控制至少兩個(gè)自動(dòng)化非穿過(guò)式軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制至少兩個(gè)不能彼此穿過(guò)的自動(dòng)化軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括用于各個(gè)起重機(jī)的起重機(jī)控制單元，其包含至少一個(gè)控制輸入接口，至少一個(gè)控制輸入接口用于從調(diào)度系統(tǒng)一次接收至少一個(gè)工作指令，并用于接收至少一個(gè)傳感器信息，其反映了相應(yīng)的起重機(jī)對(duì)所述至少一個(gè)工作指令的執(zhí)行情況，其中各個(gè)工作指令規(guī)定了由相應(yīng)的起重機(jī)所移動(dòng)的目標(biāo)集裝箱的至少一個(gè)起始位置和終止位置。起重機(jī)控制單元均還包括控制處理單元和至少一個(gè)控制輸出接口，控制處理單元用于處理至少一個(gè)工作指令和至少一個(gè)傳感器信息，以產(chǎn)生控制信息，用于確保至少一個(gè)工作指令被相應(yīng)的起重機(jī)執(zhí)行，控制輸出接口用于將控制信息傳遞給相應(yīng)起重機(jī)的至少一個(gè)促動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上大部分經(jīng)貿(mào)貨物經(jīng)過(guò)海道由集裝箱船進(jìn)行運(yùn)輸。數(shù)量日益增加的國(guó)際貿(mào)易對(duì)全世界的集裝箱碼頭產(chǎn)生了更高的要求，以便以提高的速度處理更多的貨物，即進(jìn)口、儲(chǔ)存和/或出口更多的貨物。
[0003]例如海運(yùn)港口中的集裝箱碼頭具有在幾小時(shí)至幾周范圍的時(shí)間周期內(nèi)儲(chǔ)存集裝箱的需求。一般說(shuō)來(lái)，集裝箱堆場(chǎng)是集裝箱儲(chǔ)存區(qū)域，其中集裝箱以3維方式通過(guò)將它們某些并排放置在地面上形成矩形形狀，并通過(guò)將其它集裝箱堆疊在地面上的集裝箱的頂部而進(jìn)行儲(chǔ)存。一個(gè)或多個(gè)龍門(mén)起重機(jī)用于吊起堆場(chǎng)中的集裝箱，在堆場(chǎng)內(nèi)部位置之間移動(dòng)集裝箱，并再次從堆場(chǎng)拾取它們。不同類(lèi)型的龍門(mén)起重機(jī)是已知，尤其橡膠輪胎的龍門(mén)起重機(jī)(RTG)和軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)(RMG)。本發(fā)明致力于RMG起重機(jī)，其中起重機(jī)在軌道上移動(dòng)，并且集裝箱堆場(chǎng)位于兩個(gè)或多個(gè)這些軌道之間，使得RMG起重機(jī)橫跨這些堆場(chǎng)。RMG起重機(jī)時(shí)常以自動(dòng)化方式進(jìn)行操作，在這種情況下，它們也被稱(chēng)為自動(dòng)化堆碼起重機(jī)(ASC)。在集裝箱堆場(chǎng)中，各個(gè)ASC可具有其自身的成對(duì)軌道，或者ASC可安裝在相同的軌道上。在后者情況下，ASC不能彼此穿過(guò)，其在下面被標(biāo)注為非穿過(guò)式的起重機(jī)。在兩個(gè)非穿過(guò)式的起重機(jī)的情況下，這些起重機(jī)也被稱(chēng)為雙堆碼起重機(jī)或雙RMG。
[0004]在由Bryfors等人于ABB Review 3/2006中所公布的文章“智能起重機(jī)”中描述了一種集裝箱碼頭的自動(dòng)化，其中集裝箱儲(chǔ)存區(qū)域被劃分成區(qū)塊，并且每個(gè)區(qū)塊裝備了兩個(gè)ASC，其被稱(chēng)為自動(dòng)化軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)(ARMG)。為了控制ARMG的運(yùn)動(dòng)，它們均裝備了起重機(jī)控制系統(tǒng)，其集成了來(lái)自系統(tǒng)的傳感器信息，用于目標(biāo)和障礙物位置測(cè)量以及用于負(fù)載位置測(cè)量?；谠撔畔?，起重機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)將合適的控制信息提供給底層位置和運(yùn)動(dòng)控制器而找到堆場(chǎng)中的最佳運(yùn)輸路徑，謹(jǐn)慎避免碰撞并盡可能低地保持負(fù)載的搖擺運(yùn)動(dòng)，底層位置和運(yùn)動(dòng)控制器為起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生促動(dòng)信號(hào)。
[0005]關(guān)于哪個(gè)集裝箱由哪個(gè)起重機(jī)從哪個(gè)起始位置移動(dòng)至哪個(gè)終止位置的信息是由所謂的碼頭操作系統(tǒng)(TOS)產(chǎn)生的。TOS采用所需要的集裝箱裝卸作業(yè)作為輸入，從而卸載和裝船。此外，其在集裝箱堆場(chǎng)的陸地側(cè)考慮集裝箱裝卸作業(yè)用于裝卸貨車(chē)或列車(chē)。此外，其考慮了作業(yè)的目標(biāo)集裝箱放置在某些其它集裝箱下面的情形。然后，由TOS產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的工作指令，用于將上面的集裝箱重定位在附近堆碼上。這些重定位工作指令可被稱(chēng)為再搬運(yùn)作業(yè)。
[0006]集裝箱堆場(chǎng)中的各個(gè)ASC —個(gè)接一個(gè)地從TOS接收其工作指令。在非穿過(guò)式的ASC的情況下，工作指令利用先來(lái)先服務(wù)策略來(lái)執(zhí)行，其意味著首先接收其工作指令的ASC具有較高的優(yōu)先權(quán)。因此，如果ASC具有沖突的工作指令，即一個(gè)ASC工作指令與其它ASC位置重疊時(shí)，具有較低優(yōu)先權(quán)的ASC必須屈服，并等待，以避免碰撞。這些情形在下文中被稱(chēng)為沖突。為了確定哪個(gè)起重機(jī)實(shí)際上具有優(yōu)先權(quán)和是否可能發(fā)生沖突，ASC的起重機(jī)控制系統(tǒng)可交換相對(duì)應(yīng)的信息。
[0007]從US 2006/0182527 Al獲悉一種用于自動(dòng)化集裝箱碼頭調(diào)度的方法，其提出當(dāng)資源，即起重機(jī)可用于執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的任務(wù)時(shí)重新組織碼頭中的集裝箱。重新組織的目的是更好地使碼頭中的集裝箱的位置適應(yīng)外部變化，例如船舶和/或貨車(chē)到達(dá)位置的變化、集裝箱上的貨艙或港口設(shè)備故障。因此，US 2006/0182527 Al描述了碼頭操作系統(tǒng)，其產(chǎn)生用于集裝箱碼頭中的各種起重機(jī)以及其它設(shè)備的更新調(diào)度。
[0008]在EP 2 006 237 BI中，公開(kāi)了一種用于起重機(jī)的起重機(jī)控制系統(tǒng)，其在集裝箱碼頭的特定區(qū)塊中移動(dòng)集裝箱。其提出起重機(jī)控制系統(tǒng)承擔(dān)集裝箱在其相對(duì)應(yīng)的區(qū)塊中的儲(chǔ)存優(yōu)化。由起重機(jī)控制系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)是為陸運(yùn)或海運(yùn)的新的集裝箱找到最佳的安放方法，從而在可能最短的時(shí)間將集裝箱從區(qū)塊移除，并在在低的起重機(jī)負(fù)載期間將集裝箱重新定位到更有利的位置。因此，起重機(jī)控制系統(tǒng)從TOS接管了一部分調(diào)度功能，其在EP 2006 237 BI中被稱(chēng)為港口后勤系統(tǒng)。
[0009]在這兩個(gè)文獻(xiàn)US 2006/0182527 Al和EP 2 006 237 BI中沒(méi)有解決非穿過(guò)式的ASC的問(wèn)題。
[0010]在R.Choe等人在美國(guó)紐約第27屆關(guān)于應(yīng)用計(jì)算的年度ACM討論會(huì)專(zhuān)題論文集的SAC’ 12期刊的pp.238-243 ISBN:978-1-4503-0857-1論文“自動(dòng)化集裝箱碼頭中利用遺傳算法的雙堆碼起重機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)度”中，解決了雙自動(dòng)化ASC的調(diào)度問(wèn)題。調(diào)度系統(tǒng)首先標(biāo)識(shí)了有待在集裝箱碼頭執(zhí)行的所謂的主要作業(yè)，其中主要作業(yè)是用于卸船和裝船的海邊作業(yè)以及用于從外部貨車(chē)載入和載出集裝箱的陸邊作業(yè)。
[0011]然后，Choe等人所述的調(diào)度系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生所謂的籌備作業(yè)，其是被標(biāo)識(shí)為可能但不一定有助于主要作業(yè)的作業(yè)?；I備作業(yè)尤其是上面解釋的再搬運(yùn)作業(yè)和再定位作業(yè)。再定位作業(yè)是將集裝箱移動(dòng)至更靠近其最終目標(biāo)位置的另一位置的作業(yè)。由于再定位作業(yè)，可減少由于ASC之間的沖突所造成的延遲，因?yàn)橐粋€(gè)ASC可臨時(shí)將集裝箱放下到?jīng)_突范圍之外的位置，并執(zhí)行其它作業(yè)，直至其它ASC移走。
[0012]在籌備作業(yè)產(chǎn)生之后，執(zhí)行實(shí)際的起重機(jī)調(diào)度，以確定由雙ASC中的哪個(gè)ASC按哪個(gè)順序執(zhí)行哪個(gè)作業(yè)。對(duì)于起重機(jī)調(diào)度，ASC的分配被限定為僅僅是籌備作業(yè)所需要的，就如Choe等人所論述的編排中，海邊作業(yè)只能由海邊ASC來(lái)執(zhí)行，并且陸邊作業(yè)只能由陸邊ASC來(lái)執(zhí)行。此外，主要作業(yè)和籌備作業(yè)是作為獨(dú)立的作業(yè)進(jìn)行處理的。如果籌備作業(yè)的調(diào)度導(dǎo)致不合適的作業(yè)順序，例如再定位作業(yè)跟隨其相對(duì)應(yīng)的主要作業(yè)，或者最初阻塞的集裝箱現(xiàn)在位于其堆碼的頂部，那么相應(yīng)的籌備作業(yè)變成過(guò)時(shí)的。
[0013]因此，Choe等人描述了一種調(diào)度系統(tǒng)，其通過(guò)引進(jìn)再定位作業(yè)而擴(kuò)展了 TOS的已知功能，從而減少在非穿過(guò)式的ASC之間的沖突。調(diào)度的主要作業(yè)和籌備作業(yè)然后將傳遞給分別指定的ASC和其相對(duì)應(yīng)的用于執(zhí)行作業(yè)的起重機(jī)控制系統(tǒng)。
[0014]為了在現(xiàn)存的TOS中實(shí)現(xiàn)這種建議的方案，已經(jīng)存在的所有用于作業(yè)處理的算法將不得不進(jìn)行更換，因?yàn)樗ㄗh的調(diào)度代表整體解決方案。因此，將需要相當(dāng)大的付出，以用于改變系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試和試運(yùn)行。另外，運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的整個(gè)變化總是導(dǎo)致技術(shù)問(wèn)題和系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)增加，至少在已經(jīng)執(zhí)行這種改變之后的剛開(kāi)始。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于控制至少兩個(gè)非穿過(guò)式的自動(dòng)化軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)的系統(tǒng)和方法，由此可增加集裝箱堆場(chǎng)的吞吐量，而無(wú)需在現(xiàn)存的集裝箱碼頭系統(tǒng)中作出大量的變化。
[0016]這個(gè)目的是通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0017]在簡(jiǎn)介所述用于控制至少兩個(gè)非穿過(guò)式的自動(dòng)化軌道安裝式龍門(mén)起重機(jī)的系統(tǒng)中，引入了再調(diào)度單元，其包含
至少一個(gè)輸入接口，其用于接收至少一個(gè)工作指令用于所有起重機(jī)，
數(shù)據(jù)處理模塊，其適合于通過(guò)以下步驟執(zhí)行再調(diào)度，
針對(duì)各個(gè)工作指令產(chǎn)生沿著軌道在相對(duì)應(yīng)的起始位置和終止位置之間的預(yù)期軌跡，通過(guò)在起始位置和終止位置之間引入至少一個(gè)中間位置，從而將至少一個(gè)工作指令拆分成至少兩個(gè)新的工作指令，和
針對(duì)所產(chǎn)生的新的和未拆分的工作指令確定順序和起重機(jī)的分配，從而減少至少一個(gè)以下再調(diào)度準(zhǔn)則:
一個(gè)起重機(jī)的預(yù)期軌跡阻礙了另一起重機(jī)的預(yù)期軌跡的情形的數(shù)量，
一個(gè)起重機(jī)的預(yù)期軌跡阻