RTG操作模拟器的设计应用

厦门集装箱码头集团有限公司　陈瑞锦



RTG操作模拟器的设计应用

厦门集装箱码头集团有限公司陈瑞锦

该文探讨轮胎式集装箱龙门吊（简称“RTG”）操作模拟器的设计及应用，提出采用便携式RTG远程操作模拟器开展设备维修定检，并着重介绍RTG无线操作模拟器的设计及应用情况，从而提高设备维修效率和减少操作司机加班次数。

轮胎式龙门吊 远程操作 模拟器

0　引言

在港口集装箱装卸行业中，轮胎式龙门吊（以下简称“RTG”）是主要的堆场装卸机械。由于设备成本高、工作效率高，RTG的维护是港口作业设备管理部门的一项重要工作任务。RTG采用了最先进的控制设备，需要有较强技术能力的技术人员进行维护保养与维修，也必须由受过专业及安全认证培训的司机才能进行设备操作。这样，经过认证的司机既要面对设备维护配合协助，也要全力保障装卸生产。随着生产规模的不断加速扩大，有相应技能的司机人数出现较大缺口，设备维护水平与生产高效运行形成了一对矛盾。为解决这一问题，我们在开展RTG电控系统改造时设计了RTG操作维修模拟器，设想通过一个远程控制台（可无线接入）由维修人员随身携带，根据需要操作RTG的各个机构，确保定检达到良好的效果。

RTG操作模拟器的设计思想来源于日常维修吊具用的吊具模拟器。吊具是码头装卸设备必备的关键部件，一般吊具故障占设备故障的比例达30%。因此，为保障吊具稳定、可靠地运行，需要不断地定期检修维护、反复测试，以达到良好的工况。而从设备上换下的吊具一般通过吊具模拟器来测试工况。技术人员通过一边操作吊具机构一边查找发现问题，不影响装卸作业。因此，通过设计RTG操作模拟器将司机操作联动台改成了可移动式，这样它既可以作为通用型的吊具模拟器，还可以用于其他机构的动态定检，特别是制动器调整等方面的应用。

另外，为了能较快培养出一批港口机电设备维护保养与维修的高技能技术人才，应当让新进的技术人员有一个真实的实践培训环境，但由于装卸作业繁忙、设备价格昂贵及运行费用高等问题，不可能让新进技术人员在作业现场停机很长时间来学习设备保养维修技能。为此，通过一个可模拟操作的控制器来帮助他们掌握设备机构动作原理及性能调整等知识，使新员工具有一定的设备维护与维修的实践能力。另外，着眼长远，眼下RMG、RTG的远程自动化操作是近年国内许多码头正在开展的一项主要改造项目。RTG远程操作联动台通过PC，一个模拟联动台可实现对多台设备的控制与操作，对将来港口自动化有着较好的技术论证作用。

1　设计思路及主要技术环节

首先，我们列出了综合装置的设计需求：

（1）具备充足的便携性及连接RTG设备的稳定快捷性。

（2）可连接不同的PLC系统，即支持Siemens、GE、Yaskawa等系统PLC的接入。

（3）具备简洁的可操作性，能实现不同RTG操作之间动态、快速的切换。

（4）操作人员可以进行大车点动、小车起升、固定速度运行及吊具功能等动作。

（5）方便进一步扩展功能，实现一对多的无线控制操作，并对故障予以实时显示、反馈。

根据以上所列举的需求，进一步进行方案配置的细化及现场调研，得到如下结果：

一是便携、稳定、可靠性的设计。根据现场实际工作环境，RTG远程模拟操作台尺寸要做到尽可能小，其重量要小于10kg，还要坚固牢靠，防水防尘防油污。

二是要实现连接多种不同的PLC系统，应考虑在装置内设置安装有OPC（开放对象过程控制接口）的微型PC。

三是要实现动态快速切换所控设备，应能在模拟装置上安装可视的小型多功能PLC装置。

通过以上设计，可以满足第（4）、（5）项需求。RTG操作模拟器的具体系统框图设计如图1所示。

图1　

参考RCMS抄表系统的相关配置，小型可视化PLC选取了HORNER XL7 一体机系列，它集成了I/O功能、2路以太网通信、2路串口通信、7寸屏人机交互HMI组态。微型PC选取ADVANTECH的ARK1503工控机，它体积小、接口丰富。OPC软件有很多产品可以选择，有Siemens simatic OPC， ABB MicroSCADA， KEPware KEPServer EX等。KEPServer Ex 运行环境要求不高，网络传输延迟少，安装方便，在ARK1503上测试安装效果好。在模拟台控制PLC组态平台中选择设备号，Horner PLC 将自动更改OPC 软件对应设备号的IP地址，从而实现对该台设备的监控。整体模拟器软件结构上数据流示意如图2所示。

图2　

Horner PLC系统部分负责采集联动台 I/O数据，通过PLC与PC之间的通信收发交互2个DWORD （RTG通信接收控制字）。RTG PLC与KEPserver Ex OPC通信收发2 个DWORD：

系统以CIMPLICITY 软件作为控制平台。CIMPLICITY软件安装在 ARK1503主机上，后台设置 OPC 及CIMPLICITY自动运行，负责读取模拟台 PLC数据，通过PC将数据传递到RTG主控制PLC中。读取RTG PLC数据，通过PC将数据传递到模拟台控制PLC中。

其次，配置简易版的RTG操作模拟器。RTG操作模拟器面板上选取安装有可视化多功能的HORNER PLC，以及控制需要的所有指令开关、信息反馈用的所有指示灯系列，如图3所示。

图3　

由于模拟台空间限制，Horner PLC提供HMI（人机界面）组态功能，辅助模拟台显示，指示灯功能（由于指示灯不够，由可视PLC系统提供页面组态辅助显示），IP 地址显示（系统提供联动台PLC，控制PC，RTG操作PLC IP地址），故障显示功能（系统提供联动台PLC—控制PC通信故障，RTG操作PLC与控制PC通信故障显示），如图4所示。界面通过Crane ID，可输入设备号的控件按钮进行操作对象的IP地址切换。人机界面右下角设计系统关机控件按钮，使安装有OPC的微型工控机能正常通过响应关机指令而关闭。

图4　

目前设备定检通常有4个技术人员参与，2人负责机械检查，2人进行电气设备整修保养。在不运行设备的时候即不需要司机配合情况时为静态检查，检查项目包括设备外观检查、筋构件检查、发动机保养、吊具紧固、轮胎、蓄电池等。许多静态检查发现的问题也可能需要司机参与配合。而在设备定检时，许多动态检查项目则需要司机全程配合检修，比如，钢丝绳润滑检测、吊具功能检查、转场机构、联动台、电气限位工况、轴承、滑轮等项目。而电气方面要求做到设备各个机构操作运行的完整测试，定检人员有时需要兼顾操作及状态监视。因此，操作模拟器有必要设置定检环节。

2　运行安全设计

模拟器操作安全是模拟器装置设计非常重要的环节。操作安全上，需考虑包括司机操作及模拟器操作的并列运行和切换、设备故障的处理、通讯状态检测、信号延迟问题等。由图2可知，原RTG主PLC的运行程序必须相应进行修改，以适应有模拟器加入控制的状态。在RTG下方原紧急停止按钮旁安装一个防护级别的模拟器操作及驾驶室操作选择开关，采用模拟器控制时将开关选定相应位置即可。在 RTG PLC中，设计并列运行的机构控制运行指令进行切换运行，如图5所示。

图5　

模拟器具备移动功能，因此需要设计无线连接，即使用Wifi操作。该模拟台设计有两种通信连接模式：（1）网线直接连接；（2）通过无线方式连接。选用 2个非工业级、型号TL-MR12U、带后备电源功能的无线路由器，一个设备直接接在原RTG已有的CMS及PLC网络中，另一个设备连接到模拟器的HORNER PLC网络中。其中一台设备采用AP模式，另一台采用中继模式，在RTG小车顶使用模拟器时，连接原RCMS的网络；在地面时，连接新装的TL-MR12U装置。由于无线网络难免存在通讯信号强弱的问题，需要在RTG主PLC程序中编写相应的检测程序，进行通讯状态的识别及处理，以保障数据通讯延迟在一定的限度内，确保指令与动作的一致和实时性。图6是其中一段主要的程序段，用于检测通讯延迟情况，原理是利用设计的专用通讯数据实时累加在一个完整的发送和接收过程前后进行比较，其累加差值应保持在一个相对确定的范围。

图6　

当然还有其他许多安全设计，均体现在两个PLC程序的编写上。比如，模拟台操作指令初始状态的检测、设备故障的处理等等，都有相应的程序加以优化和保护。

3　结论及展望

设计用于轮胎式龙门吊的移动操作模拟器可以有效减少参与配合维修的RTG司机人数，降低司机加班时间，并有效提高设备维修定检的质量。RTG操作模拟器的设计使用，在充分考虑安全性的基础上，避免繁琐复杂的人工往返操作，降低了劳动强度。当前，半自动化及全自动化无人操作堆场改造已成为国际趋势，它能很好解决昼夜操作对码头平衡效率的要求，对于提高集装箱堆场和设备的利用率、降低运营成本起到非常重要的作用。RTG模拟器的测试及应用能较好地为未来进一步在 RTG上使用集装箱码头自动化无人操作技术提供很好的技术储备。

［1］ 刘晓光， 陈伟彬， 吴勤勤. OPC技术在工业自动化中的应用［J］. 电气时代，2003（7）: 44-46.

［2］ Roy Blake.周金萍，唐伶俐. 无线通信技术［M］.北京：科学出版社，2004.

［3］ 彭晓光， 刘杰强. 远程监控系统在起重机管理系统中的应用［J］. 港口科技， 2004 （6）: 17-19.