Flag板定位系統在自動化軌道吊大車位置校驗中的應用

何國榮

近年來，隨著自動化技術不斷發展及自動化集裝箱碼頭的興起，自動化軌道吊成為各大集裝箱碼頭堆場的主要裝卸設備。在自動化軌道吊作業過程中，大車位置校驗精度直接影響整個集裝箱堆場作業安全和效率。常規軌道吊采用絕對值編碼器檢測大車位置，其精度較差，不能滿足自動化集裝箱堆場作業需求。針對自動化軌道吊大車運行距離較長、海陸側跨距較大、堆場軌道不平等作業特點，可采用Flag板定位系統校驗大車位置，從而提高大車定位精度。本文結合廣州港股份有限公司南沙集裝箱碼頭分公司（以下簡稱“南沙三期碼頭”）自動化升級改造項目特點，采用Flag板定位系統對自動化軌道吊大車位置進行冗余校正，并分析自動化軌道吊大車Flag板定位系統的常見故障及解決方案，以期為其他碼頭自動化升級改造提供參考。

1 自動化軌道吊大車Flag板定位系統方案

在Flag板定位系統模式下，自動化軌道吊大車海陸兩側的Flag板激光限位器通過掃描堆場內的Flag板校驗大車位置，具體執行方案如下。

（1）在自動化軌道吊大車海陸兩側車輪上各安裝1個絕對值編碼器，采用DP通信，直接接入電氣房可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）的261通信模塊，用于讀取大車位置信息。

（2）在自動化軌道吊大車海陸兩側各加裝1個Flag板激光限位器。Flag板激光限位器的工作原理是：發射端發射激光至接收端，當發射端與接收端被隔開時，由Flag板激光限位器將信號傳給PLC。

（3）將Flag板安裝在堆場海陸側奇數貝位中心位置，即每2塊Flag板間的距離約為6.4 m，Flag板寬度為10 cm。

2 自動化軌道吊大車Flag板定位系統調試

2.1 硬件調試

（1）確認軌道吊海陸兩側大車絕對值編碼器的圈數是否滿足大車在整個堆場運行距離的要求。南沙三期碼頭半自動化軌道吊所使用的絕對值編碼器圈數范圍為1 536～1 791，共255圈;半自動化軌道吊作業區域跨越2個堆場，總長度約為410 m。經過計算和測量，絕對值編碼器圈數只須達到50圈即可滿足整個行程需求。

（2）確認堆場內Flag板位置。本項目采用全站儀采集整個堆場內海陸兩側Flag板坐標，坐標精度為1 mm。將采集到的Flag板坐標填入PLC控制程序717內的H13.15（海側）和H13.16（陸側）程序寄存器參數表（見圖1）。本項目只在奇數貝位安裝Flag板，因此須自行計算偶數貝位位置，計算公式為：偶數貝位位置=（左側奇數貝位位置+右側奇數貝位位置）/2。

（3）檢測Flag板激光限位器信號是否能正常傳輸到PLC。

2.2 軟件調試

（1）將堆場內每個貝位對應的海陸側大車位置輸入PLC控制程序717內的H13.15（海側）和H13.16（陸側）程序寄存器參數表，并重新標定大車編碼器精度，即用實際大車移動距離除以變化的脈沖量，計算出1個脈沖對應的移動距離為0.422 3 mm，將數值填入H13.15和H13.16程序寄存器參數表。

（2）堆場大車貝位長約3.2 m，從中取一半值即1.6 m作為參數L006檢測范圍。變量I代表貝位，變量J代表累加變量。通過717控制程序WHILE語句進行I和J寄存器的累加，大車每刷過1個Flag板，即將對應貝位的寄存器參數大車位置提取出來，從而實現大車位置冗余校正。

（3）為了提高自動化軌道吊大車Flag板定位系統精度，避免出現誤置位現象，在717程序內加入大車位置脈沖檢測和大車位置補償程序，從而優化大車Flag板定位系統的穩定性。大車位置脈沖檢測程序邏輯為：檢測大車編碼器位置與Flag板位置寄存器參數表，當且僅當大車位置在距離Flag板50 cm范圍內時，大車置位DB001才能運行，從而允許大車位置置位。大車位置補償程序邏輯為：Flag板寬度為，為了防止Flag板寬度導致大車在左右行走過程中出現置位偏差，通過檢測大車左右行走方向，執行大車位置補償程序（見圖2）。

3 自動化軌道吊大車Flag板定位系統常見故障及解決方案

由表1可見，2020年南沙三期碼頭自動化軌道吊大車Flag板定位系統共發生故障37次，其中：大車位置偏差故障26次，大車位置對位檢測故障9次，大車位置通信故障2次。

3.1 大車位置偏差故障

大車位置偏差故障指軌道吊海陸兩側大車位置相差超過150 mm。根據統計分析，造成大車位置偏差故障的原因有：堆場內異物干擾Flag板對位激光器;Flag板損壞或者對位激光器損壞或失準;堆場軌道異常導致大車在運行過程中抖動。大車位置偏差故障的處理流程如下：技術人員現場確認堆場狀況、大車軌道、Flag板、對位激光器等是否正常;若檢查無異常，則將自動化軌道吊運行模式切換至本地大車操作站模式，本地手動操作控制軌道吊運行大車刷過最近貝位的Flag板，重新置位大車位置;若檢查有異常，則采取清除堆場異物、更換Flag板、更換或調整對位激光器、調整大車軌道等措施解決故障，并按上述步驟重新置位大車。

3.2 大車位置對位檢測故障

大車位置對位檢測故障指軌道吊大車海側或陸側在運行過程中無法刷到Flag板，停止遠程自動運行大車，切換至遠程手動模式。導致大車位置對位檢測故障的主要原因包括Flag板損壞、對位激光器損壞或失準。故障解決方案為：更換Flag板或對位激光器，并按上述步驟重新置位大車。

3.3 大車位置通信故障

大車位置通信故障指大車絕對值編碼器與PLC的261通信模塊無法通信，導致大車位置信號丟失。導致大車位置通信故障的原因包括大車絕對值編碼器損壞 、大車絕對值編碼器與261通信模塊的DP通信接頭異常。故障解決方案為：檢測大車絕對值編碼器和DP通信接頭，更換受損的大車絕對值編碼器和DP通信接頭。

大車位置通信故障會導致大車位置丟失，此時須重新賦值置位給大車編碼器，具體流程如下：第一步，現場確認設備對應堆場實際貝位，使大車行走至海陸兩側，對位激光器對準Flag板;第二步，打開717控制程序H13.15（海側）和H13.16（陸側）中的DB001（大車置位）強制通;第三步，輸入堆場實際貝位;第四步，將程序中對位激光器IB0214E信號改成常開、常閉，保存程序觸發大車位置置位，并將數值傳送至大車編碼器。

4 自動化軌道吊大車Flag板定位系統應用優勢

（1）系統結構簡單，改造成本低，只須在相應堆場貝位安裝Flag板，并在自動化軌道吊大車海陸側各安裝1對Flag板對位激光器即可。

（2）系統定位精度高，可滿足自動化作業需求。自動化軌道吊大車每經過1個貝位就會對大車位置進行置位校正，精度達5 mm，從而大幅度提升大車位置數據的穩定性和準確性，滿足自動化軌道吊作業需求。

（3）系統故障率低，維修簡單，維護成本低，在日常維護保養過程中只須檢查系統硬件及通信情況。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-04-29）