专利名称：龙门吊吊装小车防碰撞控制方法
技术领域：
本发明涉及龙门吊装卸技术领域，特别涉及龙门吊吊装过程中运行控制系统领域，具体 是指一种龙门吊吊装小车防碰撞控制方法。
背景技术：
现代社会中，龙门吊起重机是工业生产中的重要设备，对于大型设备的生产、安装有着 极其重要的作用，特别是在造船厂，龙门吊往往发展到高度近百米，跨度一百多米甚至两 百多米的，另外，为了满足工作效率，龙门吊的运行速度也有一定的要求，这样对司机驾 驶和操作来讲要求也越来越高。龙门吊在小车行走过程中容易发生碰撞，主要原因是
1. 龙门吊吊装的物体形状、长短、大小各异，从而司机不能准确地知道工件在运行当 中与吊车支撑腿之间的距离。
2. 龙门吊吊装运动过程中，司机往往不能看见或看不清被吊物体的整体形状，也就不 能准确地判断被吊物体和吊车支撑腿的距离。
3. 龙门吊吊装运动过程中，由于运动、风或其它外力，会引起物体摇摆，从而也影响 判断物体运行轨迹和位置距离。(可视问题)
4. 龙门吊吊装运动过程中，由于被吊工件往往重量大且吊装绳索较长，容易导致被吊 装工件由于惯性摇摆撞击到龙门吊的支撑腿上，导致严重事故。(制动需要安全可 靠的方法)。
5. 龙门吊驾驶时司机在约100米左右高度操作，驾驶精度要求高，强度大，容易疲劳， 注意力分散，(需要有效的显示和/或报警提示)
6. 司机室往往固定在刚性腿这边，而对被吊物体观测往往不是在一个垂直线上，因此 物体水平移动的精确位置观测和控制比较困难，特别是在远离刚性腿或靠近柔性腿
这边吊装的时候
由于龙门吊吊装的物体往往都非常大，重达几十吨甚至几百吨， 一旦发生碰撞往往引起 重大责任事故，甚至于机毁人完的严重后果。为了安全，起重机在吊装过程中慢速运行，或 者走"门字形"运动轨迹，可以减小物体摇摆，但这样又大大影响了生产效率，增加了设备能
耗和机械磨损。
对于不同的吊装工件，如何能够知道被吊装的工件到龙门吊支撑腿的距离，并且是连续 不断地在运动过程中实时知道这一距离，是有效防止小车运动中发生碰撞的关键。 一旦获得
这一距离的信息，就可以通过"自动"或"人工"的方式形成闭环控制，确保i;皮吊工件运动 中与龙门吊支撑腿的距离，另外，由于被吊物体在吊装过程中由于绳索很长会出现较大的摇 摆，还可以利用单摆模型把摇摆因素考虑进去，实时计算出被吊工件与支撑腿的动态距离， 也可以利用防摇控制技术对被吊工件进行止摆控制，使得被吊物体的运动和停止的摇摆都可 以在可控制的状态下运行。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效地防止吊装小车运动 过程中吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞、经济实用、安全可靠、结构简单、成本较低、适 用范围较为广泛的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法。
为了实现上述的目的，本发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法如下 该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，所述的龙门吊包括中央龙门吊小车行走横梁和垂直 设置于该龙门吊小车行走横梁两侧的龙门吊支撑腿，其中龙门吊中还设置有吊车小车防撞控 制装置、吊装工件位置检测模块和吊装运动控制模块，所述的吊装工件位置检测模块包括小 车位置编码器、起升位置编码器和激光线扫描位置传感器，所述的小车位置编码器、起升位 置编码器和激光线扫描位置传感器均与所述的吊车小车防撞控制装置相连接，所述的吊车小 车防撞控制装置与所述的吊装运动控制模块相连接，其主要特点是，所述的方法包括以下步 骤
(1 )龙门吊系统进行初始化；
(2 )龙门吊系统读取激光线扫描位置传感器所产生的激光线扫描安全门帘和小车行走方 向信息；
(3 )龙门吊系统动态实时进行在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距 离的计算处理；
(4 )龙门吊系统在小车运动过程中进行防止吊装工件与龙门吊支撑腿发生碰撞的处理操作。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支 撑腿的距离的计算处理，包括以下步骤
(31) 龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录小车的位置；
(32) 龙门吊系统才艮据吊装工件运行的状态动态实时地计算出吊装工件的与龙门吊支撑 腿的距离。
所述的吊装工件位置检测模块中还包括吊装工件摇摆角度传感器，所述的吊装工件摇摆 角度传感器与所述的吊车小车防撞控制装置相连接，该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的 在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距离的计算处理的步骤(32)前还可 以包括以下步骤
(311 )龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录起升的位置以及 吊装工件摇摆角度。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的防止吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞的处理操 作，包括以下步骤
(41) 龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息采 集，并计算出摇摆的距离和时间、止摆的距离和时间，从而确保被吊装工件平稳停靠不发生 摇摆；
(42) 龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息采 集，并计算出减速距离和时间、停车距离和时间，从而确保吊装工件与龙门吊支撑腿不发生碰撞。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的小车位置编码器可以是小车位置相对编码器，也 可以是小车位置绝对编码器。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的起升位置编码器可以是起升位置相对编码器，也 可以是起升位置绝对编码器。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的激光线扫描位置传感器设置于龙门吊小车行走横 梁上，且与龙门吊支撑腿之间相距预设的安全距离，该激光线扫描位置传感器进行线扫描对 吊装工件形成隐性的安全门帘，并与龙门吊小车行走横梁方向相垂直，与龙门吊支撑腿内側 相平行，所述的安全距离确保被吊工件及时减速和停车用而不发生碰撞。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的吊装工件摇摆角度传感器设置于小车上，监测在 吊装过程中的吊装工件由于运动、风或其它外力引起的摇摆，所述的吊装工件摇摆角度传感 器通过起升编码器所得到的吊装工件的绳长计算出工件由于摇摆可能引起的位置偏移。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的龙门吊系统获得吊装工件与吊车支撑腿的距离信 息，并利用所迷的小车控制单元、起升控制单元、大车控制单元和吊装工件位置显示单元，
进行自动或手动的闭环控制。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中的吊车小车防撞控制装置和/或小车控制单元和/或 起升控制单元和/或大车控制单元为PLC可编程逻辑控制器、专用控制器或工业电脑。
采用了本发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，由于其中利用小车位置编码器、起升 位置编码器、激光线扫描位置传感器和吊装工件摇摆角度传感器，从而对不同形状大小的吊 装工件，能够动态实时在防撞保护区内测量和显示被吊工件与吊车支撑腿的距离，从而有效 地为"自动"或"手动"提供闭环控制，并结合吊装控制技术、防摇技术、防撞技术，有效 防止了小车运动过程中吊装工件与吊车支撑腿发生碰撞的安全隐患，同时经济实用，安全可 靠，成本较低，适用范围较为广泛，有效地解决了龙门吊吊装过程中小车运行碰撞引起的安 全问题。
图1为本发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法的硬件结构示意图。 图2为本发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法的工作流程示意图。 图3为本发明的龙门吊吊装小车防碰撞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i所示，本发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法所基于的硬件系统，包括吊 车小车防撞控制装置5、还包括吊装工件位置检测模块和吊装运动控制模，它们分别与吊车 小车防撞控制装置5相连接。其中，所迷系统的吊装运动控制模块包括小车控制单元6、起 升控制单元7、大车控制单元8和吊装工件位置显示单元9;所迷系统的吊装工件位置检测模 块包括小车位置编码器l、起升位置编码器2、激光线扫描位置传感器3，还可以进一步包括 有吊装工件摇摆角度传感器4，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可以为PLC可编程逻辑控制器、专用控制器或工业电脑，当然也可以采用其 它具有相应功能的控制设备。
其中，所述的小车位置编码器1可以是小车位置相对编码器，也可以是小车位置绝对编 码器。所述的起升位置编码器2可以是起升位置相对编码器，也可以是起升位置绝对编码器。
再请参阅图2所示，该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，所述的龙门吊包括中央龙门吊 小车行走横梁和垂直设置于该龙门吊小车行走横梁两侧的龙门吊支撑腿，其中龙门吊中还设 置有吊车小车防撞控制装置、吊装工件位置检测模块和吊装运动控制模块，所述的吊装工件
位置检测模块包括小车位置编码器、起升位置编码器、激光线扫描位置传感器和吊装工件摇 摆角度传感器，所述的小车位置编码器、起升位置编码器、激光线扫描位置传感器和吊装工 件摇摆角度传感器均与所述的吊车小车防撞控制装置相连接，所述的吊车小车防撞控制装置 与所迷的吊装运动控制模块相连接，其中，所述的方法包括以下步骤 (1 )龙门吊系统进行初始化；
(2 )龙门吊系统读取激光线扫描位置传感器所产生的激光线扫描安全门帘和小车行走方 向信息；
(3 )龙门吊系统动态实时进行在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距 离的计算处理，包括以下步骤
(a)龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录小车的位置； 还可以包括以下步骤
(i)龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录起升的位置 以及吊装工件摇摆角度； (b )龙门吊系统根据吊装工件运行的状态动态实时地计算出吊装工件的与龙门吊支 撑腿的距离；
(4 )龙门吊系统在小车运动过程中进行防止吊装工件与龙门吊支撑腿发生碰撞的处理操 作，包括以下步骤
(a)龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息 采集，并计算出摇摆的距离和时间、止摆的距离和时间，从而确保被吊装工件平稳停 靠不发生摇摆；
(b )龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息 采集，并计算出减速距离和时间、停车距离和时间，从而确保吊装工件与龙门吊支撑 腿不发生碰撞。
其中，所迷的小车位置编码器可以是小车位置相对编码器，也可以是小车位置绝对编码 器；所述的起升位置编码器可以是起升位置相对编码器，也可以是起升位置绝对编码器。
同时，该激光线扫描位置传感器设置于龙门吊小车行走横梁上，且与龙门吊支撑腿之间 相距预设的安全距离，该激光线扫描位置传感器进行线扫描对吊装工件形成隐性的安全门帘， 并与龙门吊小车行走横梁方向相垂直，与龙门吊支撑腿内侧相平行，所述的安全距离确保被 吊工件及时减速和停车用而不发生碰撞。
而且，所述的吊装工件摇摆角度传感器设置于小车上，监测在吊装过程中的吊装工件由
于运动、风或其它外力引起的摇摆，所述的吊装工件摇摆角度传感器通过起升编码器所得到 的吊装工件的绳长计算出工件由于摇摆可能引起的位置偏移；所述的龙门吊系统获得吊装工 件与吊车支撑腿的距离信息，并利用所述的小车控制单元、起升控制单元、大车控制单元和 吊装工件位置显示单元，进行自动或手动的闭环控制。
所述的吊车小车防撞控制装置和/或小车控制单元和/或起升控制单元和/或大车控制单元 为PLC可编程逻辑控制器、专用控制器或工业电脑。
在实际使用当中，请参阅图3所示，该发明的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，起重机 11可以通过大车14整车移动到一个水平位置，小车12可以左右移动，吊具和/或工件13可 以上下移动，装卸时，司机坐在司机室15。
所述的激光线扫描位置传感器16安装在龙门吊小车行走的横梁上，距离龙门吊支撑腿有 一定的安全距离，线扫描对吊装的工件形成一道隐性的安全门帘，与橫梁方向形成垂直，支 持腿内侧形成平行，该安全门帘与支撑腿形成的安全距离可以确保被吊工件及时减速和停车 用而不发生i並撞。
所述的吊装工件摇摆角度传感器17安装在小车12上，负责监测在吊装过程中，被吊装 的工件由于运动、风或其它外力引起的摇摆，通过起升编码器计算吊装工件的绳长与摇摆角 度传感器可以共同计算出工件由于摇摆可能引起的位置偏移。
请参阅图3所示，该发明的龙门吊吊装小车防撞控制系统中，软件流程是通过吊车小车 防撞控制器(它可以是独立的，也可以是吊车已有的设备，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，读取激光线扫描形成的安全门帘，发现在 小车运动的方向和范围内是否出现工件进入该安全门帘， 一旦进入，立即记录下小车和起升 编码器信息，计算出吊具的位置。由于吊装工件重大且绳索较长，被吊装的工件由于运动、 风或其它外力引起的摇摆，摇摆引起的工件与重心点的偏离可达好几米，因此，这部分距离 也必须在防撞控制装置中进行认真地计算和考虑，通过起升编码器计算吊装工件的绳长与摇 摆角度传感器可以共同计算出工件由于摇摆可能引起的位置偏移。这样系统可以准确动态实 时地提供被吊装工件在吊装过程中与龙门吊支撑腿之间的距离，从而为"自动"或"手动" 提供闭环控制的可能，结合控制技术、防摇技术和防撞技术，该系统可以根据吊装小车的运 行状态，如速度、加速度、摇摆状态和相位，决定减速和停车距离和时间，从而就可以有效 地防止小车运动过程中，吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞。
综合图1至3所述该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，所述的系统中包括系统利用小车 位置编码器、起升位置编码器、激光线扫描位置传感器和吊装工件摇摆角度传感器提供的信
息，其特征在于，所述的方法对不同形状大小的吊装工件，可以动态实时地在防撞保护区内 测量和显示被吊工件与吊车支撑腿的距离。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中，所述的激光线扫描位置传感器安装在龙门吊小车 行走的横梁上，距离龙门吊支撑腿有一定的安全距离，线扫描对吊装的工件形成一道隐性的 安全门帘，与横梁方向形成垂直，支持腿内侧形成平行，该安全门帘与支撑腿形成的安全距 离可以确保被吊工件及时减速和停车用而不发生碰撞。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中，所述的吊装工件摇摆角度传感器安装在小车上， 负责监测在吊装过程中，被吊装的工件由于运动、风或其它外力引起的摇摆，通过起升编码 器计算吊装工件的绳长与摇摆角度传感器可以共同计算出工件由于摇摆可能引起的位置偏 移。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中，所述的动态实时地在防撞保护区内测量和显示被 吊工件与吊车支撑腿的距离的计算，包括以下步骤
(II )系统根据吊装工件进入激光线扫描形成的安全门帘时刻，记录小车和起升的位置， 以及吊装工件摇摆角度；
(12)系统根据工件运行的状态，如小车位置变化量和摇摆角度变化量，可以动态实时 地计算出吊装工件的与龙门吊支撑腿的距离；
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中，所述的方法根据获得的示被吊工件与吊车支撑腿 的距离，系统利用小车控制单元、起升控制单元、大车控制单元和吊装工件位置显示单元， 可以有效地为"自动"或"手动"提供闭环控制的可能。
该龙门吊吊装小车防碰撞控制方法中，所述的方法结合吊装控制技术、防摇技术、防撞 技术，在小车运动过程中，可以有效防止吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞，包括以下步骤
(21) 系统应用控制技术、防摇技术和防撞技术，可以对被吊装工件运动状态、相位、 减速和停车状况，摇摆的距离和时间，止摆的距离和时间，确保被吊装工件平稳停靠不发生 摇摆。
(22) 系统应用控制技术、防摇技术和防撞技术，可以对被吊装工件运动状态、相位、 减速和停车状况，计算出减速距离和时间，停车距离和时间，确保不发生被吊装工件与龙门 吊支撑腿的碰撞。
采用了上述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，由于其中利用小车位置编码器、起升位 置编码器、激光线扫描位置传感器和吊装工件摇摆角度传感器，从而对不同形状大小的吊装 工件，能够动态实时在防撞保护区内测量和显示被吊工件与吊车支撑腿的距离，从而有效地
为"自动"或"手动"提供闭环控制，并结合吊装控制技术、防摇技术、防撞技术，有效防 止了小车运动过程中吊装工件与吊车支撑腿发生碰撞的安全隐患，同时经济实用，安全可靠， 成本较低，适用范围较为广泛，有效地解决了龙门吊吊装过程中小车运行碰撞引起的安全问题。
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、一种龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，所述的龙门吊包括中央龙门吊小车行走横梁和垂直设置于该龙门吊小车行走横梁两侧的龙门吊支撑腿，其中龙门吊中还设置有吊车小车防撞控制装置、吊装工件位置检测模块和吊装运动控制模块，所述的吊装工件位置检测模块包括小车位置编码器、起升位置编码器和激光线扫描位置传感器，所述的小车位置编码器、起升位置编码器和激光线扫描位置传感器均与所述的吊车小车防撞控制装置相连接，所述的吊车小车防撞控制装置与所述的吊装运动控制模块相连接，其特征在于，所述的方法包括以下步骤:(1)龙门吊系统进行初始化；(2)龙门吊系统读取激光线扫描位置传感器所产生的激光线扫描安全门帘和小车行走方向信息；(3)龙门吊系统动态实时进行在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距离的计算处理；(4)龙门吊系统在小车运动过程中进行防止吊装工件与龙门吊支撑腿发生碰撞的处理操作。
2、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的在防撞 保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距离的计算处理，包括以下步骤(31 )龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录小车的位置； (32 )龙门吊系统根据吊装工件运行的状态动态实时地计算出吊装工件的与龙门吊支撑 腿的距离。
3、 根据权利要求2所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的吊装工 件位置检测模块中还包括吊装工件摇摆角度传感器，所述的吊装工件摇摆角度传感器与所述 的吊车小车防撞控制装置相连接，所述的在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距离的计算处理的步骤(32)前还包括以下步骤(311 )龙门吊系统根据吊装工件进入激光线扫描安全门帘的时刻，记录起升的位置以及 吊装工件摇摆角度。
4、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的吊装工 件位置检测模块中还包括吊装工件摇摆角度传感器，所述的吊装工件摇摆角度传感器与所述 的吊车小车防撞控制装置相连接，所述的防止吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞的处理操作，包括以下步骤(41)龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息采 集，并计算出摇摆的距离和时间、止摆的距离和时间，从而确保被吊装工件平稳停靠不发生 摇摆；(42 )龙门吊系统对吊装工件运动状态、相位、减速和停车状况进行实时检测和信息采 集，并计算出减速距离和时间、停车距离和时间，从而确保吊装工件与龙门吊支撑腿不发生碰撞。
5、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的小车位 置编码器为小车位置相对编码器或者小车位置绝对编码器。
6、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的起升位 置编码器为起升位置相对编码器或者起升位置绝对编码器。
7、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的激光线 扫描位置传感器设置于龙门吊小车行走横梁上，且与龙门吊支撑腿之间相距预设的安全距离， 该激光线扫描位置传感器进行线扫描对吊装工件形成隐性的安全门帘，并与龙门吊小车行走 横梁方向相垂直，与龙门吊支撑腿内侧相平行，所述的安全距离确保被吊工件及时减速和停 车用而不发生石並撞。
8、 根据权利要求1所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于，所述的吊装工 件摇摆角度传感器设置于小车上，监测在吊装过程中的吊装工件由于运动、风或其它外力引 起的摇摆，所述的吊装工件摇摆角度传感器通过起升编码器所得到的吊装工件的绳长计算出 工件由于摇摆可能51起的位置偏移。
9、 根据权利要求1至8中任一项所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于， 所述的龙门吊系统获得吊装工件与吊车支撑腿的距离信息，并利用所述的小车控制单元、起 升控制单元、大车控制单元和吊装工件位置显示单元，进行自动或手动的闭环控制。
10、 根据权利要求1至8中任一项所述的龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，其特征在于， 所述的吊车小车防撞控制装置和/或小车控制单元和/或起升控制单元和/或大车控制单元为 PLC可编程逻辑控制器.、专用控制器或工业电脑。
全文摘要
本发明涉及一种龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，包括读取激光线扫描位置传感器产生的激光线扫描安全门帘和小车行走方向信息、工件摇摆和吊装绳长信息，动态实时进行在防撞保护区内测量和显示吊装工件与龙门吊支撑腿的距离的计算处理，并在小车运动过程中进行防止吊装工件与龙门吊支撑腿发生碰撞的处理操作。采用该种龙门吊吊装小车防碰撞控制方法，可以动态实时地在防撞保护区内测量和显示被吊工件与吊车支撑腿的距离，实现了自动或手动的闭环控制，结合吊装控制技术、防摇技术、防撞技术，有效防止小车运动过程中吊装的工件与吊车支撑腿发生碰撞，且经济实用，安全可靠，结构简单，成本很低，适用范围广，解决了吊装过程中小车运行碰撞安全问题。
文档编号B66C13/00GK101386397SQ20081020185
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者旭 高 申请人:旭 高