一种基于激光的防吊起检测系统及方法与流程

本发明涉及一种基于激光的防吊起检测系统及方法，应用在集装箱码头的集装箱龙门吊设备上，对外来集卡车作业时的拖架与集装箱的分离状态进行实时检测，保护集卡车不会因拖架上的锁头与集装箱未分离，而造成集卡车被龙门吊(即RTG)误吊起。

背景技术：

在作业过程中，RTG起升的主要安全隐患之一是由于集卡锁销未完全打开，将集装箱连同集卡一并吊起或是半边吊起，通常称之为吊集卡事故。

目前市场上针对集卡防吊起的安全检测保护系统，主要是利用光电开关装置，在集装箱吊起到一定距离时，通过对集装箱与拖架之间空间的检测判断是否安全分离，这样的装置完全依赖于编码器数据计算，且受集卡拖架的高度影响，箱车分离的检测也存在很大的不确定性，无法满足安全的需要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于激光的防吊起检测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光的防吊起检测系统，包括逻辑运算单元和分别与逻辑运算单元连接的激光扫描仪和PLC控制系统，所述PLC控制系统将小车编码器与起升编码器的值发送给逻辑运算单元；所述激光扫描仪将扫描到的集装箱轮廓数据、地面轮廓数据和集卡轮廓数据发送给逻辑运算单元；所述逻辑运算单元接收激光扫描仪和PLC控制系统发送的数据，对所接收数据进行运算和判断，并向PLC控制系统发送防吊起控制信号，由PLC控制系统控制吊具停止上升。

本发明还提供了一种基于激光的防吊起检测方法，包括如下步骤：

步骤一、在吊具开始作业对集卡上的集装箱进行起吊过程中，激光扫描仪实时将扫描到的集装箱轮廓数据、地面轮廓数据和集卡轮廓数据发送给逻辑运算单元；

步骤二、当吊具松缆信号与着箱信号消失时，PLC控制系统将当前的小车编码器与起升编码器的值发送给逻辑运算单元；

步骤三、逻辑运算单元对激光扫描仪扫描到的集装箱轮廓数据、地面轮廓数据和集卡轮廓数据进行运算处理，并将运算处理结果与PLC控制系统发送的小车编码器与起升编码器的值进行比较，从而判断集卡是否被吊起，并在集卡被吊起时进行报警或向PLC控制系统发送防吊起控制信号、通过PLC控制系统控制吊具停止上升、将集卡安全放落。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明采用激光扫描测距原理、模式识别和自动控制技术，实现吊具、集装箱、集卡等的实时位置检测，并根据安全控制策略实现起升机构的运行控制，实现防吊集卡功能，避免生产事故的发生；本发明采用了对集装箱作业时侧面轮廓的持续扫描识别，可以准确地判断集卡车被吊起的状态，大大提升集装箱装卸的安全性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本检测系统的结构示意图；

图2是激光扫描轮廓示意图；

图3为集卡车未被吊起时的激光扫描数据示意图；

图4为集卡车被吊起时的激光扫描数据示意图。

具体实施方式

一种基于激光的防吊起检测系统，如图1所示，包括：作业集卡车1、集卡车上集装箱2、激光扫描仪3、逻辑运算单元4、PLC控制系统5、小车驾驶室6、吊具7、RTG/RMG(集装箱作业龙门吊)8。

所述系统设备的激光扫描仪3、逻辑运算单元4安装在RTG/RMG(集装箱作业龙门吊)8的作业车道一侧下方，激光扫描仪3安装高度要求离地面180CM(因集卡车高度不超过150CM，该安装高度相当于高出集卡车至少30CM)，逻辑运算单元4安装在室外电气机械内，通过以太网线与激光扫描仪3进行通讯连接，并且与PLC控制系统5通过数据电缆相连接，当吊具7作业吊起作业集卡车1上的集装箱2时，当松缆信号与着箱信号消失时，PLC控制系统5将当前的小车编码器与起升编码器的值，发送给逻辑运算单元4；逻辑运算单元4收取激光扫描仪3的扫描数据进行分析，并在吊具7起吊的过程中持续进行分析判断；如图2所示，11为激光扫描线示意，通过对激光扫描仪3获取的扫描点的分析获取集装箱轮廓线9、地面轮廓线10和集卡轮廓线12；根据集装箱轮廓线9与集卡轮廓线12的位置变化，以及与地面轮廓10的高度距离变化，可以分析获得集卡是否被吊起，当判断吊起的高度达到保护限值(典型值：25CM)时，逻辑运算单元4向PLC控制系统发送防吊起控制信号，实现保护功能。

激光扫描仪的功能是实现集装箱与集卡车侧面垂直的轮廓扫描。

所述逻辑运算单元4包含微处理器、存储芯片、电源芯片、数据交互接口等。逻辑运算单元的功能是实现激光扫描仪的控制和数据采集、轮廓的识别和防吊逻辑判断等功能。逻辑运算单元通过TCP/IP协议向激光扫描仪发送数据获取命令，之后逻辑运算单元将通过网络接收到激光扫描仪的2D激光数据。

如图2所示，激光扫描仪垂直于地面安装，则当集卡车在作业区域作业时，逻辑运算单元可以获得激光扫描的集卡轮廓点数据。对于集卡车侧面轮廓，在激光数据中表现为离散点组成的竖直线，对于地面，在激光数据空间中表现为离散点组成的横直线。通过聚类分割方式，在一个激光扫描周期的数据中，我们将依据激光扫描顺序，将每两个相邻激光点在X-Y坐标系下的差值Δx和Δy

Δx＝x_n-x_n+1

Δy＝y_n-y_n+1

与初始设定阈值D_s进行比较。如果某两个相邻的激光点符合以下条件：

Δx>D_s且Δy>D_s

则认为激光数据第n个点之前与第n+1个点之后的数据应分割成两类数据。以图3为例，则激光数据将被分成两个部分。其一是集卡车侧面轮廓数据，即图3中1号虚线框区；另一部分是地面数据，即图3中2号虚线框区。对两个部分的数据分别依据以下公式进行线性拟合。

根据拟合结果得到直线方程：

y＝K₁x+B₁

y＝K₂x+B₂

可依据其斜率K₁推算出1号框中的激光点数据为竖直线，并判断1号框中激光点为集装箱和集卡车拖架整体轮廓，然后通过计算1号框中首尾激光点的y值的差值得到集卡车上集装箱侧面加集卡车拖架侧面整体长度L。

当集卡车被倾斜吊起时，激光扫描数据见图4。此时仍通过上述聚类分割方法，图4中的激光数据将被分成三个部分。其一是集装箱侧面轮廓数据，即图4中1号虚线框区；其二是地面数据，即图4中2号虚线框区；其三是集卡车拖架侧面轮廓数据，即图4中3号虚线框区所示的激光点聚类数据。此时，对框1中数据进行线性拟合，通过计算该框中首尾点的y值的差值得到集装箱的高度，然后利用图3中框1的数据计算出的集装箱侧面加集卡车拖架侧面整体长度L减去集装箱的高度即可计算出集卡车拖架的厚度(如果此时的集装箱的高度等于L，则说明拖架无厚度)。再通过对框3中数据进行线性拟合，可获得集卡车拖架顶部的斜率，通过判断斜率，可获知集卡车拖架顶部是否倾斜，当倾斜角度大于设定的角度时，则判断集卡车被倾斜吊起。

当集卡车被整体吊起时，集装箱与集卡车拖架不分离，激光扫描数据亦如图3所示，此时通过计算图3中框1最下端的点的y值与吊具未起升时拖架底部的高度进行比较，可判断拖架是否上升，当拖架上升到设定的高度时，则判断集卡车被整体吊起。对于拖架无厚度的情形，若集卡被整体吊起，当集卡被整体吊起到一定高度时，将会获得拖架中心竖梁的侧面轮廓数据，根据该数据可计算出拖架上升的高度，当拖架上升到设定的高度时，则判断集卡车被整体吊起。

最终通过与PLC接口实现控制信号的获取和控制命令的下发。

PLC为集装箱龙门吊的核心电气控制设备，负责将小车编码器、起升编码器、吊具的开闭锁状态、松缆信号、着箱信号等信息发送给逻辑运算单元，并接收逻辑运算单元的指令实现控制的执行。

本发明的工作原理为：

本发明提供了一种用于集装箱作业RTG/RMG的检测作业集装箱与集卡车分离状态并提供自动安全保护的系统装置，利用二维激光扫描仪、逻辑运算单元，与集装箱龙门吊(RTG/RMG)的PLC系统，进行实时分析而获取集装箱与集卡拖架及吊具的位置与状态，当判断吊具吊箱起升，并且集卡车一并吊起时进行报警，通过PLC系统自动控制吊具停止上升、安全放落，从而避免集卡车吊起事故的发生。

本发明装置包含一个二维激光扫描仪与一个逻辑运算单元；与RTG/RMG上原有PLC系统和司机控制台上的功能启停选择开关和蜂鸣器等共同工作，实现报警与自动保护功能。激光扫描仪安装于RTG/RMG大车作业车道侧的下方中心位置，面向作业集卡车，垂直地面进行扫描；在集卡作业时，扫描仪可以扫描到地面、集卡侧边沿与其上集装箱的侧面，以及集装箱上部的作业吊具；当吊具闭锁提起集装箱，吊具松绳和着箱信号消失的时刻，通过对激光扫描的轮廓的识别，判断出集卡底部与箱顶部的位置；当吊具起升过程中，系统装置持续对激光扫描轮廓进行识别分析，识别出集装箱与集卡拖架的分离情况，当判断集卡被吊起达到设定限值时，系统向PLC发出保护控制指令信号，控制吊具停止上升，从而达到防吊起的安全保护。

司机控制台上提供功能启停选择开关、系统状态指示灯。当功能启停选择开关处于“关”位置时，防吊集卡功能停用，当防吊集卡功能处于停用状态时，指示灯熄灭；当防吊集卡功能处于使用状态时，指示灯长亮；当系统发生故障时，指示灯闪烁。同时，系统在司机控制台上提供防吊起控制单次旁路开关，选用带指示灯的复位开关。当防吊起触发时，系统控制吊具停止上升，指示灯亮起，司机可按下旁路开关，进行单次控制旁路；当防吊起未触发或旁路时，指示灯熄灭。