**港門(mén)座式起重機(jī)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)技術(shù)方案一、項(xiàng)目背景1.**港散、雜貨碼頭地處渤海灣，采用棧橋碼頭布置形式，總長(zhǎng)378米，現(xiàn)前沿水深13米。自西向東分為1號(hào)泊位和2號(hào)泊位。碼頭現(xiàn)有四臺(tái)門(mén)座式起重機(jī)（兩臺(tái)16噸和兩臺(tái)40噸門(mén)機(jī)）。碼頭前方作業(yè)棧橋?qū)?5米。碼頭前沿與后方陸域相距100米，西端與東護(hù)岸相距100米。碼頭前后方之間采用三座65米長(zhǎng)、15米寬的引橋相連。碼頭頂面標(biāo)高6.0米。目前，可?？?.5萬(wàn)噸級(jí)以下船舶。2.近年來(lái)，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)起重機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)在集裝箱碼頭推廣較快，如國(guó)內(nèi)的洋山港、青島港。但是，自動(dòng)化的雜貨碼頭在世界上還無(wú)先例，這其中最重要的制約因素之一就是因?yàn)殡s貨碼頭的主力裝卸設(shè)備門(mén)機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)類起重機(jī)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成的重物搖擺除了在旋轉(zhuǎn)方向上存在，還會(huì)有與旋轉(zhuǎn)方向垂直的離心力造成的搖擺，抑制這兩種搖擺是其中最關(guān)鍵的核心技術(shù)。本方案主要是通過(guò)使用抓斗防搖和定位、門(mén)機(jī)空間防碰撞、物料識(shí)別、障礙物識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)遠(yuǎn)程遙控作業(yè)，減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。技術(shù)方案如下：二、技術(shù)路線根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及技術(shù)要求，我們擬采用SOA技術(shù)架構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)搭建門(mén)座機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控管理平臺(tái)，利用GIS電子信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)及AI技術(shù)，為門(mén)座機(jī)自動(dòng)化控制提供數(shù)字化、可視化基礎(chǔ)；然后再采用GPS定位、3D數(shù)字掃描等先進(jìn)手段，實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)防搖擺、空間防碰撞、物料識(shí)別、障礙物識(shí)別、電氣故障監(jiān)測(cè)等從而實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，并且可以與將來(lái)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)，為將來(lái)雜貨碼頭實(shí)現(xiàn)無(wú)人或者少人值守、降本增效奠定基礎(chǔ)；系統(tǒng)總體架構(gòu)如下：系統(tǒng)分為三部分：數(shù)據(jù)采集及控制部分、云服務(wù)部分、管理調(diào)度部分；數(shù)據(jù)采集及控制部分主要有各種傳感器、PLC、變頻器、觸摸屏等組成，主要負(fù)責(zé)門(mén)座機(jī)信息采集及控制；云服務(wù)部分主要由GIS電子地圖、云服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等組成，主要負(fù)責(zé)為門(mén)座機(jī)終端提供GIS電子地圖支持及云計(jì)算、AI計(jì)算支持服務(wù)等；管理調(diào)度部分本階段不太多涉及，本階段重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)采集、控制及云服務(wù)部分，完成門(mén)機(jī)防搖擺、空間防碰撞、物料識(shí)別、障礙物識(shí)別故障監(jiān)測(cè)報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)自動(dòng)化/半自動(dòng)化控制；三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要功能如下：1.抓斗全程運(yùn)行數(shù)字化、可視化；實(shí)現(xiàn)抓斗從抓料—起升—變幅—回轉(zhuǎn)—下放—卸料等全程數(shù)字化作業(yè)，變抓斗自由擺動(dòng)到全程受控，精準(zhǔn)定位；2.通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)，建立防搖擺模型，實(shí)現(xiàn)抓斗自動(dòng)防搖擺，縮短抓斗運(yùn)行時(shí)間，提高抓斗作業(yè)效率；3.建立虛擬安全電子圍欄，實(shí)現(xiàn)智能防碰撞、防誤抓；4.通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)計(jì)算料堆大小、料堆高低、船緣位置、船艙口高低等，為自動(dòng)控制建立基礎(chǔ)；5.通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)門(mén)座機(jī)有序抓料，步進(jìn)式移機(jī)；6.通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)抓斗落鉤高低、位置識(shí)別自適應(yīng)控制；7.抓斗稱重計(jì)量，超載、超力矩自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)；8.通過(guò)云服務(wù)平臺(tái)可以向門(mén)座機(jī)監(jiān)控終端下達(dá)吊裝任務(wù)，門(mén)機(jī)終端自動(dòng)錄入貨船編號(hào)、自動(dòng)調(diào)用該船規(guī)格型號(hào)、并且根據(jù)該船規(guī)格調(diào)用門(mén)機(jī)控制曲線及控制流程，經(jīng)過(guò)平臺(tái)許可自動(dòng)按照控制流程進(jìn)行作業(yè)；9.IC刷卡管理，當(dāng)班司機(jī)經(jīng)過(guò)刷卡進(jìn)入工作狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄司機(jī)當(dāng)班工作時(shí)間、工作任務(wù)、完成工作量等，為管理考核建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；10.電子日記本功能，為司機(jī)工作日記及門(mén)機(jī)維保記錄創(chuàng)造條件；11.語(yǔ)音對(duì)講功能，通過(guò)監(jiān)控終端，可以與云服務(wù)管理平臺(tái)進(jìn)行語(yǔ)言對(duì)講，及時(shí)溝通工作信息；12.門(mén)座機(jī)自動(dòng)與半自動(dòng)控制；13.門(mén)機(jī)電氣故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)；三、系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1.衛(wèi)星定位分辨率：2.5cm；2.抓斗定位精度：≤±1°；3.抓斗定位速度：20Hz;4.物料識(shí)別精度：1.0mm；識(shí)別距離：≤100m；5.物料識(shí)別速度：1Khz;6.抓斗稱重精度：≤±5%；7.抓斗稱重速度：實(shí)時(shí)；8.傳感器防護(hù)等級(jí)：IP659.控制系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)：IP54;10.環(huán)境適應(yīng)能力：溫度：-20℃～60℃；濕度：0-85%RH;光線：白天：600Lx時(shí)回波率≥90%、黑夜：0.001Lx時(shí)回波率≥98%；11.系統(tǒng)工作電源：AC220V±30%;四、技術(shù)方案1.散、雜貨碼頭GIS電子地圖設(shè)計(jì)首先由客戶單位提供散、雜貨碼頭、設(shè)備等CAD地圖，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上采用美國(guó)ESRI公司的MO（MapObjects）組件式GIS軟件，以文件形式組織和管理矢量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，從而在同一環(huán)境中顯示多源的空間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的操作功能。然后建立基于MicrosoftACCESS的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，以ID聯(lián)結(jié)圖形和屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間信息和屬性信息的綜合應(yīng)用。使用MicrosoftVB(VisualBasic)EnterpriseEdition作為軟件開(kāi)發(fā)工具，結(jié)合MO的GIS功能和ACCESS關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，建立系統(tǒng)用戶界面，提供空間和屬性數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、調(diào)用、制圖等系統(tǒng)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)各種設(shè)備實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的導(dǎo)航定位、顯示、存儲(chǔ)發(fā)布的應(yīng)用平臺(tái)，以便為門(mén)座機(jī)控制提供數(shù)字支持創(chuàng)造條件，散、雜貨碼頭GIS電子地圖開(kāi)發(fā)流程如下：場(chǎng)地電子地圖實(shí)例如下：2.設(shè)備虛擬、固化處理；電子地圖設(shè)計(jì)完成以后，就可以利用電子地圖將門(mén)座機(jī)行走軌道，泊位、門(mén)座機(jī)、抓斗、船舶虛擬化，然后分別固化、編號(hào)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；2.1.建立門(mén)座機(jī)虛擬數(shù)字軌道通過(guò)虛擬數(shù)字化軌道的建立，可以為大車(chē)尋找船舶?？坎次唬ザ范ㄎ惶峁┛梢暬罁?jù)，為系統(tǒng)自動(dòng)化控制奠定基礎(chǔ)；門(mén)座機(jī)行走軌道數(shù)字化工作流程圖如下：2.2.船舶?？坎次粩?shù)字化建立流程如下：通過(guò)虛擬數(shù)字化泊位的建立，可以為船舶?？坎次唤?shù)字化基礎(chǔ)，為大車(chē)尋找泊位，抓斗定位提供可視化依據(jù)，泊位數(shù)字化建立流程如下：2.3.船舶數(shù)字化建立流程如下：通過(guò)虛擬數(shù)字化船舶的建立，可以為門(mén)座機(jī)定位、抓斗運(yùn)行、電子圍欄設(shè)置、3D數(shù)字掃描儀建立數(shù)字化基礎(chǔ)，為大車(chē)尋找船舶，虛擬電子圍欄、抓斗定位等提供可視化依據(jù)，船舶數(shù)字化建立流程如下：2.4.門(mén)座機(jī)數(shù)字化建立流程通過(guò)虛擬數(shù)字化門(mén)機(jī)的建立，可以為抓斗運(yùn)行、門(mén)座機(jī)防碰撞、3D數(shù)字掃描儀建立數(shù)字化基礎(chǔ)，為大車(chē)尋找泊位，抓斗定位提供可視化依據(jù)，門(mén)座機(jī)泊位數(shù)字化建立流程如下：2.5.抓斗數(shù)字化建立流程通過(guò)虛擬數(shù)字化抓斗的建立，可以為抓斗精確運(yùn)行、防搖擺、防誤抓船緣、進(jìn)出船艙等建立數(shù)字化基礎(chǔ)，為抓斗運(yùn)行、抓斗精確定位提供可視化依據(jù)，抓斗數(shù)字化建立流程如下：3.建立云服務(wù)器為了有效利用云資源為門(mén)座機(jī)自動(dòng)化服務(wù)，擬租用云服務(wù)器，云服務(wù)器配置如下：實(shí)例規(guī)格vCPU內(nèi)存處理器型號(hào)處理器主頻硬盤(pán)操作系統(tǒng)帶寬ecs.g6.3xlarge4vCPU8GiBIntelXeon(Skylake)Platinum81632.5GHzSSD云盤(pán)100G+高效云盤(pán)40GwindowsServer208數(shù)據(jù)中心版64位中文5M4.在碼頭合適位置安裝北斗衛(wèi)星固定基站固定基站是為北斗衛(wèi)星移動(dòng)接收基站實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的重要設(shè)備，沒(méi)有固定基站要進(jìn)行高精度定位控制是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以，系統(tǒng)必須有固定基站，固定基站安裝實(shí)例如下：5.建立門(mén)座機(jī)智能控制系統(tǒng)該系統(tǒng)是由起重機(jī)操作手柄、PLC控制器，防搖擺控制激活按鈕、起重機(jī)工作模式選擇開(kāi)關(guān)(自動(dòng)/半自動(dòng))、北斗衛(wèi)星定位移動(dòng)基站、PLC控制主機(jī)，觸摸屏、3D激光掃描系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、力矩限制器、風(fēng)速傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器（北斗衛(wèi)星定向天線提供）、高度編碼器、起升變頻器、回轉(zhuǎn)變頻器、變幅變頻器、防搖擺模塊、4G通訊模塊等組成；原理圖如下:工作時(shí)，門(mén)機(jī)觸摸屏通過(guò)4G通訊模塊會(huì)接收到GIS監(jiān)控平臺(tái)送來(lái)的GIS電子地圖、船舶ID號(hào)，靠岸泊位、船舶衛(wèi)星定位坐標(biāo)信息、預(yù)設(shè)下料點(diǎn)坐標(biāo)信息、工作任務(wù)、電子安全圍欄等信息；門(mén)機(jī)觸摸屏?xí)鶕?jù)船舶ID號(hào)自動(dòng)調(diào)取硬盤(pán)內(nèi)部存儲(chǔ)的該船舶性能參數(shù)，根據(jù)船舶坐標(biāo)自動(dòng)啟動(dòng)大車(chē)行走到該泊位，大車(chē)到位后，門(mén)座機(jī)控制系統(tǒng)按照程序設(shè)置的起始點(diǎn)調(diào)整臂架姿態(tài)及工作幅度，此時(shí)，3D激光掃描儀開(kāi)始工作，按照程序設(shè)定掃描指定區(qū)域，為抓斗工作指明方向；門(mén)座機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)3D激光掃描儀提供的料堆信息，按照料堆高低自動(dòng)判斷工作起始位，按照船舶軸線方向從左到右或者從右到左逐塊抓運(yùn)，工作時(shí)如果程序設(shè)定是按照從左到右順序逐塊抓運(yùn)，門(mén)座機(jī)就會(huì)將大車(chē)定位在左邊第一塊，然后按照程序設(shè)定從前到后或者從后到前的順序，從1開(kāi)始下放抓斗開(kāi)始抓料，因?yàn)榈谝欢芬话銜?huì)從第一塊的1號(hào)位置開(kāi)始，此時(shí)，抓斗會(huì)靠近船緣，此時(shí)在觸摸屏上會(huì)出現(xiàn)電子圍欄防護(hù)信息，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛擬抓斗運(yùn)動(dòng)信息，如果虛擬抓斗靠近電子圍欄會(huì)觸發(fā)報(bào)警信息，在抓斗下放過(guò)程中控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整臂架姿態(tài)，自動(dòng)規(guī)避可能碰觸的船緣，從而起到防誤抓作用；當(dāng)抓斗抓滿物料時(shí)，門(mén)座機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前船上北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的船艙高度，判斷抓斗是否離開(kāi)船艙，當(dāng)抓斗離開(kāi)船艙后，控制系統(tǒng)會(huì)加速提升，同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行變幅操作，當(dāng)抓斗高度到達(dá)設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)回轉(zhuǎn)操作，根據(jù)事先預(yù)設(shè)下料地點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)入防搖擺控制曲線，當(dāng)臂架回轉(zhuǎn)到預(yù)定自動(dòng)減速直到下料點(diǎn)停止回轉(zhuǎn)，此時(shí)，3D激光掃描儀會(huì)送來(lái)下料區(qū)域料堆信息，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇料堆低位作為下料點(diǎn)，然后開(kāi)始勻速下放，到達(dá)設(shè)定高度時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)減速，直到下料點(diǎn)高度約1米左右（可以設(shè)定）處時(shí)停止下放，然后打開(kāi)抓斗卸料；起升時(shí)如果系統(tǒng)發(fā)生超載，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制，確保起重機(jī)安全；系統(tǒng)主要設(shè)備在門(mén)座機(jī)上的布置圖如下：6.抓斗防搖擺與定位抓斗起升工作過(guò)程如下圖：抓斗運(yùn)行防搖擺工作原理如下圖：我們?cè)谧冾l器回路里加有防搖擺控制模塊，防搖擺控制模塊里建有PID控制模型，通過(guò)GIS為其提供抓斗運(yùn)行軌跡曲線，防搖擺控制模塊會(huì)根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過(guò)PID對(duì)抓斗運(yùn)行曲線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、然后控制變頻器按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線運(yùn)行，從而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行和精確定位，防搖擺實(shí)例照片如下：以下為某垃圾處理場(chǎng)為了快速抓運(yùn)垃圾，同時(shí)避免抓斗與垃圾池內(nèi)壁發(fā)生碰撞，特要求對(duì)橋機(jī)加裝防搖擺精確定位系統(tǒng)，視頻效果如下圖：a.從垃圾槽底部起升b.過(guò)料斗口，抓斗底部高于料斗口c.大小車(chē)同時(shí)高速行走并且保持抓斗穩(wěn)定運(yùn)行不擺動(dòng)d.穩(wěn)定到達(dá)料斗上方，準(zhǔn)備打開(kāi)抓斗e.打開(kāi)抓斗放料f.高速穩(wěn)定到達(dá)抓斗放置點(diǎn)，不與墻壁發(fā)生碰撞g.抓斗穩(wěn)定靠墻落地本門(mén)座機(jī)防搖擺控制系統(tǒng)，理論上與本垃圾場(chǎng)項(xiàng)目類似，不同的是橋機(jī)是大小車(chē)兩機(jī)構(gòu)同時(shí)操作運(yùn)行，門(mén)座機(jī)是回轉(zhuǎn)、變幅兩機(jī)構(gòu)同時(shí)操作運(yùn)行，控制策略略有差別；7.門(mén)座機(jī)、船舶在電子地圖上的布置在GIS服務(wù)平臺(tái)上，我們會(huì)看到一個(gè)數(shù)字化的散、雜貨碼頭，數(shù)字化船舶、門(mén)座機(jī)等均展示在門(mén)座機(jī)觸摸屏上；為了防止抓斗誤抓船緣，我們對(duì)船艙四周設(shè)置了電子圍欄，電子圍欄用紅線表達(dá)，展示在觸摸屏上，司機(jī)工作時(shí)會(huì)清晰看到抓斗與電子圍欄的距離，在空中運(yùn)行過(guò)程中抓斗一旦觸發(fā)電子圍欄，門(mén)座機(jī)控制終端就會(huì)做出反應(yīng)，一是報(bào)警，二是如果抓斗越界，就會(huì)自動(dòng)減速停止，同時(shí)做收幅或者增幅動(dòng)作，直到抓斗進(jìn)入安全區(qū)才允許抓斗繼續(xù)下放；在貨船前后我們安裝了便攜式移動(dòng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在船頭及船尾甲板中央艙口安裝有衛(wèi)星定位天線，天線有兩個(gè)功能，即檢測(cè)地球表面位置坐標(biāo)，同時(shí)還可以檢測(cè)該點(diǎn)的地球高度值，只是高度值比平面值誤差稍微大一點(diǎn)，用于安全防護(hù)足足有余；當(dāng)我們知道船舷高度的時(shí)候，我們?cè)俑鶕?jù)已經(jīng)存儲(chǔ)的該船規(guī)格尺寸，也就知道了船艙底部離艙口的高度值，這樣我們就依據(jù)船艙底部離艙口的高度值設(shè)置電子安全圍欄，當(dāng)抓斗抓到船艙底部約50cm（可以設(shè)置）時(shí)，GIS就會(huì)給送來(lái)一個(gè)報(bào)警信息，提示司機(jī)抓斗已經(jīng)接近船艙底部，同時(shí)會(huì)減速低速下放，然后打開(kāi)抓斗進(jìn)行抓料，當(dāng)抓斗離開(kāi)電子圍欄安全高度時(shí)，GIS平臺(tái)會(huì)給門(mén)座機(jī)監(jiān)控終端送來(lái)一個(gè)報(bào)警信息，解除其變幅控制，允許控制系統(tǒng)做變幅操作；系統(tǒng)示意圖如下：8.門(mén)座機(jī)之間防碰撞通過(guò)GIS對(duì)每一臺(tái)門(mén)座機(jī)設(shè)置一個(gè)永久性電子圍欄，門(mén)座機(jī)移動(dòng)到哪里電子圍欄就自動(dòng)跟蹤到哪里，當(dāng)兩個(gè)電子圍欄發(fā)生交互的時(shí)候，門(mén)座機(jī)監(jiān)控終端就會(huì)給予提示性預(yù)警，當(dāng)門(mén)座機(jī)臂架靠近交互區(qū)時(shí)兩臺(tái)門(mén)座機(jī)均會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)警，自動(dòng)禁止兩臺(tái)門(mén)座機(jī)臂架同時(shí)進(jìn)入交互區(qū)，但是允許門(mén)座機(jī)做收幅或者向反方向移動(dòng)，從而避免兩臺(tái)門(mén)座機(jī)發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)性發(fā)生；示意圖如下：9、物料識(shí)別及抓料我們?cè)谧ザ飞戏诫x滑輪組1M左右距離安裝一臺(tái)3D激光掃描儀，對(duì)船艙進(jìn)行縱向逐塊掃描，然后將掃描信息送給變送器，變送器經(jīng)過(guò)整理以后送給GIS，由GIS服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果送給門(mén)座機(jī)監(jiān)控終端，由門(mén)座機(jī)監(jiān)控終端依據(jù)船艙內(nèi)物料堆塊高低形態(tài)做出判斷，然后依據(jù)先高厚底的順序及從左到右的順序調(diào)整門(mén)機(jī)位置及姿態(tài)，從船艙的橫軸方向按照從前到后或者從后到前的順序步進(jìn)式抓料或者卸料，3D激光掃描儀安裝示意圖如下：在船舶上的抓料工作順序示意圖：3D激光掃描儀測(cè)量工作原理：3D掃描儀內(nèi)置可見(jiàn)激光瞄準(zhǔn)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行掃描檢測(cè)，內(nèi)置的高精度高分辨率計(jì)時(shí)裝置測(cè)量激光在發(fā)射點(diǎn)和被測(cè)介質(zhì)之間往返時(shí)間，則L=t*c/2(t為往返時(shí)間，c為光速)。3D掃描儀屬非接觸式測(cè)量，由于激光可穿透玻璃，所以可以對(duì)3D掃描儀做很好的防護(hù)，可用于惡劣環(huán)境測(cè)量（高溫、高壓、高濕、高粉塵）。由于激光發(fā)射角非常小(＜0.2°)，3D激光掃描儀可測(cè)量狹小空間料位及船緣，可對(duì)不規(guī)則料面進(jìn)行精確測(cè)量。3D激光掃描儀置于精心設(shè)計(jì)的防護(hù)罩內(nèi)，使得其可用于惡劣環(huán)境（高溫、高壓、高濕、高粉塵）測(cè)量。精心設(shè)計(jì)的防護(hù)罩使得3D激光掃描儀可安裝于各種惡劣環(huán)境及以任何角度與方式進(jìn)行安裝。3D激光料位掃描儀，配備相關(guān)云計(jì)算軟件，可以形成料面的三維立體圖像，并且得到料面的最低料位、最高料位、平均料位、倉(cāng)料體積、倉(cāng)料質(zhì)量，使測(cè)量更全面準(zhǔn)確、更直觀形象。在本項(xiàng)目中，3D激光料位掃描儀主要負(fù)責(zé)料位檢測(cè)，判斷料堆的最低料位、最高料位，以及船緣位置、船艙高度，為抓斗尋位指明方向；料位監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)例如下圖：10、障礙物識(shí)別（見(jiàn)8、9）11、抓斗防搖與定位（見(jiàn)6）612、物料轉(zhuǎn)移12.1船艙到固定點(diǎn)門(mén)機(jī)在艙內(nèi)做第一抓料時(shí)，通過(guò)物料識(shí)別，選取最佳抓取點(diǎn)，后續(xù)循環(huán)抓聊將采用中國(guó)神華國(guó)際工程有限公司招標(biāo)文件步進(jìn)式取料，當(dāng)物料抓取成功后，通過(guò)須識(shí)別所要卸料的位置坐標(biāo)，配合起升、變幅、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，將抓斗或物料移動(dòng)到固定卸料點(diǎn)，又通過(guò)防搖與定位功能，抓斗穩(wěn)定的停在卸料點(diǎn)的正上方，然后開(kāi)斗卸料。方案解析：卸料點(diǎn)可以事先在GIS電子地圖上標(biāo)注，然后由門(mén)座機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星定位指引自動(dòng)控制抓斗到達(dá)卸料點(diǎn)上方停止，然后下放的設(shè)定高度打開(kāi)抓斗下放卸料；12.2船艙到片區(qū)域卸料在艙內(nèi)抓料過(guò)程與12.1所述完全相同，在轉(zhuǎn)移和卸料的過(guò)程中，首先掃描識(shí)別該片區(qū)域四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，采用步進(jìn)卸料方式在該區(qū)域內(nèi)反復(fù)卸料，當(dāng)該區(qū)域料位層高于設(shè)定值，則當(dāng)抓斗移動(dòng)到該區(qū)域上方時(shí)暫不執(zhí)行開(kāi)斗動(dòng)作，待該區(qū)域內(nèi)物料層高度減少到設(shè)定值以下時(shí)，并檢測(cè)到卸料點(diǎn)的正下方無(wú)其他流機(jī)設(shè)備時(shí)，執(zhí)行開(kāi)斗動(dòng)作。方案解析：這個(gè)也是事先在GIS電子地圖上標(biāo)注卸料片區(qū)域，由衛(wèi)星定位導(dǎo)航及3D激光掃描儀識(shí)別完成步進(jìn)式卸料及人員車(chē)輛識(shí)別；12.3固定點(diǎn)抓料裝船通過(guò)對(duì)固定堆料點(diǎn)的位置識(shí)別，配合防搖與定位技術(shù)，抓斗在該點(diǎn)完成反復(fù)抓料，在物料轉(zhuǎn)移到船艙內(nèi)時(shí)，先識(shí)別出船艙的中心位置坐標(biāo)，反復(fù)在該點(diǎn)卸料，當(dāng)料位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，采用從船艙的里桿到外桿的步進(jìn)卸料方式，避免將船裝偏。對(duì)于艙內(nèi)已有物料的，按照料位低點(diǎn)優(yōu)先卸料和步進(jìn)卸料的總原則進(jìn)行卸料。方案解析：這個(gè)也是事先在GIS電子地圖標(biāo)注船艙的中心位置坐標(biāo)，由衛(wèi)星定位導(dǎo)航及3D激光掃描儀識(shí)別完成步進(jìn)式卸料；12.4片區(qū)域抓料裝船通過(guò)對(duì)指定片區(qū)域的四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)識(shí)別，以及物料高度識(shí)別，選取最佳抓取點(diǎn)，然后依次步進(jìn)抓料，當(dāng)料位層高度低于設(shè)定值時(shí)，停止抓料。抓取的物料向船艙卸貨時(shí)，與3.3所述的卸貨過(guò)程相同。方案解析：這個(gè)也是事先在GIS電子地圖標(biāo)注指定片區(qū)域，由衛(wèi)星定位導(dǎo)航及3D激光掃描儀識(shí)別完成步進(jìn)式抓料及船艙卸料；13、空間防碰撞在象鼻梁前端安裝激光雷達(dá)，實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)與其他障礙物和門(mén)機(jī)之間的防碰撞，輸出信號(hào)至門(mén)機(jī)控制程序，并作出相應(yīng)的動(dòng)作防止發(fā)生碰撞。方案解析：（見(jiàn)8、9）14、自動(dòng)與半自動(dòng)切換在較復(fù)雜工況下應(yīng)具備半自動(dòng)控制功能，即由人工完成取料、卸料坐標(biāo)的設(shè)定，門(mén)機(jī)自動(dòng)完成移料、卸料過(guò)程，并參考工人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)在該坐標(biāo)的一定范圍內(nèi)調(diào)整取料點(diǎn)，以該坐標(biāo)為中心的半徑1米的3-5個(gè)均勻分布點(diǎn)上取料。在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，工人可以隨時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整，并在調(diào)整后自動(dòng)記憶，根據(jù)調(diào)整后的坐標(biāo)進(jìn)行工作。方案解析：（見(jiàn)5.建立門(mén)座機(jī)智能控制系統(tǒng)）；15、門(mén)機(jī)故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)在門(mén)機(jī)上裝設(shè)CMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，且對(duì)所有監(jiān)測(cè)值進(jìn)行記錄保存，技術(shù)人員可隨時(shí)查詢門(mén)機(jī)當(dāng)前或歷史工作狀態(tài)，更方便的查詢一些閃報(bào)故障。門(mén)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)還能把所有機(jī)構(gòu)動(dòng)作的正常電流、電壓、扭矩等指標(biāo)作為參考值，隨著工作時(shí)間的變長(zhǎng)，一些參數(shù)難免偏離標(biāo)準(zhǔn)的參考值，當(dāng)偏差過(guò)大時(shí)，該系統(tǒng)還能產(chǎn)生預(yù)警，提醒設(shè)備管理人員對(duì)該部位進(jìn)行檢查、維修或保養(yǎng)，具體功能要求如下：15.1故障的收集、診斷和分析（1）故障的收集功能：系統(tǒng)能顯示故障內(nèi)容、發(fā)生及復(fù)位時(shí)間、所屬機(jī)構(gòu)、相應(yīng)幫助文檔。（2）故障跳轉(zhuǎn)功能：系統(tǒng)可以從故障處直接打開(kāi)查看對(duì)應(yīng)的PLC程序段。（3）故障原理圖功能：系統(tǒng)可以從故障處直接打開(kāi)關(guān)聯(lián)原理圖進(jìn)行查看。（4）故障管理功能：系統(tǒng)能以故障所屬機(jī)構(gòu)內(nèi)容，發(fā)生復(fù)位時(shí)間、類型（輕/重），發(fā)生頻率等條件組合查詢故障的各種信息，并能將重復(fù)發(fā)生故障的信息生成報(bào)表。（5）根據(jù)門(mén)座起重機(jī)點(diǎn)位運(yùn)行信息進(jìn)行連續(xù)掃描，建立基準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，在門(mén)座起重機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能夠掃描出故障前后設(shè)備狀態(tài)變化，包括通訊控制字、外部信號(hào)等，掃描速度應(yīng)小于5ms。方案解析：1.重新編制門(mén)座機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制程序，讀取各傳感器狀態(tài)信息及操作信息，同時(shí)，通過(guò)4G通訊送給GIS監(jiān)控平臺(tái)，由監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行編程運(yùn)算、處理、報(bào)警并且在數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，供門(mén)座機(jī)專業(yè)工程師隨時(shí)調(diào)用；2.根據(jù)門(mén)座機(jī)原理圖，繪制電路圖，并且將常見(jiàn)故障與電路圖關(guān)聯(lián)，當(dāng)電路故障時(shí)，能夠根據(jù)故障編號(hào)查詢到相關(guān)電路原理圖；3.建立門(mén)座機(jī)故障診斷分析程序，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以進(jìn)行自診斷，并且將故障分析結(jié)果送門(mén)座機(jī)觸摸屏進(jìn)行顯示；同時(shí)建立安全聯(lián)鎖保護(hù)機(jī)制，當(dāng)某些關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障涉及到起重機(jī)安全時(shí)，系統(tǒng)就進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，禁止門(mén)座機(jī)繼續(xù)工作，確保安全生產(chǎn)；五、主要設(shè)備性能指標(biāo)***門(mén)座起重機(jī)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)主要設(shè)備性能指標(biāo)序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格單位數(shù)性能參數(shù)用途品牌1變頻器ATV930D90N4臺(tái)3功率：90,線路短路電流:AC380V50KA；最大連續(xù)電流:AC380V173A最大瞬時(shí)電流:AC380V60S207.6A;2S207.6A;回轉(zhuǎn)及變幅調(diào)速施耐德2制動(dòng)電阻箱30KW*3R臺(tái)3帶風(fēng)扇，700*500*700mm(長(zhǎng)*寬*高)能耗制動(dòng)國(guó)產(chǎn)3防搖擺模塊CX-3A38臺(tái)3CPU:STM32，存儲(chǔ)器256M，通訊接口：RS485，工作電壓：DC24V;抑制抓斗擺幅施耐德4PLC6ES7314-6BH04-0AB0臺(tái)1型號(hào)：CPU314C-2PtP；電源電壓24VDC;電流消耗:11A,功耗:14W存儲(chǔ)器:96kB；可擴(kuò)展:8MB;CPU/塊DB數(shù)量，最大511;DB0保留16KB;FB:1024，16KB;FC:1024，16KB;OB見(jiàn)指令表，16KB,嵌套深度:每個(gè)優(yōu)先級(jí)：8;CPU/處理時(shí)間:位指令，最小0.1s字指令最小,0.2s,數(shù)運(yùn)算最小2s,浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，最小3s,計(jì)數(shù)器：256;定時(shí)器:256，數(shù)字量通道:輸入1016;輸出：1008；模擬量通道：輸入：253；輸出：250；通訊接口:內(nèi)置RS422/RS485，數(shù)字量輸入：24；數(shù)字量輸出：16；模擬量輸入：5；模擬量輸出：2；中央處理器西門(mén)子5GPS固定基站M-300臺(tái)1定位精度偽距精度：L1=10cm/L2=10cmB1=10cm/B2=10cm載波精度：L1=0.5mm/L2=1mmB1=0.5mm/B2=0.5mm單點(diǎn)定位精度：<1.5m靜態(tài)差分精度：雙頻RTK精度：信號(hào)跟蹤時(shí)間：冷啟動(dòng)<50s溫啟動(dòng)<30s熱啟動(dòng)<15sRTK初始化時(shí)間：<20s信號(hào)重捕獲：時(shí)鐘精度：20ns可靠性：大于99.9%更新率：1Hz、2Hz、5Hz，（10Hz、20Hz選配）工作溫度：-40℃—+70℃存儲(chǔ)溫度：-45℃—+80℃濕度：100％全密封，防冷凝，可漂浮防塵防水：IP67級(jí)標(biāo)準(zhǔn)撞擊和振動(dòng)：抗2m跌落電氣指標(biāo)接收機(jī)電源：DC10.5—28V，帶過(guò)流過(guò)壓反向保護(hù)功能功耗：小于2.5W通訊接口：2個(gè)RS232接口、1個(gè)LAN(預(yù)留)接口、2個(gè)外置電源接口射頻接口：1個(gè)UHF天線接口（BNC）、1個(gè)GNSS天線接口（BNC）數(shù)據(jù)格式：NMEA-0183/Compass（自定義二進(jìn)制）/CMR/RTCM2.X/RTCM3.X通訊協(xié)議：RS232、TCP/IP；存儲(chǔ)：內(nèi)置100MB存儲(chǔ)器（可擴(kuò)展）為移動(dòng)基站定位校準(zhǔn)上海司南移動(dòng)基站CX-E528臺(tái)2信號(hào)：GPSL1C/A碼L1/L2P碼，北斗二代B1/B2；定向精度：方向角精度(0.2/R)°，橫滾或俯仰精度(0.4/R)°偽距精度：L1=10cm/L2=10cmB1=10cm/B2=10cm載波精度：L1=0.5mm/L2=1mmB1=0.5mm/B2=0.5mm單點(diǎn)定位精度：<1.5m靜態(tài)差分精度：雙頻RTK精度：信號(hào)跟蹤時(shí)間：冷啟動(dòng)<50s溫啟動(dòng)<30s熱啟動(dòng)<15sRTK初始化時(shí)間：<10s信號(hào)重捕獲：時(shí)鐘精度：20ns可靠性：大于99.9%原始數(shù)據(jù)更新率：1Hz、2Hz、5Hz，（10Hz、20Hz可選)定位及定向數(shù)據(jù)更新率：1Hz、2Hz、5Hz，(10Hz可選)工作溫度：-40℃—+70℃存儲(chǔ)溫度：-45℃—+80℃濕度：100％全密封，防冷凝，可漂浮防塵抗震：IP67級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，抗2m跌落電氣指標(biāo)接收機(jī)電源：DC10.5—28V，帶過(guò)流過(guò)壓反向保護(hù)功能功耗：小于3W通訊接口：2個(gè)RS232接口、2個(gè)外置電源接口射頻接口：1個(gè)UHF天線接口（BNC）、2個(gè)GNSS天線接口（BNC）數(shù)據(jù)格式：NMEA-0183/Compass（自定義二進(jìn)制）/CMR/RTCM2.X/RTCM3.X通訊協(xié)議：RS232、TCP/IP通訊協(xié)議存儲(chǔ)：內(nèi)置100MB存儲(chǔ)器（可擴(kuò)展）門(mén)座機(jī)定位及定向星創(chuàng)電子6GPS天線AT300臺(tái)4跟蹤頻段：1575±10MHz/1227±10MHz，1559.052~1591.788MHz，1166.22~1217.37MHz增益：50±2dB噪聲：≤1.5dB極化：右旋圓極化工作電壓：5VDC功耗：≤0.6W連接器：TNC工作溫度：-45℃～+70℃儲(chǔ)存溫度：-55℃～+80℃濕度：100%防潮，完全密封衛(wèi)星定位信號(hào)接收上海司南7數(shù)傳電臺(tái)E32-（915L30）臺(tái)2工作頻段：900-913Mhz,發(fā)射功率：1W,空中速率：0.3K～19.2Kbps,傳輸距離：8Km;工作電壓：10～28VDC，發(fā)射電流：693mA，工作溫度：-40℃～85℃；通訊接口：RS485，天線形式：SMA-K;固定基站與移動(dòng)基站通訊億佰特8高度編碼器GM58S10K6MA12WN臺(tái)1供電電壓和功耗:10~30V功耗＜1.5W,多圈輸出:4096*4096，電流輸出:16位D/A;軸容許載荷徑向40N，軸向：30N，啟動(dòng)力矩：≤10Ncm,最大轉(zhuǎn)速：4000rpm,防護(hù)等級(jí)：IP67；使用環(huán)境溫度：-40℃～85℃；檢測(cè)抓斗高度，通過(guò)高度值計(jì)算抓斗擺幅大連93D激光掃描儀CXJ800臺(tái)1測(cè)量范圍：0.4m～100m（特殊定制可至150m）分辨率：1mm絕對(duì)精度：±1cm；測(cè)量速度：0.1s～105s，3D掃描：5min，通訊接口：RS485：激光波長(zhǎng)：635nm，＜1mW，＜15mm@5m，用于瞄準(zhǔn)，<5mrad，二級(jí)激光；常溫型：-25～50℃，電加熱（更低溫度可定制）；<5℃,內(nèi)置電加熱開(kāi)啟，>8℃關(guān)閉。存儲(chǔ)溫度：-20～70℃。相對(duì)濕度：10～95%RH，無(wú)結(jié)露。3D激光掃描儀防護(hù)等級(jí)：IP67。云臺(tái)防護(hù)等級(jí)：IP66，云臺(tái)工作環(huán)境溫度：-30℃～55℃（可選-40℃～65℃）。電源：220VAC（3D可24V直流供電，也可220VAC供電）功耗：正常<10W，加熱＜35W，云臺(tái)＜40W料位及船緣、船口檢測(cè)深圳10觸摸屏K101臺(tái)1CPU：1.5GHz*4CortexA53QuadCore64位；內(nèi)存/存儲(chǔ)：3G/64MCP一體化存儲(chǔ)器；分辨率：800*1960；全鋼化電容式觸摸屏，硬度：8H,無(wú)線通訊4G,SIM卡：1.8V/3.3V大卡，