CN103601074B - 集装箱门式起重机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种集装箱门式起重机，包括起升机构和控制所述起升机构的起升主控模块，还包括旋转吊具和旋转吊电控系统，所述旋转吊具包括平移机构和回转机构，所述旋转吊电控系统包括旋转吊主控单元和称重检测单元，所述称重检测单元用于检测被吊集装箱的重心位置情况，所述旋转吊主控单元用于根据所述称重检测单元的检测结果，先控制所述平移机构对被吊集装箱进行平移以将负载重心调整到吊具中心安全范围内，再控制所述回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作。一种对上述集装箱门式起重机进行控制的控制方法。该集装箱门式起重机及其控制方法可实现安全、高效的集装箱调箱门作业。

Description

集装箱门式起重机及其控制方法

技术领域

本发明涉及起重机，特别是涉及一种集装箱门式起重机及其控制方法。

背景技术

集装箱码头调箱门作业是指把集装箱卡车所装载的集装箱在车头车尾方向翻转180度，使得原集装箱箱门由朝向内侧翻转至朝向外侧，便于在货源地直接装卸货物。调箱门作业是集装箱码头操作服务的日常工作之一，安全、高效的调箱门服务在码头操作服务中有着极为重要的作用。

集装箱调箱门作业大多由正面吊（一种重箱吊装车辆）或带旋转装置的门座式起重机（门机）来完成。其中正面吊作业时把集装箱吊起，由集装箱卡车在前方调头返回，正面吊再把吊起的集装箱放回集装箱卡车上，属于被动式的调箱门作业，存在效率较低、需要较大作业场地的局限；门机作业时把集装箱卡车上的集装箱吊起后，集装箱卡车不需要移动，门机通过旋转吊具原地旋转180度后放回集装箱卡车上，属于主动式调箱门作业，然而门机是为集装箱装卸船而设计的，结构庞大，用于调箱门作业实属大材小用，存在作业过程中吊具摆动大，难于控制，能耗大，效率较低的局限，并且吊装偏载箱时由于集装箱中心偏移，存在旋转过程中容易导致集装箱倾覆的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提供一种集装箱门式起重机及控制方法，实现安全、高效的集装箱调箱门作业。

    为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集装箱门式起重机，包括起升机构和控制所述起升机构的起升主控模块，还包括旋转吊具和旋转吊电控系统，所述旋转吊具包括平移机构和回转机构，所述旋转吊电控系统包括旋转吊主控单元和称重检测单元，所述称重检测单元用于检测被吊集装箱的重心位置情况，所述旋转吊主控单元用于根据所述称重检测单元的检测结果，先控制所述平移机构对被吊集装箱进行平移以将负载重心调整到吊具中心安全范围内，再控制所述回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作。

优选地：

所述称重检测单元包括在吊具链接钢丝绳端头受力点设置的四个重量传感器，所述四个重量传感器呈四方形布置，用于对被吊集装箱的四个角称重。

所述起升主控模块为起重机主控PLC，所述旋转吊主控单元为旋转吊主控PLC，所述旋转吊电控系统还包括称重ASI通讯模块、称重系统ASI地址模块、吊具ASI通讯模块、吊具ASI地址模块、数字量DI/DO模块、操作面板和状态监控触摸屏，所述称重ASI通讯模块、所述吊具ASI通讯模块、所述状态监控触摸屏以及所述数字量DI/DO模块分别与所述旋转吊主控PLC相连，所述数字量DI/DO模块与所述起重机主控PLC及所述操作面板相连，所述称重系统ASI地址模块与所述称重检测单元以及所述称重ASI通讯模块相连，所述吊具ASI地址模块与所述旋转吊具上的感应开关和电磁阀以及吊具ASI通讯模块相连，所述旋转吊主控PLC通过所述称重ASI通讯模块和所述吊具ASI通讯模块从所述称重系统ASI地址模块及所述吊具ASI地址模块读入检测数据，并将控制信号写入所述吊具ASI地址模块以控制吊具上的电磁阀动作。

所述旋转吊主控单元在集装箱完成旋转动作后控制所述平移机构将被吊集装箱平移回归至设定的吊具零位。

还包括用于通过手动操作控制所述平移机构和所述回转机构动作的手动控制执行机构或手动微调机构。

所述集装箱门式起重机为轮胎式集装箱门式起重机。

一种所述的集装箱门式起重机进行控制的控制方法，包括以下步骤：

a. 所述起升机构带动吊具吊起集装箱至预定位置，所述称重检测单元检测集装箱的重心位置情况；

b. 所述旋转吊主控单元根据所述称重检测单元的检测结果，控制所述平移机构对被吊集装箱进行平移以将负载重心调整到吊具中心安全范围内；

c. 所述旋转吊主控单元控制所述回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作；

d. 所述起升机构带动吊具下降，放下集装箱。

优选地：

步骤b中，将负载重心调整到吊具的机械中心位。

在步骤c和步骤d之间还包括以下步骤：

所述旋转吊主控单元在集装箱完成旋转动作后控制所述平移机构将被吊集装箱平移回归至设定的吊具零位。

步骤c中，所述旋转吊主控单元控制所述回转机构带动被吊集装箱完成180度旋转动作，调转吊集装箱箱门；

步骤d中，所述起升机构带动吊具下降，把已完成调箱门作业的集装箱归还到集装箱运输工具上。

本发明的有益技术效果：

本发明中，称重检测单元可以检测被吊集装箱的重心位置情况，旋转吊主控单元根据检测结果可计算出负载重心偏离情况，先控制平移机构平移集装箱以调整好负载重心，再控制回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作，由此，当将本发明的集装箱门式起重机用于调箱门作业时，起重机操作员仅需把集装箱吊起一定高度后即可由旋转吊电控系统完成安全、快速的调箱门操作，调箱门过程中的称重计算、偏载系数计算由旋转吊电控系统自动完成，最终将容易误操作或不适合人工操作的平移调整负载重心动作、旋转动作、回中（归零）动作等也一并交由旋转吊主控单元完成，把操作员从繁琐的作业流程中解放出来。

本发明不依赖原设备主控，适合在老旧起重机上改造实施。作业时对作业场地要求小，同时降低了起重机操作员和集装箱卡车司机的操作强度，因此可以大幅提高调箱门作业的效率。通过调箱门过程中的负载重心自动调整、自动回中控制，可以有效避免操作偏载箱时重心偏移引起的吊具倾覆风险，极大提高作业安全性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的集装箱门式起重机结构示意图；

图2是本发明一种实施例的电控系统结构示意图；

图3是本发明一种实施例的旋转吊具系统示意图；

图4是具体实例中操作面板示意图；

图5是具体实例中状态监控触摸屏监控内容示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，集装箱门式起重机包括起升机构1、旋转吊具2、旋转吊电控系统、操作起重机的驾驶室5以及位于电气房6的起重机主控PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器简称PLC），其中，旋转吊电控系统又包括称重检测单元3和旋转吊主控单元4。集装箱门式起重机可以是（但不限于）如图1所示的轮胎式集装箱门式起重机。

在优选的实施例中，带回转机构的旋转吊具2用于执行抓取集装箱、平移调整重心、180度回转调箱门动作；称重检测单元3包括在吊具链接钢丝绳端头受力点设置的四支重量传感器，呈四方形布置，用于对集装箱四个角称重。旋转吊主控单元4用于控制旋转吊具动作、计算处理集装箱重量信息、实现计算偏载系数、平移调整负载重心、180度旋转、平移归零等全自动调箱门控制。

如图2所示，在优选的实施例中，旋转吊电控系统包括旋转吊主控PLC 7、称重ASI（Actuator-Sensor-Interface，一种现场总线通讯技术）通讯模块8、称重系统ASI地址模块 9、重量传感器10、吊具ASI通讯模块11、吊具ASI地址模块12、数字量DI/DO模块16、操作面板17和状态监控触摸屏15，所述旋转吊主控PLC 7与数字量DI/DO模块相连16，数字量DI/DO模块16与原起重机主控PLC 18和操作面板17相连，称重ASI通讯模块8、吊具ASI通讯模块11和状态监控触摸屏分别与旋转吊主控PLC相连。

优选地，所述称重系统ASI地址模块一共有两块，每一块分别与两支重量传感器10相连，所述称重ASI地址模块与称重ASI通讯模块相连，具有数据输入输出功能。

优选地，所述吊具ASI地址模块一共有六块，分别与分散在旋转吊具各部件上的感应开关13和电磁阀14相连，所述吊具ASI地址模块与吊具ASI通讯模块相连，具有数据输入输出功能。

如图3所示，在典型的实施例中，与转吊主控单元连接的旋转吊具除了包括平移机构24和回转机构25，还包括用于实现通用吊具功能的供电电路21、伸缩机构22、旋锁机构23及液压机构26。转吊主控单元还连接称重系统ASI地址模块 9，称重系统ASI地址模块 9输入端连接重量传感器10。

在优选的实施例中，集装箱门式起重机包括还包括用于通过手动操作控制所述平移机构和所述回转机构动作的手动控制执行机构或手动微调机构。

在优选的实施例中，旋转吊主控PLC控制策略内部软件程序包括以下功能块：ASI通讯接口、称重系统计算、偏载系数计算、通用吊具功能、平移控制、旋转控制、故障检测模块、状态监控触摸屏接口，各功能块实现功能描述如下：

ASI通讯接口：对ASI通讯模块初始化设置，完成从称重系统ASI地址模块及吊具ASI地址模块读入反馈数值或传感器信号至旋转吊主控PLC，并把经逻辑控制后的输出信号写入吊具ASI地址模块，控制吊具各机构电磁阀动作。

称重系统计算：把经重量传感器测量，由称重ASI通讯模块反馈至旋转吊主控PLC的数值经特定的转换公式计算，转换为以吨为单位的负载实际重量。

偏载系数计算：分析四个重量传感器的实际负载重量，根据特定计算公式计算吊具负载的偏载系数，由偏载系数控制平移机构动作策略。

通用吊具功能：控制吊具液压电机、伸缩机构、开闭锁机构逻辑动作。

平移控制：控制调箱门作业专有的吊具平移机构动作，功能块内包含自动和手动平移调整负载重心、平移回吊具零位等平移机构控制策略。

旋转控制：控制调箱门作业专有的吊具回转机构动作，功能块内包含自动吊具旋转方向识别及执行旋转动作，旋转微调手动操作等回转机构控制策略。

故障检测模块：ASI各通讯模块、地址模块状态监测、吊具执行动作过程中各类故障检测、称重系统故障检测等。

状态监控触摸屏接口：把需要在触摸屏上显示的信息发送到旋转吊主控PLC与触摸屏的对应的通讯字上，同时把在触摸屏上的操作指令写入PLC的控制字，并在PLC上编写控制策略。

参见图1所示的轮胎式集装箱门式起重机，调箱门作业时，驾驶员在驾驶室5操作起重机，通过电气房6的起重机主控PLC控制起升机构1，带动由钢丝绳牵引的旋转吊具2抓取集装箱卡车上的集装箱，集装箱提升至足够高度后驾驶员发出调箱门指令，根据称重检测单元3的实时数据反馈，由旋转吊主控单元4执行控制策略，控制旋转吊具2各机构动作，完成调箱门流程。

在优选的实施例中，集装箱门式起重机调箱门作业控制方法包括如下步骤：

第一步：集装箱卡车停在起重机拖车道下方，起升机构通过钢丝绳牵引带动吊具抓起集装箱卡车上的集装箱，并提升到安全高度；

第二步：起重机操作员按下“旋转180度按钮” 旋转吊主控PLC程序内称重系统计算功能块根据重量传感器反馈计算集装箱实际重量，偏载系数计算功能块计算负载重心偏离位置；

第三步：如果重心偏离值超出吊具中心安全范围，则由平移功能块程序控制吊具平移机构，平移集装箱调整负载重心至吊具机械中心位；

第四步：平移动作完成后由旋转功能块程序控制吊具回转机构，回转机构带动已抓取的集装箱旋转180度；

第五步：旋转动作完成后由平移功能块程序控制吊具平移机构，执行吊具平移至机械中心位（机械零位）动作，此动作可保证每次调箱门前后集装箱均处于机械零位，集装箱卡车可以在调箱门过程中完全静止等待，而不是需要前后移动调整位置配合起重机；

第六步：起升机构带动吊具下降，把已完成调箱门作业的集装箱归还到集装箱卡车上，之后起升机构提起一定高度，集装箱卡车可安全离开，完成调箱门作业。

在调箱门作业过程中，偏载系数计算、平移调整负载重心、旋转、回中动作均由旋转吊主控PLC自动执行，操作员不需要任何操作。

优选地，在调箱门作业过程中，控制系统监控负载超重、开闭故障、平移故障、旋转故障、通讯故障等异常信息，并有相应的控制策略控制旋转吊具各机构动作。

在优选的实施例中，在调箱门作业过程中，自动平移、旋转过程中因意外中断时，可操纵控制面板的手动操作按钮，通过手动控制执行机构或手动微调机构控制平移、旋转机构归零。

在调箱门作业过程中，吊具各传感器信号、称重系统信息、故障报文等可由状态监控触摸屏实时显示，应急模式下还可由触摸屏控制旋转吊具任意机构动作。

在一个具体实例中，提供给起重机操作员的操作面板如图4所示。操作面板具有如下部件：起升手柄37；旋转180度按钮及旋转允许指示灯二合一开关30，正常操作时灯亮后司机仅需用到此开关即可由控制系统自动完成调箱门动作；微调旋转允许指示灯31，灯亮后操作员可通过微调旋转手柄36在正负15度内手动控制吊具旋转；自动调心按钮及偏载指示灯二合一开关32，灯亮后可按此开关让吊具平移机构动作，自动调整负载重心至吊具中心位；平移极限指示灯33和平移零位指示灯34，用于指示吊具平移机构位置；平移归零按钮35，按此按钮控制吊具平移机构动作，自动回吊具中心位。

图5是状态监控触摸屏监控内容示意图，为对调箱门作业过程中的旋转吊具及称重系统实时监控，设计的监控模块包括以下几个：

吊具状态：以图形化的界面显示吊具尺寸、开闭锁、着箱、液压电机等工作状态。

信号列表：以列表图形化形式显示吊具常规信号以及平移、旋转机构相关感应开关信号。

称重系统：显示四支重量传感器反馈值及经PLC数据处理后的实际重量，对传感器反馈异常、失效等故障事件进行报警。

重量表：以标准仪表的形式显示当前负载重量，超重报警、作业量统计等信息。

故障报文：显示由系统各种故障触发的故障报文、记录故障时间、内容供历史查询。

维护设定：设计由密码进入，供维护调试人员使用，可在触摸屏实现旋转吊的所有操作（限应急情况下使用），对起重机起升、小车机构进行速度设定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。例如，本发明创造性的使用ASI现场总线技术用于称重系统及旋转吊具系统控制，该发明思路可采用CAN现场总线技术进行替代。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集装箱门式起重机，包括起升机构和控制所述起升机构的起升主控模块，其特征在于,还包括旋转吊具和旋转吊电控系统，所述旋转吊具包括平移机构和回转机构，所述旋转吊电控系统包括旋转吊主控单元和称重检测单元，所述称重检测单元用于检测被吊集装箱的重心位置情况，所述旋转吊主控单元用于根据所述称重检测单元的检测结果，先控制所述平移机构对被吊集装箱进行平移以将负载重心调整到吊具中心安全范围内，再控制所述回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作，所述起升主控模块为起重机主控PLC，所述旋转吊主控单元为旋转吊主控PLC，所述旋转吊电控系统还包括称重ASI通讯模块、称重系统ASI地址模块、吊具ASI通讯模块、吊具ASI地址模块、数字量DI/DO模块、操作面板和状态监控触摸屏，所述称重ASI通讯模块、所述吊具ASI通讯模块、所述状态监控触摸屏以及所述数字量DI/DO模块分别与所述旋转吊主控PLC相连，所述数字量DI/DO模块与所述起重机主控PLC及所述操作面板相连，所述称重系统ASI地址模块与所述称重检测单元以及所述称重ASI通讯模块相连，所述吊具ASI地址模块与所述旋转吊具上的感应开关和电磁阀以及吊具ASI通讯模块相连，所述旋转吊主控PLC通过所述称重ASI通讯模块和所述吊具ASI通讯模块从所述称重系统ASI地址模块及所述吊具ASI地址模块读入检测数据，并将控制信号写入所述吊具ASI地址模块以控制吊具上的电磁阀动作。

2.如权利要求1所述的集装箱门式起重机，其特征在于,所述称重检测单元包括在吊具链接钢丝绳端头受力点设置的四个重量传感器，所述四个重量传感器呈四方形布置，用于对被吊集装箱的四个角称重。

3.如权利要求1至2任一项所述的集装箱门式起重机，其特征在于,所述旋转吊主控单元在集装箱完成旋转动作后控制所述平移机构将被吊集装箱平移回归至设定的吊具零位。

4.如权利要求1至2任一项所述的集装箱门式起重机，其特征在于,还包括用于通过手动操作控制所述平移机构和所述回转机构动作的手动控制执行机构。

5.如权利要求4所述的集装箱门式起重机，其特征在于,所述手动控制执行机构包括手动微调机构。

6.如权利要求1至2任一项所述的集装箱门式起重机，其特征在于,所述集装箱门式起重机为轮胎式集装箱门式起重机。

7.一种对权利要求1至6任一项所述的集装箱门式起重机进行控制的控制方法，其特征在于,包括以下步骤：

a.所述起升机构带动吊具吊起集装箱至预定位置，所述称重检测单元检测集装箱的重心位置情况；

b.所述旋转吊主控单元根据所述称重检测单元的检测结果，控制所述平移机构对被吊集装箱进行平移以将负载重心调整到吊具中心安全范围内；

c.所述旋转吊主控单元控制所述回转机构带动被吊集装箱完成预定的旋转动作；

d.所述起升机构带动吊具下降，放下集装箱。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于,步骤b中，将负载重心调整到吊具的机械中心位。

9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于,在步骤c和步骤d之间还包括以下步骤：

所述旋转吊主控单元在集装箱完成旋转动作后控制所述平移机构将被吊集装箱平移回归至设定的吊具零位。

10.如权利要求7至9任一项所述的控制方法，其特征在于,

步骤c中，所述旋转吊主控单元控制所述回转机构带动被吊集装箱完成180度旋转动作，调转吊集装箱箱门；

步骤d中，所述起升机构带动吊具下降，把已完成调箱门作业的集装箱归还到集装箱运输工具上。