CN110835054A - 一种码头双集装箱吊装系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种码头双集装箱吊装系统及其方法，该系统包含：码头操作模块，用于产生双箱吊装作业指令以及对作业指令的监控；设备控制层，连接码头操作模块；数据库模块，其分别与码头操作模块和设备控制层连接，数据库模块包含多种数据表，其用于码头操作模块和设备控制层之间的信息交互；连接设备控制层的设备底层，包含多个抓取集装箱的双箱吊具设备，其包含与吊具连接的轨道吊大车、轨道吊小车和起升机构。其优点是：该系统将码头操作模块、设备控制层、数据库模块等模块相结合，可方便快捷的进行集装箱的吊装作业，缓解了码头船舶、集装箱的拥堵压力，且本发明的双箱吊装作业，相比于单箱吊装，提高了吊装效率，缓解了集装箱拥堵的压力。

Description

一种码头双集装箱吊装系统及其方法

技术领域

本发明涉及集装箱吊装技术领域，具体涉及一种码头双集装箱吊装系统及其方法。

背景技术

自动化集装箱码头的堆场作业效率对整个码头的作业效率来说非常关键，目前的自动化集装箱码头一般都是单箱吊装作业，每次只能吊装一只集装箱，还未实现堆场海侧轨道吊，其吊装效率较低。但是近年来码头的集装箱吞吐量日益增高，集装箱作业量的增多为集装箱码头带来了机遇的同时也带来了更多的挑战，为避免面临集装箱拥堵和堆场不足，造成高昂的滞留费和滞期费的局面，我们需要发展一种吊装效率较高的集装箱吊装系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种码头双集装箱吊装系统及其方法，该系统将码头操作模块、设备控制层、数据库模块、设备底层和MAXVIEW模块相结合，可方便快捷的进行集装箱的吊装作业，缓解了码头船舶、集装箱的拥堵压力，且本发明的双箱吊装作业，相比于单箱吊装，大大提高了吊装效率，缓解了集装箱拥堵的压力，节约了大量的人力成本及时间成本。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种码头双集装箱吊装系统，该系统包含：

码头操作模块，用于产生双箱吊装作业指令以及对所述作业指令的监控；

设备控制层，连接所述码头操作模块；

数据库模块，其分别与所述码头操作模块和所述设备控制层连接，所述数据库模块包含多种数据表，其用于所述码头操作模块和所述设备控制层之间的信息交互；

设备底层，连接所述设备控制层，所述设备底层包含多个抓取集装箱的双箱吊具设备，其用于双箱吊装作业，所述双箱吊具设备包含与吊具连接的轨道吊大车、轨道吊小车和起升机构；

所述码头操作模块产生双箱吊装作业指令并将其存储在所述数据库模块中，所述设备控制层根据所述数据库模块中存储的作业指令和设备底层信息生成新的指令存储在所述数据库模块中，并将新的指令传送给所述设备底层，所述设备底层根据新的指令进行双箱吊装作业。

优选地，所述数据库模块包含：

任务表，所述码头操作模块将其产生的作业指令写入任务表中以供所述设备控制层读取；

箱位布置表，其包含当前作业指令对应的轨道吊大车和轨道吊小车的位置信息；

指令表，其由所述设备控制层根据所述箱位布置表和所述任务表的信息所生成，所述指令表包含新的指令，所述设备控制层将所述指令表的信息传输给所述设备底层；

和/或，事件表，用于所述码头操作模块与所述设备管理层的事件交互。

优选地，所述码头操作模块还包含可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器包含：

堆场计划模块，其包含针对整个堆场的堆场大计划、针对单个船舶中集装箱的堆场中计划和针对集装箱的堆场小计划；

配载模块，用于按照船舶适航以及码头分布要求，将出口集装箱放置在指定的船舶作业位置上；

岸桥作业路计划模块，根据装卸船舶的作业量以及集装箱在船舶上的分布，在船舶靠泊时间段内安排相关的设备作业计划，以确保装卸船舶在计划时间段内完成装卸任务；

自动发箱模块，用于装卸船舶的作业任务的自动发送；

轨道吊调度及AGV调度模块，按照实际任务的完成时间要求，分阶段对拖运及装卸设备进行任务调度，以确保在指定时间点将集装箱放至目标位置。

优选地，所述堆场大计划包含整个堆场的箱类型比例、空箱重箱等不同的比例、不同箱区的堆存量；

所述堆场中计划包含单个船舶的进口集装箱主要堆场区域和/或出口集装箱主要堆场区域；

所述堆场小计划包含单个集装箱在其主要堆场区域内的具体堆箱部位。

优选地，所有待吊装集装箱的属性信息已事先存储在所述可编程逻辑控制器中，所述可编程逻辑控制器还用于双箱吊装时间节点的分析判断以及岸桥卸箱时提前判断待吊装的两个集装箱的属性，若两个集装箱属性不一致则不进行双箱选位；

和/或，所述可编程逻辑控制器还用于双箱吊具设备的偏载保护，所述可编程逻辑控制器连接称重传感器，所述称重传感器将各个待吊装集装箱的重量信息转换为数据信号，将数据信号传输给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器根据数据信号控制双箱吊具设备的动作。

优选地，该系统还包含：

MAXVIEW模块，其与所述设备底层通信连接，所述MAXVIEW模块用于检测所述设备底层的双箱吊具设备的作业情况和状态，并将其实时反馈到设备底层，所述设备底层将作业情况和状态实时反馈给所述设备控制层，以便所述设备控制层实时反馈到数据库模块中供所述码头操作模块查看。

优选地，所述设备底层还用于作业异常时的保护和处置，当MAXVIEW模块检测到双箱吊具设备不能自动抓放集装箱时，将该信息反馈至所述设备底层和所述设备控制层，所述设备底层的所述可编程逻辑控制器控制双箱吊具设备停止动作，所述设备控制层将该信息通过所述数据库反馈至所述码头操作模块，所述码头操作模块进一步停止作业指令，生成两个新的单箱吊装作业指令，重新传给所述底层设备，分两次完成两个集装箱的吊装。

优选地，所述设备控制层与所述码头操作模块之间通过OPC技术进行交互；

和/或，所述设备控制层与所述设备底层之间通过EGD、CAN、PROFIBUS方式通讯连接。

优选地，一种采用所述码头双集装箱吊装系统进行吊装的方法，该方法包含以下步骤：

S1、码头操作模块产生作业指令；

S2、码头操作模块将所述作业指令写入数据库的任务表中；

S3、设备控制层从所述任务表中读取作业指令；

S4、设备控制层读取数据库的箱位布置表中的信息；

S5、设备控制层结合箱位布置表和任务表中的信息，生成新的指令存入指令表中；

S6、设备控制层将指令表的信息传送给设备底层；

S7、设备底层接收所述设备控制层传来的信息，完成相应的指令，并实时将作业情况和状态反馈给所述设备控制层，所述设备控制层将信息反馈到数据库对应的列表中，以供所述码头操作模块查阅。

优选地，所述码头操作模块产生作业指令的方法具体为：

T1、所述码头操作模块根据堆场信息生成堆场大计划；

T2、根据所述堆场大计划的结果，生成堆场中计划，锁定进口集装箱和出口集装箱主要堆场区域；

T3、根据所述堆场中计划结果，生成各个集装箱的堆场小计划，确定各个集装箱的具体堆箱部位。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的码头双集装箱吊装系统将码头操作模块、设备控制层、数据库模块、设备底层和MAXVIEW模块相结合，可方便快捷的进行集装箱的吊装作业，缓解了码头船舶、集装箱的拥堵压力；

(2)本发明的码头双集装箱吊装系统及其方法中的双箱吊装作业，相比于单箱吊装，大大提高了吊装效率，缓解了集装箱拥堵的压力，节约了大量的人力成本及时间成本，且其偏载保护的功能，较大提高了整个吊装作业过程的安全性及稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种码头双集装箱吊装系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，为本发明的一种码头双集装箱吊装系统结构示意图，该系统包含：码头操作模块(TOS)、设备控制层(CRANEDIRECTOR)、数据库模块和设备底层。在本实施例中，所述集装箱均为20英尺的集装箱。

所述码头操作模块用于产生双箱吊装作业指令以及对所述作业指令的监控；所述设备控制层，连接所述码头操作模块；所述数据库模块分别与所述码头操作模块和所述设备控制层连接，所述数据库模块包含多种数据表，其用于所述码头操作模块和所述设备控制层之间的信息交互；所述设备底层连接所述设备控制层，所述设备底层包含多个抓取集装箱的双箱吊具设备，用于双箱吊装作业，也可用于单箱的吊装，所述双箱吊具设备包含与吊具连接的轨道吊大车、轨道吊小车和起升机构，其分别负责吊具在三维方向(x轴，y轴，z轴方向)上的移动(在码头上铺设有多条轨道供轨道吊大车和轨道吊小车移动)；所述码头操作模块产生双箱吊装作业指令并将其存储在所述数据库模块中，所述设备控制层根据所述数据库模块中存储的作业指令和设备底层信息生成新的指令存储在所述数据库模块中，并将新的指令传送给所述设备底层，所述设备底层根据新的指令进行双箱吊装作业。

其中，所述设备控制层与所述码头操作模块之间通过OPC技术进行交互；所述设备控制层与所述设备底层之间通过EGD、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)、PROFIBUS(Process Field Bus，过程现场总线)的方式通讯连接。

OPC(OLE for Process Control)技术是指为了给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准，在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范。它给工业控制领域提供了一种标准数据访问机制，将硬件与应用软件有效地分离开来，是一套与厂商无关的软件数据交换标准接口和规程，主要解决过程控制系统与其数据源的数据交换问题，可以在各个应用之间提供透明的数据访问。

EGD(Ethernet Global Data)(以太网全局数据)是美国GE公司电控系统的一种内部通讯协议，它也是一种基于UDP/IP(用户数据报网络协议)的通讯协议，支持单播、多播和广播寻址等方式。

其中，所述数据库模块包含：任务表ORDER、箱位布置表ZONE、指令表COMMAND。

所述码头操作模块将其产生的作业指令写入任务表ORDER中以供所述设备控制层读取；所述箱位布置表ZONE中包含当前作业指令对应的轨道吊大车和轨道吊小车的位置信息；所述指令表COMMAND由所述设备控制层根据所述箱位布置表和所述任务表的信息所生成，所述指令表COMMAND包含新的指令，所述设备控制层将所述指令表COMMAND的信息传输给所述设备底层。

所述任务表ORDER和所述指令表COMMAND是作业指令交互层面的两张不同的数据库表，所述任务表ORDER由所述码头操作模块维护更新，所述指令表COMMAND由所述设备控制层维护更新，两个数据库表之间存在对应关系，可互相数据校验。

当然，所述数据库模块中还包含多种其他类型的数据表，不同类型的数据表起到不同的作用，例如所述数据库模块还包含事件表EVENT，其用于所述码头操作模块与所述设备管理层的事件交互。数据库模块中的各个列表，来共同完成自动化码头的所述码头操作模块和所述设备管理层之间的交互。所述数据库模块还包含TP(TRANSFER POINT交互点)表，用于码头设备之间交互位置。

另外，所述码头操作模块还包含可编程逻辑控制器PLC，其为双箱吊具设备的电气控制系统，双箱吊具设备的运行需要所述可编程逻辑控制器PLC的支持和控制。

所述可编程逻辑控制器PLC包含：堆场计划模块、配载模块、岸桥作业路计划模块、自动发箱模块和轨道吊(起升机构)调度及AGV(自动导引车，指轨道吊大车和轨道吊小车)调度模块，各模块与所述数据库模块通信连接。

集装箱在堆场的堆场计划模块，包含在不同的层面不同的考虑。所述堆场计划模块包含：针对整个堆场的堆场大计划、针对单个船舶中集装箱的堆场中计划和针对集装箱的堆场小计划。

所述堆场大计划包含整个堆场的箱类型比例各是多少、空箱重箱不同的比例是多少、不同箱区的大致堆存量有多少等；所述堆场中计划为单个船舶中相关集装箱在堆场的计划安排，主要包含单个船舶的进口集装箱主要堆场区域和出口集装箱主要堆场区域；涉及到一些更具体的考虑，为堆场小计划，所述堆场小计划包含单个集装箱在其主要堆场区域内的具体堆箱部位，比如一个集装箱已经选到了某个箱区，堆场小计划精确到这个集装箱具体在这个箱区的哪个部位，在第几层第几列，既要堆存得符合规范，又要合理(如规避掉不必要的翻箱作业)。

所述配载模块为：按照船舶适航以及码头分布要求，将出口集装箱放置在指定的船舶作业位置上。所述岸桥作业路计划模块，根据装卸船舶的作业量以及集装箱在船舶上的分布，在船舶靠泊时间段内安排相关的设备作业计划，以确保装卸船舶在计划时间段内完成装卸任务。所述自动发箱模块用于装卸船舶的作业任务的自动发送，发送时需考虑箱区的冲突、岸桥之间的冲突等。所述轨道吊调度及AGV调度模块，按照实际任务的完成时间要求，分阶段对拖运及装卸设备进行任务调度，以确保在指定时间点将集装箱放至目标位置。

另外，所述可编程逻辑控制器PLC还用于双箱吊装时间节点的分析判断以及岸桥卸箱时提前判断待吊装的两个集装箱的属性(所有待吊装集装箱的属性信息已事先存储在所述可编程逻辑控制器中)，若两个集装箱属性不一致则不进行双箱选位。其中，所述属性为集装箱的高度等因素。

所述可编程逻辑控制器PLC还用于双箱吊具设备的偏载保护，所述可编程逻辑控制器PLC连接称重传感器，所述称重传感器将各个待吊装集装箱的重量信息转换为数据信号，将数据信号传输给可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC根据数据信号控制双箱吊具设备的动作。在本实施例中，所述双箱吊装作业的重量及偏载要求为：两个集装箱的重量差值小于10T，若大于10T，容易造成吊装两个集装箱不平衡；两个集装箱的重量之和小于61T，若重量太大，可能会造成吊装负担过大。两个集装箱高度需一致，高度偏差小于3cm。

本申请的码头双集装箱吊装系统还包含：MAXVIEW模块，其与所述设备底层通过EGD通信协议通信连接，用于检测所述设备底层的双箱吊具设备的作业情况和状态，并将其实时反馈到设备底层的CPU，所述设备底层的CPU将作业情况和状态实时反馈给所述设备控制层，以便所述设备控制层实时反馈到数据库模块中供所述码头操作模块查看。

MAXVIEW模块检测双箱吊具设备的作业情况和状态时主要依靠6只安装在轨道吊小车上的激光扫描仪(Laser Scanner)来完成，所述激光扫描仪不断扫描双箱吊具设备的位置和箱堆状态信息，实时发送给MAXVIEW模块的CPU。MAXVIEW模块的CPU通过对双箱吊具设备和箱堆的状态信息进行运算处理，将信息反馈给设备底层，通过所述设备底层的程序逻辑来控制轨道吊大车、轨道吊小车、起升、上架微动等动作，以实现双箱吊具设备的精确作业和堆箱。

所述设备底层还用于作业异常时的保护和处置，当MAXVIEW模块检测到双箱吊具设备不能自动抓放集装箱时(两个集装箱高度不同)，将该信息反馈至所述设备底层和所述设备控制层，所述设备底层的所述可编程逻辑控制器PLC控制双箱吊具设备停止动作，所述设备控制层将该信息通过所述数据库反馈至所述码头操作模块，所述码头操作模块进一步停止作业指令，生成两个新的单箱吊装作业指令，重新传给所述底层设备，分两次完成两个集装箱的吊装。

其中，双箱吊具设备不能自动抓放集装箱的情况包含：两个集装箱高度不同(高低差大于5cm)、准备堆箱时下层的两个集装箱不在一个平面(高低差大于5cm)，这些都属于异常情况，都会导致双箱吊具设备不能同时抓取两个集装箱，导致双箱吊装的作业指令无法继续完成。在本实施例中，双箱吊具设备对两个集装箱的吊装，一次失败后立即报错，不再进行第二次的尝试。

在本实施例中，双箱吊装完成后，要求各层集装箱之间的层间偏差、扭曲、多层箱堆的整体偏差以及实际堆箱与标准位偏差小于5cm，从箱区内吊装集装箱时，要求两只待吊装集装箱前后、左右、扭曲或综合偏差小于3cm。

本发明还提供了一种码头双集装箱吊装系统吊装的方法，该方法包含以下步骤：

S1、码头操作模块产生作业指令；

S2、码头操作模块将所述作业指令写入数据库的任务表中；

S3、设备控制层从所述任务表中读取作业指令；

S4、设备控制层读取数据库的箱位布置表中的信息；

S5、设备控制层结合箱位布置表和任务表中的信息，生成新的指令存入指令表中；

S6、设备控制层将指令表的信息传送给设备底层；

S7、设备底层接收所述设备控制层传来的信息，完成相应的指令，并实时将作业情况和状态反馈给所述设备控制层，所述设备控制层将信息反馈到数据库对应的列表中，以供所述码头操作模块查阅。

其中，步骤S1中所述码头操作模块产生作业指令的方法具体为：

T1、所述码头操作模块根据堆场信息生成堆场大计划；

T2、根据所述堆场大计划的结果，生成堆场中计划，锁定进口集装箱和出口集装箱主要堆场区域；

T3、根据所述堆场中计划结果，生成各个集装箱的堆场小计划，确定各个集装箱的具体堆箱部位。

综上所述，本发明的一种码头双集装箱吊装系统及其方法，将码头操作模块、设备控制层、数据库模块、设备底层和MAXVIEW模块相结合，可方便快捷的进行集装箱的吊装作业，缓解了港口或码头船舶、集装箱的拥堵压力，且本发明的双箱吊装作业，接近于单箱吊装效率的两倍，大大提高了吊装效率，缓解了集装箱拥堵的压力，节约了大量的人力成本及时间成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种码头双集装箱吊装系统，其特征在于，该系统包含：

码头操作模块，用于产生双箱吊装作业指令以及对所述作业指令的监控；

设备控制层，连接所述码头操作模块；

数据库模块，其分别与所述码头操作模块和所述设备控制层连接，所述数据库模块包含多种数据表，其用于所述码头操作模块和所述设备控制层之间的信息交互；

设备底层，连接所述设备控制层，所述设备底层包含多个抓取集装箱的双箱吊具设备，其用于双箱吊装作业，所述双箱吊具设备包含与吊具连接的轨道吊大车、轨道吊小车和起升机构；

所述码头操作模块产生双箱吊装作业指令并将其存储在所述数据库模块中，所述设备控制层根据所述数据库模块中存储的作业指令和设备底层信息生成新的指令存储在所述数据库模块中，并将新的指令传送给所述设备底层，所述设备底层根据新的指令进行双箱吊装作业。

2.如权利要求1所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，所述数据库模块包含：

任务表，所述码头操作模块将其产生的作业指令写入任务表中以供所述设备控制层读取；

箱位布置表，其包含当前作业指令对应的轨道吊大车和轨道吊小车的位置信息；

指令表，其由所述设备控制层根据所述箱位布置表和所述任务表的信息所生成，所述指令表包含新的指令，所述设备控制层将所述指令表的信息传输给所述设备底层；

和/或，事件表，用于所述码头操作模块与所述设备管理层的事件交互。

3.如权利要求1所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，

所述码头操作模块还包含可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器包含：

堆场计划模块，其包含针对整个堆场的堆场大计划、针对单个船舶中集装箱的堆场中计划和针对集装箱的堆场小计划；

配载模块，用于按照船舶适航以及码头分布要求，将出口集装箱放置在指定的船舶作业位置上；

岸桥作业路计划模块，根据装卸船舶的作业量以及集装箱在船舶上的分布，在船舶靠泊时间段内安排相关的设备作业计划，以确保装卸船舶在计划时间段内完成装卸任务；

自动发箱模块，用于装卸船舶的作业任务的自动发送；

轨道吊调度及AGV调度模块，按照实际任务的完成时间要求，分阶段对拖运及装卸设备进行任务调度，以确保在指定时间点将集装箱放至目标位置。

4.如权利要求3所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，

所述堆场大计划包含整个堆场的箱类型比例、空箱重箱等不同的比例、不同箱区的堆存量；

所述堆场中计划包含单个船舶的进口集装箱主要堆场区域和/或出口集装箱主要堆场区域；

所述堆场小计划包含单个集装箱在其主要堆场区域内的具体堆箱部位。

5.如权利要求3所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，

所有待吊装集装箱的属性信息已事先存储在所述可编程逻辑控制器中，所述可编程逻辑控制器还用于双箱吊装时间节点的分析判断以及岸桥卸箱时提前判断待吊装的两个集装箱的属性，若两个集装箱属性不一致则不进行双箱选位；

和/或，所述可编程逻辑控制器还用于双箱吊具设备的偏载保护，所述可编程逻辑控制器连接称重传感器，所述称重传感器将各个待吊装集装箱的重量信息转换为数据信号，将数据信号传输给所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器根据数据信号控制所述双箱吊具设备的动作。

6.如权利要求3所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，该系统还包含：

MAXVIEW模块，其与所述设备底层通信连接，所述MAXVIEW模块用于检测所述设备底层的双箱吊具设备的作业情况和状态，并将其实时反馈到设备底层，所述设备底层将作业情况和状态实时反馈给所述设备控制层，以便所述设备控制层实时反馈到数据库模块中供所述码头操作模块查看。

7.如权利要求6所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，

所述设备底层还用于作业异常时的保护和处置，当MAXVIEW模块检测到双箱吊具设备不能自动抓放集装箱时，将该信息反馈至所述设备底层和所述设备控制层，所述设备底层的所述可编程逻辑控制器控制双箱吊具设备停止动作，所述设备控制层将该信息通过所述数据库反馈至所述码头操作模块，所述码头操作模块进一步停止作业指令，生成两个新的单箱吊装作业指令，重新传给所述底层设备，分两次完成两个集装箱的吊装。

8.如权利要求1所述的码头双集装箱吊装系统，其特征在于，

所述设备控制层与所述码头操作模块之间通过OPC技术进行交互；

和/或，所述设备控制层与所述设备底层之间通过EGD、CAN、PROFIBUS方式通讯连接。

9.一种采用权利要求1～8任一项所述的码头双集装箱吊装系统进行吊装的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

S1、码头操作模块产生作业指令；

S2、码头操作模块将所述作业指令写入数据库的任务表中；

S3、设备控制层从所述任务表中读取作业指令；

S4、设备控制层读取数据库的箱位布置表中的信息；

S5、设备控制层结合箱位布置表和任务表中的信息，生成新的指令存入指令表中；

S6、设备控制层将指令表的信息传送给设备底层；

S7、设备底层接收所述设备控制层传来的信息，完成相应的指令，并实时将作业情况和状态反馈给所述设备控制层，所述设备控制层将信息反馈到数据库对应的列表中，以供所述码头操作模块查阅。

10.如权利要求9所述的码头双集装箱吊装方法，其特征在于，所述码头操作模块产生作业指令的方法具体为：

T1、所述码头操作模块根据堆场信息生成堆场大计划；

T2、根据所述堆场大计划的结果，生成堆场中计划，锁定进口集装箱和出口集装箱主要堆场区域；

T3、根据所述堆场中计划结果，生成各个集装箱的堆场小计划，确定各个集装箱的具体堆箱部位。

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