一种基于自主控制的起重机控制系统及方法与流程

本发明涉及起重机运输领域，尤其涉及一种基于自主控制的起重机控制系统及方法。

背景技术：

港口作业是指船舶进出港口进行调度、装卸货物、排除障碍等作业。港口作业基本上是以拖车、铲车、吊机等大型流动、固定机械为主要工具进行的，且一般是连续作业。传统的港口作业普遍采用人工操作的方式对轮吊进行系列操作，这种操作方式不仅依赖于大量的人工操作，而且作业效率低下。近年来，随着港口自动化生产技术的不断发展，人们对起重机的操作方式进行了改进，目前传统港口及现有经过自动化改造的港口普遍采用的方法是以人工操作或半自动化控制的方式对起重机进行操作。然而由于港口作业的复杂性和连续性，虽然半自动化控制的方式在一定程度上减轻了人工的工作强度和压力，但仍然需要辅之以人力的群体劳动，并且通常要进行24小时的3班连续作业和货物的空间位移。

因此有必要提供一种起重机控制系统及方法，可以提高港口的作业效率，能够更大程度上的解放人力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供起重机控制系统及方法，通过设置多种起重机控制模式，大大提高起重机自动化作业的时间，提高港口作业效率。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于自主控制的起重机控制系统,包括本地控制系统和远程控制系统，

所述本地控制系统包括工业计算机、机载新增可编程逻辑控制器、机载原有可编程逻辑控制器和执行机构；

所述远程控制系统包括远程监视器及计算机群、远程操作可编程逻辑控制器、任务分发可编程逻辑控制器和港口操作系统；

所述远程操作可编程逻辑控制器用于将起重机控制模式切换指令发送给所述任务分发可编程逻辑控制器；

所述任务分发可编程逻辑控制器用于将所述切换指令发送给所述机载新增可编程逻辑控制器；

所述机载新增可编程逻辑控制器用于判断是否满足切换条件，如满足所述切换条件则切换到所选择的起重机控制模式，如不满足所述切换条件则不允许切换；

所述机载新增可编程逻辑控制器用于将所选择的起重机控制模式输出到所述任务分发可编程逻辑控制器；

所述任务分发可编程逻辑控制器用于将所述机载新增可编程逻辑控制器的状态转发到所述远程操作可编程逻辑控制器；

其中，所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级。

优选地，所述自主控制模式是默认作业模式，所述自主控制模式下所述起重机根据所述港口操作系统下发的任务自动完成作业指令；

当所述自主控制模式无法完成任务时，所述本地控制系统将所述自主控制模式无法完成任务的状态反馈到所述远程控制系统以切换成所述远程控制模式，在所述远程控制模式下所述起重机根据所述远程控制系统下发的任务完成作业指令；

当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器停止工作时，自动切换到本地控制模式，在所述本地控制模式下所述起重机根据所述本地控制系统下发的任务完成作业指令；

当故障发生时，切换到所述维修模式，在所述维修模式下所述起重机无法完成作业指令。

优选地，所述当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器停止工作时，自动切换到本地控制模式包括当所述起重机停止作业超过预设时间，并且远程操作可编程逻辑控制器和所述工业计算机没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式。优选地，所述起重机控制模式的优先级从高到低依次为所述维修模式、所述本地控制模式、所述远程控制模式和所述自主控制模式。

优选地，所述本地控制系统和所述远程控制系统通过无线或光纤连接。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一种技术方案是提供一种基于上述自主控制的起重机控制系统的起重机控制方法，包括以下步骤：

s101：所述远程操作可编程逻辑控制器将起重机控制模式切换指令发送给所述任务分发可编程逻辑控制器；

s102：所述任务分发可编程逻辑控制器将所述切换指令发送给所述机载新增可编程逻辑控制器；

s103：所述机载新增可编程逻辑控制器判断是否满足切换条件，如满足所述切换条件则跳转到步骤s104切换到所选择的起重机控制模式，如不满足所述切换条件则跳转到步骤s105不允许切换；

s106：所述机载新增可编程逻辑控制器将所选择的起重机控制模式输出到所述任务分发可编程逻辑控制器；

s107：所述任务分发可编程逻辑控制器将所述机载新增可编程逻辑控制器的状态转发到所述远程操作可编程逻辑控制器；

其中，步骤s101中的所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级。

优选地，所述自主控制模式是默认作业模式，所述自主控制模式下所述起重机根据所述港口操作系统下发的任务自动完成作业指令；

当所述自主控制模式无法完成任务时，所述本地控制系统将所述自主控制模式无法完成任务的状态反馈到所述远程控制系统以切换成所述远程控制模式，在所述远程控制模式下所述起重机根据所述远程控制系统下发的任务完成作业指令；

当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器停止工作时，自动切换到本地控制模式，在所述本地控制模式下所述起重机根据所述本地控制系统下发的任务完成作业指令；

当故障发生时，切换到所述维修模式，在所述维修模式下所述起重机无法完成作业指令。

优选地，所述步骤s103包括：当所述起重机停止作业超过预设时间，并且远程操作可编程逻辑控制器和所述工业计算机没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式。优选地，所述起重机控制模式的优先级从高到低依次为所述维修模式、所述本地控制模式、所述远程控制模式和所述自主控制模式。优选地，所述本地控制系统和所述远程控制系统通过无线或光纤连接。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于自主控制的起重机控制系统及方法，包括本地控制系统和远程控制系统，所述远程控制系统将起重机控制模式切换指令发送给所述本地控制系统，所述本地控制系统将所选择的起重机控制模式输出到所述远程控制系统，所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，通过自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式的自主切换，实现多级起重机控制模式，大大提高了起重机自动化作业的时间，提高了港口的作业效率，能够更大程度上的解放人力。

进一步地，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级，所述自主控制模式下将起重机的感知能力、决策能力、计算能力和执行能力有机的结合起来，并在港口环境下根据堆场情况、海陆侧作业情况、集卡进出箱作业情况等自我评估自主控制等级，在合适的时候向远程司机发出控制邀请，实现多级起重机自主控制模式。

进一步地，基于自主控制的起重机控制系统及方法，当所述起重机停止作业超过预设时间，并且远程操作可编程逻辑控制器和所述工业计算机没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式，不会由于通信故障的原因影响所述起重机的正常作业，从而进一步提高了港口的作业效率，起重机的操作体验佳。

附图说明

图1为本发明实施例中基于自主控制的起重机控制系统的模块图；

图2为本发明实施例中基于自主控制的起重机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

在以下描述中，为了提供本发明的透彻理解，阐述了很多具体的细节。然而，本发明可以在没有这些具体的细节的情况下实践，这对本领域普通该技术人员来说将是显而易见的。因此，具体的细节阐述仅仅是示例性的，具体的细节可以由奔放的精神和范围而变化并且仍被认为是在本发明的精神和范围内。

本实施例提供了一种基于自主控制的起重机控制系统及方法，本实施例中的起重机可用于港口物流，包括但不限于轮胎吊(简称轮吊)、轨道吊、桥吊，下文以轮吊为例来说明本发明的基于自主控制的起重机控制系统及方法工作原理。请参见图1，本发明提供一种基于自主控制的起重机控制系统1,包括本地控制系统11和远程控制系统12，所述本地控制系统11包括工业计算机114、机载新增可编程逻辑控制器(cranenewplc，简称cnplc)111、机载原有可编程逻辑控制器(craneoldplc，简称coplc)112和执行机构113；所述远程控制系统12包括远程监视器及计算机群124、远程操作可编程逻辑控制器(remoteoperatingplc，简称roplc)121、任务分发可编程逻辑控制器(taskdispatchingplc，简称tdplc)122和港口操作系统(terminaloperationsystem，简称tos)123；所述远程操作可编程逻辑控制器121用于将起重机控制模式切换指令发送给所述任务分发可编程逻辑控制器122；所述任务分发可编程逻辑控制器122用于将所述切换指令发送给所述机载新增可编程逻辑控制器111；所述机载新增可编程逻辑控制器111用于判断是否满足切换条件，如满足所述切换条件则切换到所选择的起重机控制模式，如不满足所述切换条件则不允许切换；所述机载新增可编程逻辑控制器111用于将所选择的起重机控制模式输出到所述任务分发可编程逻辑控制器122；所述任务分发可编程逻辑控制器122用于将所述机载新增可编程逻辑控制器111的状态转发到所述远程操作可编程逻辑控制器121，在监控界面中显示所述状态；其中，所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级。

在具体实施中，所述自主控制模式是默认作业模式，所述自主控制模式下所述起重机根据所述港口操作系统下发的任务自动完成作业指令，该模式下无需人工参与；当所述自主控制模式无法完成任务时，所述本地控制系统将所述自主控制模式无法完成任务的状态反馈到所述远程控制系统以切换成所述远程控制模式，在所述远程控制模式下所述起重机根据所述远程控制系统下发的任务完成作业指令，远程控制模式下操作由远程司机完成，自主控制模式与本地控制模式不起作用；当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器111停止工作时，自动切换到本地控制模式，在所述本地控制模式下所述起重机根据所述本地控制系统下发的任务完成作业指令，本地控制模式下操作由本地司机完成，自主控制模式与远程控制模式不起作用；当故障发生时，切换到所述维修模式，在所述维修模式下所述起重机无法完成作业指令，远程控制系统12将该起重机标记为维修状态并传递到任务分发可编程逻辑控制器122，此时任务分发可编程逻辑控制器122不分派港口操作系统123任务到该起重机，维修模式下维修人员对起重器进行维修，本地司机可以进行操作。

在具体实施中，所述当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器111停止工作时，自动切换到本地控制模式包括当所述起重机停止作业超过预设时间，例如起重机各机构不动作5秒以上，并且所述远程操作可编程逻辑控制器121和所述工业计算机114没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式。优选地，所述起重机控制模式的优先级从高到低依次为所述维修模式、所述本地控制模式、所述远程控制模式和所述自主控制模式。

其中，所述本地控制系统11和所述远程控制系统12通过无线或光纤连接，也可以通过本领域技术人员熟知的其它通信方式连接，在此不再赘述。

在具体实施中，本地控制系统11和远程控制系统12的数据交互如下：

机载新增可编程逻辑控制器111向任务分发可编程逻辑控制器122发送的数据如下：

轮吊状态开关量区域显示轮吊开关量的状态，如：开锁，闭锁，控制合，故障等；轮吊状态非开关量区域显示轮吊速度位置的状态；机载新增可编程逻辑控制器111状态显示机载新增可编程逻辑控制器111控制的状态以及工业计算机114相关连接部分的状态。

任务分发可编程逻辑控制器122向机载新增可编程逻辑控制器111发送的数据如下：

轮吊开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的控制轮吊的指令；轮吊非开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的起升大车小车的速度给定；机载新增可编程逻辑控制器111开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的机载新增可编程逻辑控制器111的指令；机载新增可编程逻辑控制器111非开关控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的控制机载新增可编程逻辑控制器111的指令。

任务分发可编程逻辑控制器122向远程操作可编程逻辑控制器121发送的数据如下：

轮吊状态开关量区域显示轮吊开关量的状态，如：开锁，闭锁，控制合，故障等；轮吊状态非开关量区域显示轮吊速度位置的状态；机载新增可编程逻辑控制器111状态显示机载新增可编程逻辑控制器111控制的状态以及工业计算机114相关连接部分的状态；任务分发可编程逻辑控制器122开关量状态显示任务分发可编程逻辑控制器122的状态和所辖轮吊状态；任务分发可编程逻辑控制器122非开关量状态显示任务分发可编程逻辑控制器122传输给远程操作可编程逻辑控制器121的轮吊代号。

远程操作可编程逻辑控制器121向任务分发可编程逻辑控制器122发送的数据如下：

轮吊开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的控制轮吊的指令；轮吊非开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的起升大车小车的速度给定；机载新增可编程逻辑控制器111开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的控制机载新增可编程逻辑控制器111的指令；任务分发可编程逻辑控制器122开关量控制指令表示从远程操作可编程逻辑控制器121发出的控制任务分发可编程逻辑控制器122的指令；任务分发可编程逻辑控制器122非开关量控制指令表示远程操作可编程逻辑控制器121选择的目标轮吊代码。

请参见图2，本发明还提供一种基于上述基于自主控制的起重机控制系统的起重机控制方法，包括以下步骤：

s101：所述远程操作可编程逻辑控制器将起重机控制模式切换指令发送给所述任务分发可编程逻辑控制器；；

s102：所述任务分发可编程逻辑控制器将所述切换指令发送给所述机载新增可编程逻辑控制器；

s103：所述机载新增可编程逻辑控制器判断是否满足切换条件，如满足所述切换条件则跳转到步骤s104切换到所选择的起重机控制模式，如不满足所述切换条件则跳转到步骤s105不允许切换；

s106：所述机载新增可编程逻辑控制器将所选择的起重机控制模式输出到所述任务分发可编程逻辑控制器；

s107：所述任务分发可编程逻辑控制器将所述机载新增可编程逻辑控制器的状态转发到所述远程操作可编程逻辑控制器；

其中，步骤s101中的所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级。

在具体实施中，所述自主控制模式是默认作业模式，所述自主控制模式下所述起重机根据所述港口操作系统下发的任务自动完成作业指令；

当所述自主控制模式无法完成任务时，所述本地控制系统将所述自主控制模式无法完成任务的状态反馈到所述远程控制系统以切换成所述远程控制模式，在所述远程控制模式下所述起重机根据所述远程控制系统下发的任务完成作业指令；

当通信故障或所述机载新增可编程逻辑控制器停止工作时，自动切换到本地控制模式，在所述本地控制模式下所述起重机根据所述本地控制系统下发的任务完成作业指令；

当故障发生时，切换到所述维修模式，在所述维修模式下所述起重机无法完成作业指令。

在具体实施中，所述步骤s103包括：当所述起重机停止作业超过预设时间，并且远程操作可编程逻辑控制器和所述工业计算机没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式。所述起重机控制模式的优先级从高到低依次为所述维修模式、所述本地控制模式、所述远程控制模式和所述自主控制模式。所述本地控制系统和所述远程控制系统通过无线或光纤连接。

综上，本实施例提供的基于自主控制的起重机控制系统及方法，包括本地控制系统和远程控制系统，所述远程控制系统将起重机控制模式切换指令发送给所述本地控制系统，所述本地控制系统将所选择的起重机控制模式输出到所述远程控制系统，所述起重机控制模式包括自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式，通过自主控制模式、远程控制模式、本地控制模式和维修模式的自主切换，实现多级起重机控制模式，大大提高了起重机自动化作业的时间，提高了港口的作业效率，能够更大程度上的解放人力。

进一步地，所述自主控制模式下融合了所述起重机的大车、小车、吊具的精准定位和高精视觉伺服，使所述起重机控制系统具有多个层次的自主控制等级，所述自主控制模式下将起重机的感知能力、决策能力、计算能力和执行能力有机的结合起来，并在港口环境下根据堆场情况、海陆侧作业情况、集卡进出箱作业情况等自我评估自主控制等级，在合适的时候向远程司机发出控制邀请，实现多级起重机自主控制模式。

进一步地，基于自主控制的起重机控制系统及方法，当所述起重机停止作业超过预设时间，并且远程操作可编程逻辑控制器和所述工业计算机没有下发新的切换指令时，自动切换到所述本地控制模式，不会由于通信故障的原因影响所述起重机的正常作业，从而进一步提高了港口的作业效率，起重机的操作体验佳。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。