一种抓斗卸船机远程遥控系统

技术领域

本发明涉及抓斗卸船机控制技术领域，具体涉及一种抓斗卸船机远程遥控系统。

背景技术

抓斗卸船机工作时，根据来船大小，经常是少则一天24小时多则要连续工作72小时，“人停车不停”式工作，操作人员很容易疲劳；加上工作时窗口玻璃又不能关闭，操作人员是夏日高温、冬日严寒环境下非常辛苦。且毎台卸船机均需配备两名操作员，人力成本也较高。

发明内容

为了操作人员劳动强度，提高抓斗卸船机工作效益，降低成本。本发明提供一种抓斗卸船机远程遥控系统，不但能够解决卸船机远程操作控制问题；同时也能够做到一人操作多台卸船机，并且可以与生产调度系统联网通讯。实现码头无人化作业，降低了抓斗卸船机作业成本，提供了工作效率。

本发明采取的技术方案为：

一种抓斗卸船机远程遥控系统，该系统包括：

GIS监控管理平台、客户端T5820、操作台CX-LHJBB03、固定基站M300、卸船机监控系统、船头船尾定位装置；

GIS监控管理平台通过交换机4HI-08分别连接客户端T5820、操作台CX-LHJBB03；

GIS监控管理平台通过5G通讯模块CPEPRO与卸船机监控系统通讯连接；

卸船机监控系统分别连接现地遥控接收机JT-KP、固定基站M300；

卸船机监控系统、船头船尾定位装置均与固定基站M300通讯连接。

所述交换机4HI-08连接流媒体服务器DVSCAR-51，流媒体服务器DVSCAR-51连接拼接屏CB5503S。

所述卸船机监控系统包括监控终端主机部分、小车监控部分、抓斗监控部分、船舶监控部分,监控终端主机部分分别连接小车监控部分、抓斗监控部分、船舶监控部分、船头船尾定位装置。

所述监控终端主机部分包括：PLC控制器S7-1500，触摸屏TCP7062Ti、3D激光扫描仪CX-JS800、移动基站2CX-E728；

PLC控制器S7-1500分别连接起重机操作手柄、起重机工作模式选择开关、触摸屏TCP7062Ti、交换机3HI-08；

PLC控制器S7-1500分别连接风速传感器YS-CF、抓斗高度编码器、小车变幅编码器；

PLC控制器S7-1500分别连接防摇摆模块CX-FY400、左大车行走变频器、右大车行走变频器、起升变频器，防摇摆模块CX-FY400连接小车变幅变频器；

交换机3HI-08分别连接5G通讯模块CPEPRO、移动基站2CX-E728、起重量限制器CQA01、应力应变采集仪DH3820、扫描仪控制器CX-S8000；

移动基站2CX-E728分别连接定位天线2AT300、数传电台4SZ02，起重量限制器CQA01连接重量传感器JZ-1，应力应变采集仪DH3820连接应力应变传感器DH1101，扫描仪控制器CX-S8000连接3D激光扫描仪CX-JS800；

PLC控制器S7-1500分别连接数传电台3SZ02、现地遥控接收机JT-KP。

PLC控制器S7-1500连接交换机2HI-08，交换机2HI-08连接录像机DS-7808N-K2，录像机DS-7808N-K2连接显示器E1715Sc，交换机2HI-08连接交换机3HI-08。

所述小车监控部分包括：电力猫3WD-200M、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180、开关电源2LRS-250-12、交换机11005、电力猫2WD-200M、磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180；

AC220V电源分别连接电力猫2WD-200M、开关电源2LRS-250-12、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180、磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180、电力猫3WD-200M；

开关电源2LRS-250-12连接电力猫2WD-200M，电力猫2WD-200M连接交换机11005，交换机11005连接小车摄像机；电力猫3WD-200M连接交换机2HI-08。

所述抓斗监控部分包括：电力猫1WD-200M、交换机5005、移动基站1CX-E728，GPS天线1AT300、数传电台1SZ02、抓斗摄像机、开关电源1LRS-350-24、电源管理器CX-DY02、数传电台2SZ02、抓斗探照灯；

AC220V电源分别连接电力猫1WD-200M、开关电源1LRS-350-24，电力猫1WD-200M连接交换机5005，交换机5005分别连接移动基站1CX-E728、抓斗摄像机，移动基站1CX-E728分别连接GPS天线1AT300、数传电台1SZ02；

开关电源1LRS-350-24连接电源管理器CX-DY02，电源管理器CX-DY02连接抓斗探照灯，电源管理器CX-DY02连接数传电台2SZ02；

所述船舶监控部分包括全方位监控球机DHK-EX300、左大车监控摄像机BS-CA33-IP、右大车监控摄像机BS-CA33-IP、自动跟踪摄像机；

全方位监控球机DHK-EX300、左大车监控摄像机BS-CA33-IP、右大车监控摄像机BS-CA33-IP、自动跟踪摄像机均连接交换机2HI-08。

所述船头船尾定位装置包括船头移动基站、船尾移动基站；

船头移动基站包括开关电源1LRS-150-12，AC220V电源连接开关电源1LRS-150-12，开关电源1LRS-150-12连接移动基站3CX-E728，移动基站3CX-E728分别连接GPS定位天线3BT5630、数传电台5SZ02、数传电台6SZ02；

船尾移动基站包括开关电源2LRS-150-12，AC220V电源连接开关电源2LRS-150-12，开关电源2LRS-150-12连接移动基站4CX-E728，移动基站4CX-E728分别连接GPS定位天线4BT5630、数传电台7SZ02、数传电台8SZ02。

本发明一种抓斗卸船机远程遥控系统，技术效果如下：

1)通过使用GIS电子地图技术及卫星定位技术，实现抓斗卸船机码头场地电子地图及卸船机、抓斗、路轨、泊位、船舶数字化建模，使卸船机码头数字化、智能化成为可能；

2)使用AI人工智能技术使卸船机智能化，卸船机可以根据遥控操作指令自动寻找工位，并依据船舱位置及涨潮高度自动调整小车幅度及抓斗高度，自动到船舱抓煤作业；

3)远程遥控/现地控制功能：操作人员可以在客户端或者控制台通过云服务平台向卸船机监控终端下达抓运任务，卸船机终端可以按照控制流程自动进行作业，也可以通过人工远程操作控制卸船机作业，并且备有现地遥控及车上手动控制功能，操作人员可以依据现场工况调整作业方式；

4)使用GIS矢量电子地图技术、卫星定位技术及AI人工智能开发了卸船机防摇摆数字模型，空中甩斗作业模型，可以有效抑制卸船机抓斗摆幅，实现卸船机抓斗自动防摇摆及精准定位，可以有效缩短抓斗运行时间，提高卸船机作业效益；

5)本发明使用GIS矢量电子地图技术、卫星定位技术开发了卸船机电子安全围栏，抓斗电子安全围栏，通过电子安全围栏技术的开发实现了卸船机抓斗与船缘之间的安全隔离、卸船机与卸船机之间防碰撞等，可以有效防止抓斗误抓船缘及卸船机与周边障碍物碰撞的安全风险；

6)抓斗全天候、不间断高效照明装置，任何时候均都可以对抓斗下作业工况实现远程高清监控，从而实现远程可视化作业；

7)卸船机智能监控终端，可以自动识别船缘位置、船舱口高低、漏斗位置、自动计算料堆大小、料堆高低等，使抓斗智能化作业成为现实；

8)智能视频跟踪监控抓斗运行功能，视频监控系统可以自动跟踪监控抓斗任意作业工况，全方位辅助操作人员安全操作；

9)使用CAE在线采集分析技术，实现了卸船机关键机械结构疲劳在线监测及预警，可以有效提高卸船机维护的科学性；

10)一人控制多台卸船机作业，实现了降本增效；

11)磁滞式电源卷筒，确保小车监控设备电源、抓斗监控设备电源得以可靠输送。

附图说明

图1为本发明系统总体架构示意图。

图2为卸船机码头GIS电子地图开发流程图。

图3为卸船机行走轨道数字化工作流程图。

图4为数字化泊位建模流程图。

图5为船舶数字化建立流程图。

图6为卸船机数字化建模流程图。

图7为抓斗数字化建模流程图。

图8为卸船机电子安全围栏的建立流程图。

图9为抓斗电子安全围栏建立流程图。

图10为建筑物电子安全围栏建立流程图。

图11为船舱口电子安全围栏建立流程图。

图12为本发明固定基站配置图。

图13为本发明卸船机远程遥控系统组成原理图。

图14为本发明卸船机远程遥控系统硬件连接图。

图15为小车、抓斗监控部分工作原理图。

图16为船头定位工作原理图；

图17为船尾定位工作原理图。

图18为小车、抓斗监控原理图。

图19为卸船机视频监控原理图。

图20为卸船机防摇摆控制系统原理图。

图21为船舱位置及料堆位置识别原理图。

具体实施方式

一、系统原理：

根据抓斗卸船机工作特点及工况要求，本发明采用SOA技术架构和B/S结构搭建抓斗卸船机自动化GIS监控管理平台，利用GIS电子信息技术、大数据及AI技术，为抓斗卸船机自动化控制提供数字化、可视化监控；然后再采用GPS定位、3D数字扫描、CAE在线监测分析、5G通讯等先进手段，实现抓斗防摇摆、空间防碰撞、物料识别、障碍物识别、机械结构疲劳预测性维护等，从而实现抓斗卸船机的远程遥控，并且可以与生产调度系统通讯联网，为杂货码头实现无人化作业、降本增效提供先进技术支持。系统总体架构如图1所示，系统分为三部分：数据采集及控制部分、云服务部分、管理调度部分；数据采集及控制部分主要有各种传感器、PLC、变频器、触摸屏等组成，主要负责抓斗卸船机的信息采集及控制；云服务部分主要由GIS电子地图、云服务器、数据库等组成，主要负责为抓斗卸船机终端提供GIS电子地图支持及云计算、AI计算支持服务等，管理调度部分主要负责抓斗卸船机任务安排及远程控制。

二、系统各个功能的实现：

2.1.卸船机码头GIS电子地图设计：

首先由客户单位提供卸船机码头、设备等CAD地图，我们在此基础上采用美国ESRI公司的MO(Map Objects)组件式GIS软件，以文件形式组织和管理矢量数据和影像数据，从而在同一环境中显示多源的空间数据，实现地理空间数据的操作功能。然后建立基于oracle数据库，以ID联结图形和属性数据，实现空间信息和属性信息的综合应用。使用Microsoft VB(Visual Basic)Enterprise Edition作为软件开发工具，结合MO的GIS功能和oracle关系数据库管理功能，建立系统用户界面，提供空间和属性数据浏览、查询、统计、调用、制图等系统工具，实现对码头内各种设备实时的、动态的导航定位、显示、存储发布的应用平台，以便为卸船机远程控制提供数字支持创造条件，卸船机码头GIS电子地图开发流程如图2所示。

2.2.设备数字化建模处理：电子地图设计完成以后，就可以利用电子地图将卸船机行走轨道，泊位、卸船机、抓斗、船舶建模，然后分别固化、编号存入数据库。

2.2.1.卸船机虚拟数字轨道建立：

通过虚拟数字化轨道的建立，可以为大车寻找船舶停靠泊位，抓斗定位提供可视化依据，为系统自动化控制奠定基础；卸船机行走轨道数字化工作流程图如图3所示。

2.2.2.船舶停靠泊位数字化建模：

通过数字化泊位的建立，可以为船舶停靠泊位建立数字化基础，为大车寻找泊位，抓斗定位提供可视化依据，泊位数字化建立流程如图4所示。

2.2.3.船舶数字化建模：

通过虚拟数字化船舶的建立，可以为卸船机定位、抓斗运行、电子围栏设置、3D数字扫描仪建立数字化基础，为大车寻找船舶，电子围栏、抓斗定位等提供可视化依据，船舶数字化建立流程图5所示。

2.2.4.卸船机数字化建模：

通过数字化卸船机的建立，可以为抓斗运行、卸船机防碰撞、3D数字扫描仪建立数字化基础，为大车寻找泊位，抓斗定位提供可视化依据，卸船机数字化建模流程如图6所示。

2.2.5.抓斗数字化建模：

通过数字化抓斗的建立，可以为抓斗精确运行、防摇摆、防误抓船缘、进出船舱、甩斗作业等建立数字化基础，为抓斗运行、抓斗精确定位提供可视化依据，抓斗数字化建模流程如图7所示。

2.2.6.卸船机电子安全围栏的建立：

系统组成：系统是由GIS电子地图、oracle数据库、5G通讯模块CPEPRO、交换机3HI-08、PLC控制器S7-1500、触摸屏TCP7062Ti、卸船机移动基站2CX-E728、GPS定位天线2AT300、抓斗移动基站1CX-E728、GPS定位天线1AT300等组成。工作原理：

卸船机电子安全围栏功能是通过现场GIS电子地图、数据库技术在GIS电子地图上，圈定卸船机大车及抓斗等禁止进入或者驶出坐标范围，当卸船机移动基站2CX-E728的GPS定位天线2AT300或者抓斗移动基站1CX-E728的GPS定位天线1AT300一旦驶入或者驶出这个范围，就会触发GIS监控平台的报警，GIS平台就会通过5G通讯模块CPEPRO、交换机3HI08、卸船机监控终端的PLC控制器S7-1500、触摸屏TCP7062Ti报警，触摸屏TCP7062Ti就会命令PLC控制器S7-1500停止大车行走变频器ATV930或者变幅变频器ATV930继续运行，从而保护卸船机大车或者抓斗不与周边障碍物发生碰撞。建立流程图如图8所示。

2.2.7.抓斗电子安全围栏建立流程图如图9所示。

2.2.8.周边建筑物、障碍物、船舱口电子安全围栏的建立：

系统组成：系统是由GIS电子地图、数据库、5G通讯模块CPEPRO、交换机3HI-08、PLC控制器S7-1500、触摸屏TCP7062Ti、卸船机移动基站2CX-E728、GPS定位天线2AT300、抓斗移动基站1CX-E728、GPS定位天线1AT300、便携式船舶移动基站3CX-E728、GPS定位天线3AT300、便携式船舶移动基站4CX-E728、GPS定位天线4AT300等组成。工作原理：

卸船机周边建筑物、障碍物、船舱口电子安全围栏功能也是通过现场GIS电子地图、数据库技术在GIS电子地图上，圈定建筑物、障碍物、船舱口等禁止进入或者驶出坐标范围，当卸船机移动基站2CX-E728的GPS定位天线2AT300或者抓斗移动基站1CX-E728的GPS定位天线1AT300一旦驶入或者驶出这个范围，就会触发GIS监控平台的报警，GIS平台就会通过5G通讯模块CPEPRO、交换机3HI08、卸船机监控终端的PLC控制器S7-1500、触摸屏TCP7062Ti报警，触摸屏TCP7062Ti就会命令PLC控制器S7-1500停止大车变频器ATV930或者变幅变频器ATV930继续运行，从而保护卸船机大车或者抓斗不与周边建筑物、障碍物、船舱口等发生碰撞。流程图如图10、图11所示。

三、建立云服务器：

为了有效利用云资源为卸船机自动化服务，云服务器配置如下：

四、固定基站M300安装：

固定基站是为北斗卫星移动接收基站实时校准的重要设备，没有固定基站要进行高精度定位控制是不可能实现的，所以，系统必须75KM范围内设置一个固定基站，固定基站M300配置如图12所示。

五、卸船机远程遥控功能的实现：

5.1.卸船机远程遥控系统的工作原理：

5.1.1卸船机远程遥控系统的组成：

系统是由GIS监控管理平台(云服务)、5G通讯CPEPRO、客户端T5820、操作台CX-LHJBB03、流媒体服务器DVSCAR-51、拼接屏CB5503S、GPS固定基站M300、现地遥控器JT-KP、视频监控系统CX-SXJ03、3D激光扫描仪CX-S8000、卸船机监控终端S7-1500、小车监控部分CX-SXJ02、抓斗监控部分CX-E728、船头便携式移动基站CX-E728、船尾便携式移动基站CX-E728等部分组成，原理图如图13所示。

5.1.2.卸船机远程遥控系统工作原理：

工作时，操作人员首先通过客户端对全方位监控球机进行遥控操作，通过拼接屏对卸船机工作环境进行视频巡查，查看现场环境是否适合远程遥控作业标准，符合远程作业标准后开始通过客户端根据电子地图的位置对卸船机监控终端发布各种控制指令，云平台通过5G通讯将命令转发给卸船机监控终端，卸船机监控终端按照客户端命令去执行；当抓斗到达指定位置以后，由3D激光扫描仪对船舱抓料场景进行扫描，然后将扫描结果送给卸船机监控终端，监控终端根据3D激光扫描仪调整卸船机大车位置，使抓斗到位开始作业；GPS固定基站工作时，是将自己接收到的卫星定位信息不断与卸船机控制系统的移动基站进行通讯，不断将自己的坐标送给移动基站，由移动基站对自己的坐标不断进行修正，从而提高卸船机及抓斗定位精度，供卸船机控制系统定位操作使用；

如果经过视频巡查，发现现场不符合自动化操作条件，操作人员就可以通过操作台进行手动操作控制。

5.2.卸船机监控终端工作原理：

卸船机监控终端的组成：它是由卸船机监控终端主机部分、小车监控部分、抓斗监控部分、船舶监控部分等四部分组成；

卸船机监控终端主机部分是由起重机操作手柄、起重机工作模式选择开关(自动/半自动)、PLC控制器S7-1500，触摸屏TCP7062Ti、3D激光扫描仪CX-JS800、北斗卫星定位移动基站2CX-E728、北斗卫星定位天线2AT300、数传电台4SZ02、起重量限制器CQA01、风速传感器YS-CF、抓斗高度编码器1GM58S10K6MA12WN、抓斗高度编码器2GM58S10K6MA12WN、小车变幅编码器3GM58S10K6MA12WN、应力应变传感器DH1101、应力应变采集仪DH3820、起升变频器1ATV930、起升变频器2ATV930、小车变幅变频器ATV930、防摇摆模块CX-FY400、左大车行走变频器ATV930、右大车行走变频器ATV930、5G通讯模块CPEPRO等组成；

小车监控部分主要由以下设备组成：

电力猫3WD-200M、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180、开关电源2LRS-250-12、交换机11005、抓斗摄像机1CX-SXJ02、抓斗摄像机2CX-SXJ02、电力猫2WD-200M、磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180等组成；

抓斗部分主要由以下设备组成：

电力猫1WD-200M、交换机5005、移动基站1CX-E728，GPS天线1AT300、数传电台1SZ02、抓斗摄像机1BS-CA33-IP、抓斗摄像机2BS-CA33-IP、开关电源1LRS-350-24、电源管理器CX-DY02、数传电台2SZ02、抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009等组成，

船舶监控部分主要由以下设备组成：

开关电源1LRS-150-12、移动基站4CX-E728,GPS定位天线4BT5630，数传电台6SZ02、数传电台7SZ02；开关电源2LRS-150-12、移动基站5CX-E728,GPS定位天线5BT5630，数传电台8SZ02、数传电台9SZ02等组成；

卸船机遥控终端工作原理图如图14所示。小车、抓斗监控部分工作原理图如图15所示。船头定位工作原理图如图16、图17所示。

工作时，卸船机触摸屏TCP7062Ti通过5G通讯模块CPEPRO会接收到GIS监控平台送来的GIS电子地图、船舶ID号，靠岸泊位、船舶移动基站3CX-E728的GPS定位天线3BT-5630C、移动基站4CX-E728的GPS定位天线4BT-5630C坐标信息、从而得知各船舱、船缘位置信息及预设抓料、下料点坐标信息、工作任务、电子安全围栏等信息；卸船机触摸屏TCP7062Ti会根据船舶ID号船舶坐标等信息自动调取硬盘内部存储的该船舶性能参数，卸船机PLCS7-1500根据平台指令自动启动大车变频器ATV930将卸船机行走到该泊位，大车到位后，卸船机触摸屏TCP7062Ti控制系统按照程序设置的起始点调整变幅小车及工作幅度，此时，3D激光扫描仪CX-JS800开始工作，按照程序设定扫描指定区域，为抓斗工作指明方向；卸船机触摸屏TCP7062Ti控制系统根据3D激光扫描仪CX-JS800提供的料堆信息，按照料堆高低自动判断工作起始位，按照船舶轴线方向从左到右或者从右到左逐块抓运，工作时如果程序设定是按照从左到右顺序逐块抓运，卸船机触摸屏TCP7062Ti就会将大车定位在左边第一块，然后按照程序设定从前到后或者从后到前的顺序，从1开始下放抓斗开始抓料，因为第一斗一般会从第一块的1号位置开始，此时，抓斗会靠近船缘，此时在触摸屏TCP7062Ti上会出现红色电子围栏防护信息，同时会出现虚拟抓斗运动信息，如果虚拟抓斗靠近电子围栏就会触发报警，在抓斗下放过程中PLCS7-1500控制系统会自动调整小车位置，自动规避可能碰触的船缘，从而起到防误抓作用；

当抓斗抓满物料时，卸船机触摸屏TCP7062Ti控制系统会根据当前船上安装的北斗卫星移动基站3CX-E728、移动基站4CX-E728的GPS天线3BT-5630C、GPS天线4BT-5630C提供的船舱位置及高度，根据抓斗安装的北斗卫星移动基站1CX-E728的GPS天线1AT300提供的抓斗高度信息判断抓斗是否离开船舱，当抓斗离开船舱后，卸船机触摸屏TCP7062Ti会通过PLCS7-1500驱动起升变频器ATV930加速提升，同时PLCS7-1500控制器会自动驱动小车变幅变频器ATV930对小车进行变幅操作，当抓斗高度到达设定值时，根据事先预设漏斗位置，自动启动防摇摆模块CX-FY400模块进入防摇摆控制曲线，当小车到达预定下料地点，变幅变频器ATV930自动减速直到设定的漏斗位置停止小车变幅，此时，3D激光扫描仪CX-JS800会送来漏斗内料堆信息，如果料堆已经满堆PLCS7-1500控制系统会自动选择停止等待下料，如果漏斗平仓或者半仓PLCS7-1500控制系统会自动选择下料，然后开始打开抓斗下料，周而复始；

起升时如果系统发生超载，起重量限制器CQA01系统会自动报警、自动控制，确保起重机安全。

六、小车、抓斗可视化、智能化监控功能的实现：

系统组成：小车部分由电力猫3WD-200M、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180、电力猫2WD-200M、交换机1005、小车摄像机1CX-SXJ02、小车摄像机2CX-SXJ02、开关电源2LRS-250-12组成；

抓斗部分由磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180、电力猫1WD-200M、交换机5005、移动基站1CX-E728，GPS天线1AT300、数传电台1SZ02、抓斗摄像机1BS-CA33-IP、抓斗摄像机2BS-CA33-IP、抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009、电源管理器CX-DY02、数传电台2SZ02、开关电源1LRS-350-24等组成，工作原理图如图18所示。

工作时，由卸船机提供AC220V电源，AC220V电源进磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180输出端分两路一路经过磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180到抓斗，磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180输出端一路经过电力猫1WD-200M到交换机5005再到移动基站2CX-E728；一路经过开关电源1LRS-350-24到电源管理器CX-DY02，当电源管理器CX-DY02处于闭合状态时，抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009通电，抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009被点亮，从抓斗左右两个方向向船舱照射，使操作人员通过抓斗摄像机1BS-CA33-IP、抓斗摄像机2BS-CA33-IP能够看清船舱内物料堆放信息、船舱位置、漏斗位置等重要信息，可以有效预防抓斗误抓船舱口；

抓斗不工作时由客户端T8520发布控制命令，通过5G通讯模块CPEPRO---交换机3HI-08---无线数传电台3SZ02---无线数传电台2SZ02对抓斗电源管理器CX-DY02进行控制，开/闭抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009的电源，以便延长探照灯抓斗探照灯1SM-2009、抓斗探照灯2SM-2009使用寿命。

抓斗GPS天线1AT300将获取的卫星定位信号送给移动基站1CX-E728、移动基站1CX-E728经过运算后通过电力猫1WD-200M的微波通讯将抓斗当前位置坐标经过磁滞式电源卷筒1MH1800-28/180、磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180送给电力猫3WD-200M接收端，电力猫3WD-200M将抓斗位置信号变换为TCP/IP协议然后通过交换机2HI008送给卸船机控制终端PLCS7-1500，由PLCS7-1500转送给触摸屏TCP7062Ti进行防摇摆及甩斗作业处理。数传电台1SZ02是与固定基站M300通讯，校准抓斗位置的。小车摄像机1CX-SXJ02、小车摄像机2CX-SXJ02是负责监控海侧及陆侧的抓斗运行及船缘、漏斗外缘视频信息的；它们将采集到的监控视频信息送给交换机1005，交换机1005送给电力猫2WD-200M，通过电力猫2WD-200M转换为微波通讯经过磁滞式电源卷筒2MH1800-28/18的AC220V电源线将信息送给电力猫3WD-200M的接收端，电力猫3WD-200M将微波信号解析后通过TCP/IP通讯送给交换机2HI-08，由交换机2HI-08将信号分三路，视频信号一路送给录像机DS-7816N-K2存储、查询然后送显示器E1715SC显示，另外一路视频信号由交换机3HI-08经过5G通讯模块CPEPRO送到流媒体服务器DVSCAR-51，由流媒体服务器DVSCAR-51送给拼接屏CB5503S进行显示，操作人员监控使用。第三路抓斗位置信号经过交换机2HI-08，送卸船机控制终端PLCS7-1500，由PLCS7-1500转送给触摸屏TCP7062Ti由摸屏TCP7062Ti进行防摇摆及甩斗作业处理。

开关电源2LRS-250-12是给交换机1005、抓斗摄像机1CX-SXJ02、抓斗摄像机2CX-SXJ02等提供电源的。开关电源1LRS-350-24是给移动基站1CX-E728、GPS天线1AT300、数传电台1SZ02、电源管理器CX-DY02、探照灯1SM-2009、探照灯2SM-2009等提供电源的。磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180工作原理：磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180采用了磁滞式联轴器为同步差速机构，利用磁力耦合原理保证了电缆卷盘收放电缆的速度始终与移动小车速度、抓斗起升速度同步。磁滞式电缆卷筒2MH1800-28/180是由电动机将动力传至磁滞联轴器，经减速箱变速后将放大的力矩传至电缆卷盘。电缆卷筒工作时，磁滞式电源卷筒2MH1800-28/180的电动机始终向收缆方向旋转，当卸船机小车或者抓斗向供电电源点远离方向移动时，通过对电缆拖拽克服磁滞联轴器上磁场扭矩，使磁滞联轴器内部永久磁钢与感应盘之间磁场产生滑差，将卷盘上的电缆放下，由于磁力耦合的作用，保证了放缆过程中电缆始终处于张紧状态；当卸船机小车或者抓斗向供电电源点方向移动时，电缆卷筒朝设定的卷取方向自动旋转而收缆。

七、船舶平面高度及船舱位置定位功能的实现：

系统组成：系统由便携式船头移动基站4及便携式船尾移动基站5组成；

便携式船头移动基站是由开关电源1LRS-150-12、移动基站3CX-E728,GPS定位天线3BT-5630，数传电台5SZ02、数传电台6SZ02等组成，便携式主机箱放在船头位置，GPS定位天线3BT-5630固定在船头正中央轴线上的指定位置；

便携式船尾移动基站是由开关电源2LRS-150-12、移动基站4CX-E728,GPS定位天线4BT-5630，数传电台7SZ02、数传电台8SZ02等组成，便携式主机箱放在船尾位置，GPS定位天线4BT-5630固定在船尾正中央轴线上的指定位置；原理图如图16、图17所示。

工作时，GPS定位天线3BT-5630，GPS定位天线4BT-5630将接收到的船头、船尾卫星定位信号及高度信号送给移动基站3CX-E728及移动基站4CX-E728,移动基站3CX-E728及移动基站4CX-E728经过差分计算后将当前船头、船尾位置坐标、高度值，经过数传电台6SZ02、数传电台8SZ02无线送给数传电台3SZ02，由数传电台3SZ02送给PLC控制器S7-1500，再由PLC控制器S7-1500送给触摸屏TCP7062Ti，然后由触摸屏TCP7062Ti根据当前船头位置坐标、高度值，计算出当前各船舱位置及船缘位置、船缘高度，然后根据客户端T5820或者遥控操作台CX-LHJBB03的指令，PLC控制器S7-1500命令大车变频器ATV930驱动大车到达设定船舱位置，由小车变频器驱动小车带动抓斗到达船舱设定抓煤位置，准备开始抓煤作业。数传电台5SZ02、数传电台7SZ02是与固定基站的数传电台SZ02通讯的，主要用于为移动基站3CX-E728及移动基站4CX-E728校准位置精度用的。

八、卸船机视频监控功能的实现：

系统组成：是由安装在左抓斗上的摄像机BS-CA33-IP、右抓斗上的摄像机BS-CA33-IP、交换机5005、电力猫2WD-200M、抓斗电源卷筒2MH1800-28/180、小车前摄像机CX-SXJ02、小车后摄像机CX-SXJ02、交换机1005、电力猫1WD-200M、小车电源卷筒1MH1800-28/180、电力猫3WD-200M、前大梁顶端联系梁中部海侧自动跟踪监控抓斗的摄像机1CX-SXJ03、安装在梯形架顶中部陆侧自动跟踪监控抓斗的摄像机2CX-SXJ03、全方位监控球机DHK-EX300、左大车监控摄像机BS-CA33-IP、右大车监控摄像机BS-CA33-IP及交换机2HI-08、录像机DS-7816N-K2、显示器E1715SC、交换机3HI-08、5G通讯模块CPEPRO、流媒体服务器DVSCAR-51，、拼接屏CB5503S等组成，原理图如图19所示。

工作时，左抓斗摄像机BS-CA33-IP、右抓斗摄像机BS-CA33-IP不断将抓斗下视频信号采集后送给交换机5005，交换机5005将视频信号送给电力猫2WD＝200M,由电力猫2WD-200M的微波通讯发送到电力猫3WD-200M；小车前监控摄像机CX-SXJ02和小车后监控摄像机CX-SXJ02、将小车下抓斗运行工况信息送给交换机1005，由交换机1005通过电力猫1WD-200M的微波通讯发送到电力猫3WD-200M，电力猫3WD-200M将接收到的微波信号转换成TCP/IP协议后与全方位监控球机DHK-EX300、自动跟踪监控抓斗摄像机1CX-SXJ03、自动跟踪监控抓斗摄像机2CX-SXJ03、左大车行走监控摄像机BS-CA33-IP、右大车行走监控摄像机BS-CA33-IP等一同将视频信号送给交换机2HI-08，由交换机2HI-08送给交换机3HI-08，然后一路送给录像机DS-7816N-K2存储、查询，同时送给显示器E1715SC显示，另外一路视频信号由交换机3HI-08经过5G通讯模块CPEPRO送到流媒体服务器DVSCAR-51，由流媒体服务器DVSCAR-51送给拼接屏CB5503S进行显示，操作人员监控使用；

自动跟踪监控抓斗摄像机1CX-SXJ03及自动跟踪监控抓斗摄像机2CX-SXJ03是由一体摄像机及步进电机所组成，一体摄像机是负责采集监控抓斗运行视频信息的，它可以根据抓斗远近自动调焦调距，使视频监控效果达到最佳状态；步进电机是根据PLCS7-1500指令自动跟踪抓斗位置的；

工作时是PLC控制器S7-1500依据抓斗高度编码器1GM58S10K6MA12WN及小车变幅编码器3GM58S10K6MA12WN送来的抓斗高度位置信息及小车幅度位置信息计算出的当前抓斗位置，然后驱动步进电机自动调整角度，使一体摄像机始终对准抓斗进行视频采集监控，从而达到自动跟踪监控抓斗运行的目的。

九：卸船机关键部位机械结构疲劳监测报警功能的实现：

系统组成：它是由安装在梯形架、拉杆、大梁、门腿的相应位置的应力应变传感器BH1101及应力应变采集器DH3820、PLCS7-1500控制器、触摸屏TCP7062Ti、5G通讯模块CPEPRO、GIS平台服务器及CAE分析软件等组成；

工作时，应力应变传感器BH1101将梯形架、拉杆、大梁、门腿的相应位置的应力应变信息送给采集器DH3820，采集器DH3820经过放大整形后将信号变换成为标准信号以后用通讯协议的方式通过5G通讯模块CPEPRO送给GIS平台服务器，由GIS平台服务器利用CAE分析软件，不断对梯形架、拉杆、大梁、门腿的结构应力应变进行监测分析，当发现梯形架、拉杆、大梁、门腿的应力应变超过设定值时，立即向卸船机监控终端PLCS7-1500发送报警信号，卸船机监控终端PLCS7-1500接到报警信号后就会立即输出控制命令，禁止卸船机起升变频器ATV930继续作业，从而避免因为梯形架、拉杆、大梁、门腿结构疲劳而突然出现脆性断裂而发生重大安全事故。

十：卸船机自动定位功能的实现：

系统组成：由客户端、云平台的GIS电子地图及安装在卸船机码头中心室外屋顶上的固定卫星定位基站M300、固定基站的卫星定位天线AT300、固定基站的数传电台SZ02及卸船机卫星定位移动基站2CX-E728和卫星定位天线2AT300、数传电台4SZ02等组成；

工作时，操作人员依据当天任务在客户端的云平台GIS电子地图上设置卸船机的起始点坐标、码头泊位坐标、船舶抓料位置坐标、卸料点坐标设置好以后，将命令通过5G通讯模块CPEPRO送给卸船机触摸屏TCP7062Ti，卸船机触摸屏TCP7062Ti接到命令后会命令PLCS7-1500启动大车向指定泊位坐标前进，位置由卸船机移动基站2CX-E728的移动天线2AT300提供，到达指定泊位后，卸船机触摸屏TCP7062Ti再依据小车幅度编码器3GM58S10K6MA12WN的当前位置计算与船舱抓料位置坐标的差，然后命令PLCS7-1500驱动小车变频器将抓斗与目标位置调整一致就可以开始工作了。

十一：抓斗防摇摆与空中甩斗作业定位功能的实现：

系统组成：它是由GIS管理平台、客户端、5G通讯模块CPEPRO、触摸屏TCP7062Ti、PLC控制器S7-1500、交换机2HI-08、移动基站1CX-E728、卫星定位天线1AT300(安装在抓斗)数传电台1SZ02、3D激光扫描仪CX-JS800、图像控制器CX-X8000、起重量限制器CQA01、重量传感器JZ-1、风速传感器YS-CF、抓斗高度编码器2GM58S10K6MA12WN、小车变幅编码器3GM58S10K6MA12WN、抓斗支持变频器ATV930、变幅变频器ATV930、防摇摆模块CX-FY400等组成，原理图如图20所示。

工作时，首先要进行采样，由触摸屏TCP7062Ti将卸船机抓斗在不同重量、不同高度、不同速度、不同风速下的变幅工况下的摆幅进行采集，然后通过5G通讯模块CPEPRO上传给GIS管理平台进行计算、仿真，然后再将仿真后的程序通过5G通讯模块CPEPRO送给触摸屏TCP7062Ti，触摸屏TCP7062Ti经过整理以后，将防摇摆程序固化到防摇摆模块CX-FY400，防摇摆模块CX-FY400会按照3D激光扫描仪CX-JS800给定的工作目标，在不同重量、不同高度、不同速度、不同风速下的控制参数对变频器进行调控，从而达到抑制抓斗摆幅的目的。

为了更进一步说明抓斗卸船机防摇摆工作原理，这里举例卸船机工况是：从船舱抓煤运送到卸船机胯下的可伸缩卸煤漏斗，然后由漏斗卸到皮带机，由皮带机将煤运输到堆煤场这么一个工艺流程；

这样每次抓斗到卸煤漏斗的高度是相对固定，抓煤路线是：抓斗从船舱垂直起升---过船舱口----加速起升+变幅----高于卸煤漏斗合适位置，水平变幅+加速度----接近卸煤漏斗上空合适位置PLC控制器S71500就命令抓斗开闭变频器ATV930打开抓斗卸煤，当抓斗借冲击速度到达卸煤漏斗中心点时，抓斗的煤已经卸完，等抓斗速度为零时，PLCS7-1500立即换挡命令变幅变频器ATV930做反方向运动，从而完成空中防摇摆及空中甩斗作业过程，实现了抓斗高效运作；

到船舱抓煤也是按照这个原理，为了提高抓斗抓煤效率，也是依据3D激光扫描仪CX-JS800采集的船舱内煤堆高低、大小由触摸屏TCP7062Ti解析后依据煤堆所在位置坐标控制PLC控制器S7-1500，对煤堆高、大的优先抓运，按照常规要将抓斗零速设定在船缘上空，但是为了能够抓住船缘下煤料，就要依据煤堆高度及打开抓斗的水平位置借变幅速度的冲击力在船舱中部合适位置打开抓斗，借小车变幅的速度将抓斗甩到船缘下煤料堆上，同时不得对船缘及船体造成冲击，从而实现空中甩斗抓煤作业功能。

十二：船舱位置及料堆位置识别功能的实现：

系统组成：系统是由3D激光扫描仪CX-JS800、扫描仪控制器CX-X8000、交换机HI-08、PLC控制器S7-1500、触摸屏TCP7062Ti、5G通讯模块CPEPRO、GIS管理平台、客户端等组成、工作原理如图21所示。

工作时，3D激光扫描仪CX-JS800内的激光发射器对准船体发出激光脉冲，当激光波碰到船舱船体以后，激光扫描器就计算它到船舱船体的距离值；激光扫描仪CX-JS800连续不停的发射激光脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。在二维扫描基础上再加入一个云台进行正交旋转，则可形成三维空间的扫描。通过扫描仪控制器CX-X8000记录被测船体表面大量的密集的点的三维坐标信息和反射率信息，将各种船体实景的三维数据完整的采集到控制器CX-X8000中，经过点云处理软件处理，进而快速复建出被测船体的三维模型及船舱内料堆的线、面、体等各种图件数据。

由于激光可穿透玻璃，所以3D激光料扫描仪CX-JS800可以做很好的防护，可用于恶劣环境测量(高温、高压、高湿、高粉尘)。由于激光发射角非常小(＜0.2°)，3D激光料扫描仪CX-JS800可测量狭小空间料位，可对不规则料面进行三维测量，然后将检测到的信息送图像控制器CX-X8000，图像控制器CX-X8000配备有点云处理软件，经过点云处理软件处理形成料面的三维立体图像，并且得到船舱料面的最低料位、最高料位、平均料位、船舱距离、船舱高度、船舱宽度等，然后通过协议方式送给通过交换机HI-08送给PLC控制器S7-1500，PLC控制器S7-1500又送给触摸屏TCP7062Ti，由触摸屏TCP7062Ti依据抓煤规则调整大车位置或者臂架姿态，使抓斗能够准确落到船舱的最高料位；触摸屏TCP7062Ti在控制PLC控制器S7-1500工作的同时，通过5G通讯模块CPEPRO送给GIS管理平台及客户端，供客户端监控使用。