轮胎吊自动纠偏系统

0 引 言

随着我国经济快速发展，各个集装箱码头的作业箱量在逐年增加。如何安全、高效地进行集装箱装卸作业是各个集装箱码头努力研究的课题。在现代化技术高速发展的今天，如何利用先进技术来降低操作人员的操作难度，有效提高生产效率，降低设备事故风险，是各个集装箱码头需要重视的问题。本文介绍的轮胎吊自动纠偏系统，是一种使用差分全球定位系统（DGPS）和实时动态差分技术（RTK），结合堆场的地理信息，自动纠正轮胎吊运动的实时位置、方向和速度，实现轮胎吊在场地轨道线上的自动纠偏和防止轮胎吊与滑触线等设施发生碰撞的自动化系统。轮胎吊自动纠偏系统可以有效提高司机作业效率，减

轻司机工作压力，降低司机操作工作量。同时，轮胎吊自动纠偏系统可以进一步提高轮胎吊运行的主动安全性。

1 系统介绍

轮胎吊自动纠偏系统主要由基准站和移动站等 2 部分组成。基准站安装在码头办公楼楼顶，为移动站提供 RTK 信号。移动站安装在轮胎吊上，将接收到的差分校正数据与 GPS 信号进行整合，为自动纠偏系统提供轮胎吊的实时信息。系统逻辑示意图见图 1。

1.1 基准站

1.1.1 基准站组成

基准站主要由控制箱、无线电台模块、电台天线、GPS 接收器、GPS 天线、UPS 电源等组成。

1.1.2 基准站功能

GPS 接收器接收到可视卫星的 GPS 信号后，计算出差分校正数据，通过无线电台模块，经电台天线发送至整个作业场地内，供移动站接收使用。

1.1.3 基准站布置

基准站的 GPS 天线和电台天线安装在码头办公楼顶楼平台的开阔位置，以保证 GPS 信号的稳定接收和移动站无线通信信号的稳定。同时，为避免天线受风力影响发生摆动，在天线支架下端使用水泥墩、天线支架和钢材等进行多级加固，以使天线保持稳固状态。基准站 GPS 天线和电台天线见图 2。

基准站采用双机热备基准站方式，即为 2 套基准站系统同时供电。一套基准站作为工作基准站，为移动站提供差分信息；另一套基准站热机备用，当工作基准站发生故障时，自动切换至备用基准站，保证基准站可以一直保持工作状态，从而提高自动纠偏系统工作的稳定性。双机热备基准站见图 3。

1.2 移动站

1.2.1 移动站组成

移动站主要由自动纠偏控制器、无线电台模块、电台天线、GPS 接收器、GPS 天线等组成。

1.2.2 移动站功能

安装在轮胎吊上的移动站对轮胎吊位置、运行状态进行实时检测，并通过向轮胎吊主控 PLC系统传输纠偏指令，实现轮胎吊的自动纠偏功能。移动站的核心设备是自动纠偏控制器，它集成运算控制单元，通过串口与 GPS 接收器相连，接收定位数据。无线电台接收 GPS 基准站播发的差分校正数据，并发送给自动纠偏控制器。结合 GPS接收器接收到的 GPS 信息，自动纠偏控制器通过计算来实现轮胎吊的实时动态差分定位。自动纠偏控制器通过 RS232 串口与轮胎吊主控 PLC 进行通信，获取实时大车运行状态数据。数据经过系统的综合运算处理后，系统向轮胎吊 PLC 发出控制指令，控制轮胎吊运行大车过程中的纠偏动作。

1.2.3 移动站布置

轮胎吊海侧大梁两端分别安装 2 个 GPS 天线和 1 个电台天线。GPS 天线安装于轮胎吊海侧大梁顶端，安装时尽量保持水平高度一致。同时，为减少轮胎吊运行时产生的振动对天线稳定性的影响，天线支架使用钢管进行加固，以保证 GPS天线和电台天线在大车运行时仍可保持稳定的工作状态。天线布置示意图见图 4，GPS 天线安装情况见图 5。

电台天线安装在轮胎吊电气房侧大梁的护栏上，且电台天线安装位置与 GPS 天线安装位置之间的距离要大于 1 m。用 U 型卡扣将电台天线固

定在护栏上，以保证电台天线的稳定性。电台天线安装位置见图 6。

移动站控制箱安装在电气室内。箱内主要安装自动纠偏控制器、无线电台模块、2 个 GPS 接收器、稳压电源等。自动纠偏控制器通过串口与设备PLC 进行通信，实现自动纠偏控制器与轮胎吊PLC 之间的数据交互。移动站控制箱见图 7，PLC通信端口见图 8。

2 工作原理和功能实现

轮胎吊自动纠偏系统将码头每个场地的方向信息、轨道基准线的坐标参数、场地基建信息等数据信息配置在移动站的控制器中，并通过控制器的计算，形成电子地图。该电子地图为自动纠偏系统提供轮胎吊工作场地的基础信息。当轮胎吊大车行驶时，安装于轮胎吊移动站内的自动纠偏控制器根据接收的 GPS 信息，并结合基准站发出的差分数据，对轮胎吊位置和行走方向进行实时检测。同时，结合电子地图，控制器计算出轮胎吊大梁后端与轨道基准线之间的偏差值。当自动纠偏控制器预判正在进行大车行驶的轮胎吊有跑偏趋势或轮胎吊大车轮胎中心线偏离轨道基准线过大时，自动纠偏控制器通过通信串口向轮胎吊主控 PLC 发送调整轮胎吊两侧大车轮电机速度的指令和数值，使轮胎吊大车轮胎中心线向轨道基准线靠拢，达到轮胎吊自动纠偏的目的。自动纠偏速度指令程序截图见图

9，自动纠偏数值程序截图见图 10。

同时，自动纠偏系统可以根据获得的实时GPS 信息，结合电子地图，判断出轮胎吊与滑触线之间的实时距离。在轮胎吊大车行驶过程中，当轮胎吊一侧与滑触线距离过近时，自动纠偏系统控制轮胎吊进行减速、停止操作，防止轮胎吊与滑触线发生碰撞。

当轮胎吊接近滑触线端部时，自动纠偏控制系统控制轮胎吊进行减速、停止操作，并控制司机室内的报警器发出声音报警对司机进行提示，以防止轮胎吊在受电弓放弓状态时驶出滑触线，发生受电弓脱弓事故。保护程序截图见图 11。

3 结 语

轮胎吊自动纠偏系统能在轮胎吊大车行驶时自动完成大车纠偏，从而减少轮胎吊司机大量手动纠正轮胎吊大车行驶轨迹的工作量，降低司机行驶大车时的操作难度。同时，轮胎吊自动纠偏系统可以有效防止轮胎吊与滑触线发生碰撞，避免受电弓脱离滑触线事故的发生。轮胎吊自动纠偏系统已经在大连港集装箱码头得到应用，在提高轮胎吊设备安全性和作业效率方面效果显著。