消除了編碼器長時(shí)間工作產(chǎn)生的累計(jì)誤差，保證定位的精確性。GPS至少可以解決以下問題（以雙GPS系統(tǒng)為例）：RTG大車精確定位，精度在+-15mm左右通過此定位信息，有助于在，實(shí)現(xiàn)對RTG的實(shí)時(shí)監(jiān)中控室建立一個(gè)碼頭所有RTG的“電子地圖”控，從而有利于碼頭RTG的優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)最佳路徑管理，降低生產(chǎn)成本。RTG大車自動糾偏功能不論RTG多高多快，都可以利用GPS系統(tǒng)的“虛擬軌道”功能，實(shí)現(xiàn)大車直線行走，免除了傳統(tǒng)RTG司機(jī)需要長時(shí)間低頭進(jìn)行手動糾偏的疲勞作業(yè)和RTG行大車時(shí)同集裝箱或其它車輛相撞的隱患；從而使RTG具有同RMG一樣的大車運(yùn)行功能;RTG大車自動行走利用RTG的當(dāng)前位置和要求作業(yè)集裝箱的目標(biāo)位置，結(jié)合大車自動糾偏和位置監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)RTG的大車自動行走。屆時(shí)司機(jī)只要輕觸按鈕，就可以實(shí)現(xiàn)在同一跑道上RTG大車位置的自動變換；RTG防誤操作功能利用RTG大車的精確位置，并結(jié)合小車和起升機(jī)構(gòu)位置，組成RTG吊具的三維信息，根據(jù)碼頭堆場的實(shí)際布置，可轉(zhuǎn)換成具體的集裝箱大車箱位、小車堆位和起升層高(BERTH,BAY,LANE/STACK,TIER)等信息，此信息同要作業(yè)的集裝箱比較，如不符合則禁止吊具動作；只有信息一致才允許作業(yè)。這樣就保證了RTG無故障操作；RTG箱位自動管理利用RTG的三維位置，可隨時(shí)隨地發(fā)布RTG的操作信息譬如作業(yè)箱量，作業(yè)位置，RTG狀態(tài)等信息，信息通過無線系統(tǒng)發(fā)送到中控室，由主機(jī)自動記錄統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)獲得RTG的各種操作數(shù)據(jù)，及時(shí)更新堆場集裝箱分布情況，從而節(jié)省大量的人工登記工作，并消除各種誤差，實(shí)現(xiàn)了自動信息化管理，有利于信息保存歸檔。大跨距RMG的同步控制大跨距的RMG在大車運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生因車輪打滑而弓I起的〃啃軌”現(xiàn)象，從而降低起重機(jī)的使用性能和壽命。利用GPS系統(tǒng)可監(jiān)測大車兩側(cè)打滑情況，以利于同步控制。AGV自動導(dǎo)航在廣闊的碼頭堆場上，可利用RTG用GPS移動站實(shí)現(xiàn)對AGV的自動行走控制。集卡位置監(jiān)控RTG用GPS移動站也可用于碼頭裝卸設(shè)備如集卡等的位置監(jiān)控，便于調(diào)度。2GPS在碼頭生產(chǎn)管理上的巨大意義2.1當(dāng)前集裝箱碼頭生產(chǎn)管理上的新要求傳統(tǒng)的碼頭堆場集裝箱作業(yè)模式為：理貨操作部把當(dāng)日要裝卸的集裝箱,根據(jù)原先計(jì)劃安排好并儲存在碼頭主機(jī)中的位置，通過對講機(jī)系統(tǒng)或理貨員（有些碼頭通過無線電系統(tǒng)把信息顯示在司機(jī)室監(jiān)控屏上）把箱子代碼和位置（如幾號箱區(qū)幾號位置等信息）告知某臺RTG司機(jī)，司機(jī)再把車開到對應(yīng)位置操作。其中涉及的不足有：1.RTG的位置不夠清楚，調(diào)度上容易產(chǎn)生舍近求遠(yuǎn)問題，增加生產(chǎn)成本；2.RTG實(shí)際吊具位置沒有可靠監(jiān)控，司機(jī)作業(yè)存在認(rèn)為錯(cuò)誤的可能性；司機(jī)作業(yè)完畢需要人工確認(rèn)由于存在上述問題，當(dāng)前有許多碼頭在尋找方法克服以上集裝箱管理上的問題。而利用GPS技術(shù)就可以最方便地處理其中最關(guān)鍵的集裝箱定位問題。堆箱作業(yè)一般模式2.2配備了GPS以后可以達(dá)到集裝箱生產(chǎn)管理的自動化配備了RTG用GPS系統(tǒng)后，利用當(dāng)前普遍的無線電系統(tǒng)，可以有效消除RTG作業(yè)中存在的各種人工因素，整個(gè)生產(chǎn)過程由一系列電腦實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，極大地提高碼頭生產(chǎn)的正確性和信息化水平，實(shí)現(xiàn)無紙化管理。此過程中每臺RTG都^將充分應(yīng)用前述的箱位自動管理、防誤操作等功能。配備GPS系統(tǒng)后堆箱作業(yè)模式3GPS系統(tǒng)配置整個(gè)項(xiàng)目配備一個(gè)GPS基準(zhǔn)站，具體包括一個(gè)GPS接收器和一個(gè)調(diào)制無線發(fā)射電臺用于提供基準(zhǔn)位置信號給起重機(jī)上的GPS移動站;2.每臺機(jī)配置一個(gè)GPS移動站，具體硬件包括兩個(gè)GPS接收器和—個(gè)公共無線接收電臺，用于檢測當(dāng)前起重機(jī)所處位置，并接收基準(zhǔn)站差分信號從而獲得厘米級的檢測精度.位置信號將在主機(jī)運(yùn)算后送至機(jī)上PLC進(jìn)一步進(jìn)行箱位管理和自動糾偏等處理。整個(gè)GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精巧，安裝簡單，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，對RTG的設(shè)計(jì)不產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)上的影響。差分基站差分接收天線控制中心顯示器GPS天線串行口RS232串行口RS232PLCGP控制處理器GPS在RTG上系統(tǒng)組成示意圖4集裝箱起重機(jī)用GPS產(chǎn)品應(yīng)用小結(jié)當(dāng)前，GPS應(yīng)用技術(shù)和RTG的基本功能已經(jīng)基本完善，然而，要成功把GPS技術(shù)結(jié)合到RTG應(yīng)用中，還需要不斷的加以研究和探索。其中主要原因是，RTG作為一種重型機(jī)械，它具有許多自身固有的特性，比如在吊箱過程中小車會搖晃，大車行駛初大梁方向的晃動對大車偏移的監(jiān)測會產(chǎn)生干擾，RTG的結(jié)構(gòu)和配置對基于GPS的成功自動應(yīng)用有決定性因素等。這些都對GPS在RTG上的應(yīng)用造成不利影響。根據(jù)這兩年來近50套GPS產(chǎn)品的應(yīng)用情況，我們總結(jié)出了如下的成功經(jīng)驗(yàn)：對于要求大車自動糾偏等要求較高的應(yīng)用我們采用雙GPS加編碼器后備校驗(yàn)的設(shè)計(jì)，可靠性很高---在正常狀態(tài)下，由雙GPS加編碼器保證系統(tǒng)正常工作;在其中任何一個(gè)GPS失效時(shí)，另外一個(gè)可通過GPS角度和編碼器繼續(xù)工作;在最糟糕的雙GPS都失效時(shí)，仍可由編碼器推導(dǎo)使自動糾偏繼續(xù)運(yùn)行10秒時(shí)間左右；由于采用了雙GPS設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能滿足輪胎吊在不同堆場上的迅速定位，使自動糾偏等功能馬上可以使用；另外，針對個(gè)別碼頭堆場不整齊的情況軟件設(shè)計(jì)中采用了不同ID方法進(jìn)行鑒別，提高了產(chǎn)品適用性；為了滿足全天候的應(yīng)用要求經(jīng)過長期跟蹤試驗(yàn)，使用市場上最可靠的GPS雙頻接收器既保證了厘米級的高精度又達(dá)到GPS接收器長期工作不失鎖的目的；GPS能