专利名称：集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法
技术领域：
本发明涉及集装箱装卸技术领域，特别涉及集装箱吊装过程中运行控制技术领域，具体是指一种集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法。
背景技术：
现代社会中，物流的快速发展使得集装箱吊装越来越追求高效，集装箱堆场内集装箱堆放错落有致、高低不齐。吊装中间稍有不慎，就会撞翻集装箱，发生所谓的“打保龄球”现象，并可能导致严重的安全事故。为了安全，起重机在吊装过程中往往要求司机把吊具起吊垂直升降到最高点，高于堆场内所有可能的集装箱高度，即运行在吊具运行在集装箱堆场内吊具绝对安全运行高度轮廓里时然后再移动小车让吊具水平快速移动(所谓的“门字形”运动)，从而可以保证吊装的安全运行，有效地避免吊具在有集装箱和无集装箱时的运动过程中与堆场集装箱发生严重碰撞和翻箱事故，但“门字形”运动增加了运行距离，可能导致吊装时间增加，效率下降，同时也增加了吊车油耗和机械磨损。
装箱堆场吊装途径中捷径自然是两点之间尽可能走直线，如果集装箱堆场吊装途径中没有集装箱阻挡，理论上司机可以操作起吊和小车同时运行，让吊具走“直线”或“抛物线”而不是“门字形”，这样可以使得作业效率高、节约能源、减少机械磨损等优点，但也容易由于运动速度、视觉障碍、疲劳驾驶、操作失误等人为因素，造成吊具和堆场集装箱发生严重碰撞导致翻箱事故，为安全起见，司机吊装过程中如果不走“门字形”曲线而选择走捷径，即走“直线”或“抛物线”，通常会限制起重机运行速度，自动进行减速或慢速运行，以免发生碰撞或严重碰撞导致翻箱事故，但这种减速或慢速运行如果是出现在吊具在安全运行高度轮廓里(绝大部分吊车运行机会是这样的，因为吊具的运动是由司机操作的)，即任何允许的运行速度下都不可能发生碰撞的空间里，势必大大降低了吊装效率。
为了能够让吊具走“直线”或“抛物线”高速运行，并且不发生碰撞，目前人们直观的做法是希望吊具在吊装过程中及时得到堆场内集装箱高度，因此不可避免地需要引入集装箱高度测量装置，如激光、超声波测距仪等，当被测量到的堆场集装箱高度低于吊具运行高度，吊具可以正常运行，当被测量到的堆场集装箱高度高于吊具运行高度时，即可能发生碰撞，从而，利用控制器对吊具运行采取减速或停止。
由于高度测量装置，特别是常用的激光测距仪价格很高，并且对工作条件要求苛刻，使用寿命和可靠性有限，数据通讯易被干扰等等原因，上述采用对集装箱高度进行实时测量集装箱高度的方法并没有被实际应用广泛接受，并且人们担心，如果测距仪不能安全可靠地保证提供集装箱高度，系统反而会出现致命错误和事故。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够对集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓进行实时自学习和实时安全运行控制，实现过程简单快捷、经济实用、工作性能稳定安全可靠、成本较低，适用范围较为广泛的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法。
为了实现上述的目的，本发明的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法如下 该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，所述的系统中包括小车位置检测模块和起升位置检测模块，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤 (1)系统进行初始化操作； (2)系统实时通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息； (3)系统判断吊具当前位置是否处于安全运行区域中； (4)如果是，则系统控制吊具在任意速度下运行； (5)如果否，则系统控制吊具减速或慢速运行； (6)在吊具运动过程中，系统不断进行安全运行区域自学习处理； (7)重复上述步骤(2)。
该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法中的安全运行区域自学习处理，包括以下步骤 (11)系统根据吊具当前位置信息实时产生相应的高度轮廓信息； (12)系统根据该高度轮廓信息得到吊具可以安全运行的安全运行区域。
该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法中，所述的小车位置检测模块可以为小车位置绝对编码器，所述的起升位置检测模块可以为起升位置绝对编码器，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，可以包括以下步骤 (21)系统通过小车位置绝对编码器获得小车当前的左右位置信息； (22)系统通过起升位置绝对编码器获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息； (23)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息； (24)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱； (25)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作。。
该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法中，所述的小车位置检测模块也可以包括小车位置相对编码器和小车限位开关单元，所述的起升位置检测模块也可以包括起升位置相对编码器和起升限位开关单元，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，也可以包括以下步骤 (31)系统通过小车位置相对编码器和小车限位开关单元获得小车当前的左右位置信息； (32)系统通过起升位置相对编码器和起升限位开关单元获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息； (33)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息； (34)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱； (35)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作。
该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法中的吊具当前位置信息修正操作，具体为 将原吊具当前位置信息中的高度信息中减去所吊装的集装箱的高度，得到修正后的吊具当前位置信息。
该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法中的判断吊具当前位置是否处于所述的安全运行区域中，包括以下步骤 (41)根据吊具当前位置信息，如果吊具当前位置处于所述的安全运行区域的高度轮廓以上，则吊具当前位置处于所述的安全运行区域中； (42)反之，则吊具当前位置未处于所述的安全运行区域中。
采用了该发明的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，由于其本身基于对集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓进行实时的自学习，并通过小车位置检测模块和起升位置检测模块实时得到吊具的准确位置并判断其是处于安全区域还是非安全区域，从而利用系统中的吊车控制装置和吊具控制模块实时控制吊具的运行位置和速度，因此原则上不需要实时高度测量装置(如激光、超声波测距仪等)，从而取代了对堆场集装箱实际高度的实时测量，与已有的防碰撞方法相比更加经济实用，安全可靠，结构简单，成本很低，适用范围也更加广泛，并可有效地解决集装箱吊装高速运行中碰撞引起的安全问题，对节能降耗，减少污染，降低劳动强度，均有很大帮助。
图1为本发明的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法的工作流程示意图。
图2为本发明的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法的硬件结构示意图。
图3为本发明的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法的工作原理示意图。
具体实施例方式 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，该集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，所述的系统中包括小车位置检测模块和起升位置检测模块，包括以下步骤 (1)系统进行初始化操作； (2)系统实时通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息；其中，所述的小车位置检测模块可以为小车位置绝对编码器，所述的起升位置检测模块可以为起升位置绝对编码器，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，可以包括以下步骤 (a)系统通过小车位置绝对编码器获得小车当前的左右位置信息； (b)系统通过起升位置绝对编码器获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息； (c)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息； (d)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱； (e)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作，具体为 将原吊具当前位置信息中的高度信息中减去所吊装的集装箱的高度，得到修正后的吊具当前位置信息； 其中，所述的小车位置检测模块也可以包括小车位置相对编码器和小车限位开关单元，所述的起升位置检测模块也可以包括起升位置相对编码器和起升限位开关单元，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，也可以包括以下步骤 (a)系统通过小车位置相对编码器和小车限位开关单元获得小车当前的左右位置信息； (b)系统通过起升位置相对编码器和起升限位开关单元获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息； (c)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息； (d)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱； (e)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作，具体为 将原吊具当前位置信息中的高度信息中减去所吊装的集装箱的高度，得到修正后的吊具当前位置信息； (3)系统判断吊具当前位置是否处于安全运行区域中，包括以下步骤 (a)根据吊具当前位置信息，如果吊具当前位置处于所述的安全运行区域的高度轮廓以上，则吊具当前位置处于所述的安全运行区域中； (b)反之，则吊具当前位置未处于所述的安全运行区域中； (4)如果是，则系统控制吊具在任意速度下运行； (5)如果否，则系统控制吊具减速或慢速运行； (6)在吊具运动过程中，系统不断进行安全运行区域自学习处理，包括以下步骤 (a)系统根据吊具当前位置信息实时产生相应的高度轮廓信息； (b)系统根据该高度轮廓信息得到吊具可以安全运行的安全运行区域； (7)重复上述步骤(2)。
再请参阅图2所示，在实际使用当中，该集装箱起重吊装系统，包括吊车控制装置5，其中，所述的系统还包括小车控制单元6、起升控制单元7、大车控制单元8、小车位置检测模块和起升位置检测模块，所述的吊车控制装置5分别与所述的小车控制单元6、起升控制单元7、大车控制单元8、小车位置检测模块和起升位置检测模块相连接，所述的吊车控制装置5、小车控制单元6、起升控制单元7、大车控制单元8为PLC可编程逻辑控制器或专用控制器或工业电脑。
其中，所述的小车位置检测模块可以包括小车位置相对编码器1和小车限位开关单元2，所述的小车位置相对编码器1和小车限位开关单元2均与所述的吊车控制装置5相连接，同时，所述的的小车位置检测模块也可以为小车位置绝对编码器。
而且所述的起升位置检测模块可以包括起升位置相对编码器3和起升限位开关单元4，所述的起升位置相对编码器3和起升限位开关单元4均与所述的吊车控制装置5相连接，同时，所述的起升位置检测模块也可以为起升位置绝对编码器。
同时，该基于自学习技术的集装箱起重吊装高速节能安全运行控制方法中吊具控制模块包括小车控制单元6，起升控制单元7和大车控制单元8，所述的小车控制单元6，起升控制单元7和大车控制单元8与所述的吊车控制装置5相连接。
在本发明的方法实际运用当中，请参阅图1至图3所示，本发明集装箱起重吊装系统在工作过程中，起重机11可以整车移动到一个箱位，其中该图3为一个箱位的剖面图，在该箱位上，小车12可以左右移动，吊具14可以上下移动，通过控制小车12和吊具14的移动，即可以对集装箱16进行装卸操作，通常是把堆场上的集装箱吊装到卡车15上，或者是把卡车上的集装箱吊装到堆场上，也可以是仅仅对堆场上的集装箱位置调整而进行的吊装。装卸时，司机坐在司机室13里与小车一起联动。
请参阅图2所示，该发明的基于自学习技术的集装箱起重吊装高速节能安全运行控制系统中，需要用到小车和起升的移动位置信息，通常吊车在其自身控制系统中已经配备有小车位置相对编码器1和小车限位开关单元2，通过它们可以得到小车在吊具移动空间中的左右位置，该位置也可以有小车位置绝对编码器获得；吊车在其自身控制系统中已经还配备有起升位置相对编码器3和起升限位开关单元4，通过它们可以得到吊具在吊具移动空间中的上下位置，该位置也可以有起升位置绝对编码器获得。他们的信息共同形成吊具在吊具移动空间的空间位置，通过该空间位置的实际测量可以自学习得到集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓；同时实时测得的吊具运行位置与已经自学习得到的集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓比较可以判断出是否运行安全，从而控制吊具运行是否可以高速节能安全运行，如果是不安全的空间(可能是第一次运行)在操作人员的操作下可以低速运行并一次更新集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓，为以后的运行提供高速节能安全运行的条件和保证。吊具运行的位置控制是通过吊车控制器5(它也是吊车已有的设备，通常由PLC可编程逻辑控制器或专用控制器或工业电脑来实现)来进行小车控制6和起升控制7，吊车控制器5同时也负责完成吊车行走的大车控制8，一旦大车行走(超过一定距离)意味吊车运行到其它集装箱箱位上了，其集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓也就发生了变化。这时对于新的集装箱箱位，其集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓必须从新开始自学习过程。
该基于自学习技术的集装箱起重吊装高速节能安全运行控制系统，其中包括有集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓的自学习方法，以及针对吊具在有集装箱和无集装箱时，吊具运行在安全区域和不在安全区域情况下的运动控制方法。
该集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓的自学习方法是它利用吊车自身已有的起升编码器和小车行走编码器，可以在线实时记录吊具可以运行的高度轮廓信息，从而实现对集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓的自学习，只要吊具运动，该自学习是连续不断动态学习和积累的，充分利用了以往吊具运行的数据和操作工经验。
所述的吊具在有集装箱和无集装箱时不同运行状态下的运动控制方法是利用自学习得到的吊具安全运行高度轮廓，针对吊具在有集装箱和无集装箱时，计算出吊具运行是否在安全区域，如果是在安全区域，吊具运行控制可以在任何速度下运行，包括高速运行，从而满足高效吊装；如果不是在安全区域，则吊具运行控制必须控制吊具减速或慢速或停止运行，从而可以有效地避免吊具在有集装箱和无集装箱时的运动过程中与堆场集装箱发生碰撞或严重碰撞导致翻箱事故。
该发明的基于自学习技术的集装箱起重吊装高速节能安全运行控制方法中，软件流程是通过吊车控制器5(它也是吊车已有的设备，通常由PLC可编程逻辑控制器或专用控制器或工业电脑来实现)来实现的，首先，读小车和起升编码器信息，计算出吊具的位置，然后通过了解吊具是否吊有集装箱，修正安全运行距离，该安全距离根据吊具运行速度是有一定变化的。然后与安全运行空间进行比较，如果判断运行是安全的，则不改变和限制运行速度，吊具可以高速运行，如果判断运行不是在安全区域的，则立即启动减速或限速或停车运行程序，最后，运行中操作人员可以运行的区域信息会被用来自学习更新安全运行高度轮廓，为以后的运行提供高速节能安全运行的条件和保证。
采用了该种结构的基于自学习技术的集装箱起重吊装高速节能安全运行控制方法，原则上无需安装实时高度测量装置，无需增加集装箱轮胎吊的硬件设备，通过现有操作工人的通常吊装过程，自动学习、记忆、更新集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓，而不是集装箱堆场内集装箱高度的轮廓，它们的不同在于 ●前者把起重吊装过程中吊具可以行走的高度自动记录下来作为更新集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓的依据，而后者需要利用激光测距仪等高度测量装置来实时测量集装箱堆场内吊具运动过程中集装箱的精确高度； ●前者安全运行高度轮廓是以往运行中已经吊具运动行走过的安全空间，数据准确可靠，后者是在运动过程中实时测量的高度，依赖于测量装置和数据传输的可靠性，增加了故障点； ●前者是充分运用工人操作过程中积累的经验和运动形成安全运行高度轮廓，具有自学习功能，后者是完全依靠测量仪器，放弃已有运动已经获取的信息。
●前者对于没有走过和操作过的运行高度不计入安全运行高度轮廓，在该区域运行自动进入限速状态，后者并不利用已往运行信息，只要测量装置实际测量的高度满足要求，即使已往没有运行过的区域，同样可以进行高速运行状态，存在安全隐患。
●前者关心的是可以高速节能安全运行控制，后者是关心堆场集装箱高度轮廓的实时检测用于避免碰撞。
当然，集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓最理想的空间应该是集装箱高度形成的轮廓，能够得到准确可靠的集装箱高度当然是最好，但条件是获取上述信息的代价和可靠性如前述是有很难保证的。采用本发明的方法，如果工人操作过程中吊具没有运行到实际集装箱堆场所有集装箱高度形成的轮廓，这时两者得到的空间是不一样的，也就是集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓形成的空间应该比采用集装箱堆场集装箱高度形成的轮廓求出的安全运行空间要小。
但集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓形成的空间并不是越大越好，因为有相当部分的地方吊具并不会走到，因此，取得合理有效的安全空间最为重要，而这个恰恰是操作工人最关心的，并据此评价是否是合适去走捷径的理由，本发明的方法恰恰可以自学习已往运动的轨迹并有机地把操作工人的经验融入进去，从而可以保证对吊装的快速节能安全控制。
并且本发明的方法中所提供的安全空间是吊具已经运行得到的空间，而且往往是多次运用得当的，数据安全可靠，而不是仅仅依赖于高度测量装置，高度测量装置本身就增加了故障点，它的安全可靠性就变得尤为重要，一次测量错误就可能导致很严重的后果。
一旦通过自学习获取集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓，吊具在有集装箱和无集装箱时不同运行状态下的运动控制方法可以简化为如果吊具运行在集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓里时，吊具可以正常运行，包括高速运行；如果吊具运行在集装箱堆场内吊具安全运行高度轮廓外时，意味着吊具可能与堆场集装箱发生碰撞，吊具运行必须减速或慢速或停车运行，从而避免吊具在有集装箱和无集装箱时的运动过程中与堆场集装箱发生碰撞或严重碰撞导致翻箱事故。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1、一种集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，所述的系统中包括小车位置检测模块和起升位置检测模块，其特征在于，所述的方法包括以下步骤
(1)系统进行初始化操作；
(2)系统实时通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息；
(3)系统判断吊具当前位置是否处于安全运行区域中；
(4)如果是，则系统控制吊具在任意速度下运行；
(5)如果否，则系统控制吊具减速或慢速运行；
(6)在吊具运动过程中，系统不断进行安全运行区域自学习处理；
(7)重复上述步骤(2)。
2、根据权利要求1所述的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，其特征在于，所述的安全运行区域自学习处理，包括以下步骤
(11)系统根据吊具当前位置信息实时产生相应的高度轮廓信息；
(12)系统根据该高度轮廓信息得到吊具可以安全运行的安全运行区域。
3、根据权利要求1所述的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，其特征在于，所述的小车位置检测模块为小车位置绝对编码器，所述的起升位置检测模块为起升位置绝对编码器，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，包括以下步骤
(21)系统通过小车位置绝对编码器获得小车当前的左右位置信息；
(22)系统通过起升位置绝对编码器获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息；
(23)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息；
(24)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱；
(25)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作。。
4、根据权利要求1所述的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，其特征在于，所述的小车位置检测模块包括小车位置相对编码器和小车限位开关单元，所述的起升位置检测模块包括起升位置相对编码器和起升限位开关单元，所述的系统通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息，包括以下步骤
(31)系统通过小车位置相对编码器和小车限位开关单元获得小车当前的左右位置信息；
(32)系统通过起升位置相对编码器和起升限位开关单元获得吊具相对于小车的当前的上下位置信息；
(33)系统根据小车当前的左右位置信息和吊具相对于小车的当前的上下位置信息得到吊具当前位置信息；
(34)系统判断吊具当前是否吊装有集装箱；
(35)如果有，则进行吊具当前位置信息修正操作。
5、根据权利要求3或4所述的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，其特征在于，所述的吊具当前位置信息修正操作，具体为
将原吊具当前位置信息中的高度信息中减去所吊装的集装箱的高度，得到修正后的吊具当前位置信息。
6、根据权利要求1至4中任一项所述的集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，其特征在于，所述的判断吊具当前位置是否处于所述的安全运行区域中，包括以下步骤
(41)根据吊具当前位置信息，如果吊具当前位置处于所述的安全运行区域的高度轮廓以上，则吊具当前位置处于所述的安全运行区域中；
(42)反之，则吊具当前位置未处于所述的安全运行区域中。
全文摘要
本发明涉及一种集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，包括系统实时通过小车位置检测模块和起升位置检测模块获取吊具当前位置信息、判断吊具当前位置是否处于安全运行区域中、是则系统允许吊具在任意速度下运行、否则吊具只许减速或慢速运行、并在吊具运动中系统不断进行安全运行区域自学习处理、重复以上过程。采用该种集装箱起重吊装系统高速节能安全运行控制方法，原则上不需要实时高度测量装置，如激光、超声波测距仪等，系统经济实用，安全可靠，结构简单，成本很低，适用范围广泛，并可有效地解决集装箱吊装高速运行中碰撞引起的安全问题，对节能降耗，减少污染，降低劳动强度，均有很大帮助。
文档编号B66C13/18GK101244791SQ20081003377
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月22日 优先权日2008年2月22日
发明者旭 高, 斌 陈, 薄海虎 申请人:旭 高