張水良 劉治邦 李瀟峰 樊 攀

中交機電工程局有限公司

1 引言

堆取料機是港口散貨物流運輸環(huán)節(jié)的核心設(shè)備，隨著港口智能化建設(shè)的發(fā)展，堆取料機智能化水平也在不斷地提高。目前，散貨堆場存在多臺堆取料機沿同一軌道梁同時作業(yè)時發(fā)生碰撞而導(dǎo)致安全事故的情況?，F(xiàn)有堆取料機多通過安裝在大車行走機構(gòu)上的編碼器定位得出相對位置，但由于大車行走距離較長，以及大車車輪與兩側(cè)軌道之間摩擦力不均等因素，導(dǎo)致出現(xiàn)大車車輪打滑、剎車制動偏移等情況，長時間工作會造成編碼器累積誤差過大，即使通過行走定點校正仍無法徹底克服定位誤差。在港口散貨堆場建立空間坐標(biāo)系，將各堆取料機間的位置關(guān)聯(lián)起來，并采用北斗差分定位技術(shù)和RFID技術(shù)校正定位誤差實現(xiàn)精確定位，再結(jié)合毫米波雷達實時反饋信號組成一級防碰撞預(yù)警、二級緊急制動的定位防碰撞系統(tǒng)，可消除堆取料機作業(yè)過程中的碰撞隱患，從而保證作業(yè)安全。

微寫作不同于傳統(tǒng)作文。它沒有篇幅、體裁和格式的具體限定；它相對于傳統(tǒng)作文來說是一種作文的升華，避免了傳統(tǒng)寫作中為考試而寫作的弊端，使得作文變得更加生動靈活，且融入學(xué)生更多有趣的靈魂和真實情感。它的重點都集中在一個“微”字上，既可以是外在的微，也可以是內(nèi)容上的微；它既沒有傳統(tǒng)記敘文對時間、地點、人物、事件的限定，也沒有議論文對論點、論據(jù)的規(guī)定，更沒有小說對人物、情節(jié)、環(huán)境的要求；它切實將學(xué)生視為微寫作的主體，讓學(xué)生更愿意主動表達自己的情感和觀點。

9月底至10月中旬，每畝茶園施腐熟餅肥100～150公斤或商品畜禽糞有機肥150～200公斤+38%茶樹專用肥(氮-五氧化二磷-氧化鉀=18-8-12或相近配方)30公斤，有機肥和專用肥拌勻后開溝15～20厘米或結(jié)合深耕施用。

2 工程概況

黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期工程(含3臺堆料機、3臺取料機)及黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期(續(xù)建)工程機電設(shè)備工程(含1臺堆料機、2臺取料機、1臺堆取料機)共計10臺大機需配置全自動化堆取料生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)(見表1)。系統(tǒng)由大機精確定位系統(tǒng)、地面校正裝置、現(xiàn)場堆取料掃描系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大機全自動化堆取料監(jiān)控系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)以下功能：大機遠程化操作，在控制室內(nèi)通過操作鍵盤和鼠標(biāo)，對大機進行包括行走、俯仰、回轉(zhuǎn)等動作；大機設(shè)備運行狀態(tài)及現(xiàn)場圖像的遠程監(jiān)控；大機防碰撞報警、安全作業(yè)；大機無人一體化控制。

表1 黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期及續(xù)建工程大機智能化改造清單

3 北斗差分定位技術(shù)

3.1 北斗差分定位

受到很多干擾因素的影響，單臺設(shè)備進行北斗定位精度很低，一般為3～4 m，為提高定位精度，引入了差分技術(shù)。北斗差分定位設(shè)備一般由基準站、流動站和數(shù)據(jù)鏈3部分構(gòu)成，測量時2臺或多臺定位接收機同步觀測北斗衛(wèi)星，1個測站對2個目標(biāo)觀測量、2個測站對1個目標(biāo)觀測量或1個測站對1個目標(biāo)2次觀測量之間進行求差，就可以消去誤差，大幅提高測量精度，采用實時或事后處理技術(shù)可以達到厘米級定位精度(見圖1)。

圖1 北斗系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖

3.2 堆、取料機北斗差分定位配置

本工程每臺堆取料機上安裝1套RFID射頻掃描識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)由RFID射頻控制器、RFID射頻讀取頭，以及地面定點布置的RFID射頻數(shù)據(jù)載碼體組成。堆場軌道梁或皮帶機架每10 m位置安裝1個帶有位置信息的RFID射頻數(shù)據(jù)載碼體，堆取料機行走經(jīng)過時由RFID射頻讀取位置數(shù)據(jù)，并通過RFID射頻控制器與單機工控機進行數(shù)據(jù)交互，將讀取到的定位數(shù)據(jù)與絕對值編碼器、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行比對，發(fā)現(xiàn)誤差時進行強制校正。

圖2 堆料機定位設(shè)備布置圖

圖3 取料機定位設(shè)備布置圖

4 基于RFID射頻掃描識別的定位校正系統(tǒng)

本工程堆取料機采用基于RTK(實時動態(tài))差分北斗定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面固定位置布設(shè)的北斗衛(wèi)星基準站、堆場堆取料機上安裝的北斗衛(wèi)星移動站、中控室布置的后臺應(yīng)用服務(wù)器和監(jiān)控功能軟件，以及終端操作系統(tǒng)組成，動態(tài)定位精度≤±5 cm，系統(tǒng)響應(yīng)時間≤5 ms，穩(wěn)定性能好。北斗衛(wèi)星基準站為堆取料機上的移動站設(shè)備提供精度校正功能；移動站用于采集堆取料機的行走、回轉(zhuǎn)及俯仰數(shù)據(jù)，每臺堆取料機共配置2套北斗移動站設(shè)備：懸臂安裝1套移動站設(shè)備，懸臂頭部和中部分別布置2個衛(wèi)星接收天線，天線饋線接入臂架上的移動站內(nèi)，用于懸臂位置、回轉(zhuǎn)角度、俯仰角度信息采集；大機下部安裝1套移動站設(shè)備，回轉(zhuǎn)中心最高處布置1個衛(wèi)星接收天線，天線饋線接入下部移動站內(nèi)，用于采集單機行走位置及速度信息(見圖2、圖3)。

5 毫米波雷達防碰撞系統(tǒng)

5.1 毫米波雷達

本工程堆取料機臂架前端兩側(cè)各安裝1套毫米波雷達，行走方向前后位置各安裝1套毫米波雷達，工控機實時采集毫米波雷達數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給PLC控制系統(tǒng)，接到數(shù)據(jù)后判斷并執(zhí)行指令。由毫米波雷達組成的防碰撞監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對潛在的空間碰撞物體的識別，并直接與單機的PLC控制系統(tǒng)進行通信，無需過多分析和處理即可發(fā)出防碰撞指令，實現(xiàn)主動單機防碰撞監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖4 毫米波雷達檢測距離及波束角

5.2 堆場堆取料機毫米波雷達配置

毫米波雷達采用多普勒原理，可快速掃描被測物體，生成與被測物體間距離、速度關(guān)系表，通過算法實現(xiàn)與被測物體間防碰撞預(yù)警和報警停機功能(見圖4)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①掃描速度快，可達17次/s；②測量距離遠，可達250 m；③對復(fù)雜環(huán)境目標(biāo)檢測迅速，可實時傳送測量數(shù)據(jù)；④設(shè)備安裝可靠。

6 空間坐標(biāo)體系

當(dāng)北斗基站位置選定后，它與每條軌道梁的端點距離是固定的，以北斗基站為原點、平行軌道梁方向為X軸、垂直軌道梁方向堆場寬度為Y軸、以垂直地面空間高度為Z軸，建立空間坐標(biāo)系(見圖5)。

圖5 北斗基站和堆、取料機軌道布置圖

由空間解析幾何可知，在三維直角坐標(biāo)系中，任何1個點的位置都可以通過建立起來的X、Y、Z3個坐標(biāo)來確定。但在衛(wèi)星傳輸信號的過程中，由于電離層等多種因素干擾，只獲取A、B、C3點的數(shù)據(jù)是不夠的，當(dāng)測得某一點與這3點的距離時需要重新引入一個新的變量t，通過t變量重新建立起1個三元方程組，通過幾何解析可獲得該點與X、Y、Z的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而該空間上的某點就可以通過計算獲取具體位置，具體衛(wèi)星分布和計算見圖6。

“你想喚醒它的力量嗎？”黑袍人勾起了他對那些傳說的遐想和神往，卻又并不說細，只用一種帶著誘惑力的語氣問道。

圖6 空間坐標(biāo)示意圖

根據(jù)堆取料機上移動站的安裝位置，可計算出堆取料機和懸臂所在的空間位置，通過光纜實時回傳到中控室防碰撞系統(tǒng)服務(wù)器，防碰撞系統(tǒng)通過接收到的移動站定位數(shù)據(jù)，進行防碰撞建模運算，對存在碰撞可能性的堆取料機進行實時監(jiān)控和碰撞預(yù)判，對高風(fēng)險的堆取料機發(fā)出報警和停機指令，同時將預(yù)警信息發(fā)送到值班人員操作界面，提醒進行人為干預(yù)以消除隱患。

7 結(jié)語

通過對堆場建立空間坐標(biāo)體系，實時采集北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，再結(jié)合RFID技術(shù)校正定位誤差和毫米波雷達防碰撞系統(tǒng)，實現(xiàn)堆取料機自動定位和防碰撞控制。同時，可實現(xiàn)堆取料機的遠程操作，減少人員投入，改善司機的作業(yè)環(huán)境，降低其勞動強度，為散貨碼頭自動化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。