基于F‑TR锁的集装箱作业智能预警系统的制作方法

本实用新型涉及基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统，适用于单钩的防摇吊具的吊车。在装、卸集装箱作业中进行集装箱F-TR锁是否脱钩的检测。

背景技术：

铁路的集装箱运输在铁路运输中比重越来越重，为了使运输过程中，保证集装箱的稳定，不倾覆，目前均采用新型集装箱锁(也叫鹰头锁，F-TR锁)。采用了新型集装箱锁以后，集装箱在运输过程中，安全事故减少了，效率提高了。但是也带来了另外一个问题：集装箱吊装作业的时候，往铁路平板运输车上放置的时候十分容易，但是从铁路平板运输车上向上吊起时容易出现事故，F-TR锁未能顺利脱开，造成平板车翻车，脱出等事故。

管内集装箱吊装过程中平板车F-TR锁存在不能脱钩现象，每年会造成多起脱线类安全责任事故，且全局乃至全路都没有很好的解决手段。

因此，研究一套基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统，从源头上杜绝集装箱装卸过程中集装箱与平板车未及时分离情况的发生，保障铁路运输安全，实现集装箱装卸自动化和智能化，提高集装箱装卸效率，具有重要意义。

通过对集装箱吊装作业流程的研究，设计出一套适用于实时监测集装箱吊装过程中，F-TR锁是否未脱钩，平板车是否被吊起基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统，在集装箱吊装作业中检测F-TR锁有没有脱钩，将防范关口前移，体现了“预防为主”的安全指导思想，使铁路运输安全性更高。该产品的研制成功，并拥有完全自主知识产权，可避免因平板车在集装箱吊卸过程中发生的将车体吊起、脱轨制动阀损坏、车辆脱线等事 故，对保障铁路运输安全做出重大贡献。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统，提高集装箱作业的安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统，包括吊架角度测量模块、顶部激光测距模块、侧面激光判断模块、司机室展示模块四个部分；

所述吊架角度测量模块，安装在龙门吊的防摇吊架上，由高精度倾角传感器、数据解析整合单元、智能电量管理以及无线数据传输单元组成；

所述顶部激光测距模块，含第一处理器、至少一个顶部激光测距传感器和第一数据传输单元，所述顶部激光测距传感器安装在龙门吊的天车上，所发出的测距激光从上向下对准集装箱的顶部，用于测量集装箱的高度，并发送到所述第一处理器处理；所述第一处理器，用于计算出集装箱相对平板车的状态；所述数据传输单元，用于将集装箱相对平板车的状态信息发送到所述司机室展示模块和所述侧面激光判断模块。

所述侧面激光判断模块，含第二处理器、至少一个侧面激光测距传感器和第二数据传输单元，所述侧面激光测距传感器安装在门吊侧面支架上，发出的激光打在F-TR锁上方，用来检测F-TR锁是否脱钩；所述第二处理器，用于接收、处理激光测距传感器采集的数据，所述第二数据传输单元，用于将所述第二处理器处理的结果发送到所述司机室展示模块。

所述司机室展示模块，包括处理单元和显示单元，所述处理单元用于接收吊架角度测量模块、顶部激光测距模块以及侧面激光判断模块发送的倾角及F-TR锁数据，对数据进行分析、判断和处理，根据不同的工作条件，选择不同的算法对集装箱状态进行计算，将集装箱的作业状态通过所述显示单元向操作人员展示。

进一步的，所述高精度倾角传感器，用于实时采集集装箱工作中的角度状态数据，判断集装箱的偏载程度。

所述数据解析整合单元，含有一块装有ARM内核微控制器的集成控制电路板，用于接收高精度角度传感器和智能电量管理所返回的数据，并按照规定的协议进行解析整合。

所述智能电量管理，用于实时监测龙门吊防摇吊架是否带箱作业，在未监测到作业时仅向自身供电，在监测到作业后向吊架角度测量模块供电。

所述顶部激光测距传感器的数量为四个，分别布置在龙门吊的天车上。

所述侧面激光测距传感器的数量为两个，分别布置在龙门吊侧面的支架上。

本实用新型在装、卸集装箱作业中对F-TR锁是否未脱钩，平板车是否被吊起进行检测，司机室展示模块接收数据采集设备发送的数据，并对数据进行处理，当出现角度或F-TR锁报警，司机应停止龙门吊上升作业，将集装箱下降至地面或火车车体上，根据报警提示与地勤人员共同排除报警情况，确认排除后再次起吊，如没有再次报警证明报警排除，可继续作业。当出现电量报警时，司机应在本次作业结束后进行更换电池操作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

图1为本实用新型的系统组成原理图。

图2为司机室展示模块使用中的某工作状态图。

图3为本实用新型的高精度倾角传感器安装俯视示意图。

图4为本实用新型的激光测距传感器安装示意图。

具体实施方式

在图1中，显示基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统主要包括吊架角度测量模块、顶部激光测距模块、侧面激光判断模块、司机室展示模块四个部分，分别安装在吊架、天车、门吊侧面支架、司机室中，通过无线及网线进行数据传输。吊架角度测量模块安装在龙门吊的吊架上，主要由高精度倾角传感器、数据解析整合单元、智能电量管理以及无线数据传输单元组成。顶部激光测距模块安装在天车上，主要由四部激光测距传感器、线缆供电、网线数据传输组成，激光打在集装箱上，测量天车到集装箱距离，计算出集装箱所在位置。侧面激光判断模块安装在门吊侧面支架上，主要由两部激光测距传感器、线缆供电、网线数据传输组成，激光打在FTR锁上方，用来检测F-TR锁是否脱钩。司机室展示模块安装在司机操作室中，通过无线及网线方式进行数据传输，接收发送的数据，并对数据进行处理，在装、卸车的时候根据F-TR锁是否未脱钩，平板车是否被吊起进行报警。

在整个系统中，吊架、天车前端的数据采集设备是最前端的感知采集硬件，吊架角度测量模块内部包含一块装有ARM内核微控制器的集成控制电路板，整体采用工业一体化设计，达到IP65防水防尘标准，可根据现场吊架情况选择适当的位置进行安装。高精度倾角传感器完成对集装箱倾斜角度的检测，测量范围：±10°；测量精度：0.02°；信号输出：12mA。整个系统模块的电源由蓄电池提供，DC12V。高灵敏度自动开关单元完成对设备工作与休眠状态的切换。激光测距传感器，测量范围：0.2m～40m；测量精度：1mm+20ppmm。顶部激光测距传感器量天车到集装箱距离，计算出集装箱所在位置，侧面激光测距传感器，激光打在F-TR锁上方，用来检测F-TR锁是否脱钩。

司机室展示模块，根据工作吊架类型选择20尺、35吨、40尺吊架尺 寸按钮，选择不同的核心算法对集装箱状态进行计算。利用集装箱重心计算模型实时计算出集装箱重心所在位置，通过集装箱的三维模型将集装箱的实时状态展示出来。当集装箱倾斜角度超过报警标准，或当集装箱抬起而F-TR锁未脱钩时，程序开始报警，发出明显的报警音，司机应停止龙门吊上升作业，将集装箱下降至地面或火车车体上，根据报警提示与地勤人员共同排除报警情况，确认排除后再次起吊，如没有再次报警证明报警排除，可继续作业。当集装箱倾斜角度回到报警标准之内时，司机可正常作业。

下面简要介绍本实用新型的基于F-TR锁的集装箱作业智能预警系统的工作控制流程，包括以下步骤；

步骤1：由安装在龙门吊防摇吊架上的角度测量模块实时检测龙门吊是否作业；

步骤2：当吊架角度测量模块检测到防摇吊机带箱作业时，智能电源管理单元开始同时向高精度角度传感器、无线数据传输单元供电；

步骤3：无线数据传输单元单元按照一定的发送策略将采集到的数据发送到司机室展示模块上，展示模块向激光传感器发送工作信号；

步骤4：激光测距传感器接收到工作信号后，顶部激光测距传感器激光打在集装箱上，测量天车到集装箱距离，计算出集装箱所在位置；侧面激光测距传感器激光打在F-TR锁上方，用来检测F-TR锁是否脱钩；

步骤5：网线数据传输单元按照一定的发送策略将采集到的数据发送到司机室展示模块数据处理设备上；

步骤6：预警系统数据处理模块接收数据采集设备发送的数据，并对数据进行解析，将20尺、35吨、40尺吊架的数据进行分离，实时计算出倾角数据、集装箱作业状态，并判断卸车作业中集装箱F-TR锁是否脱钩。

步骤7：根据接收到的实时的集装箱倾角、集装箱作业状态及F-TR锁数据，通过集装箱的三维模型将集装箱的实时状态展示出来。

步骤8：根据接收到的集装箱倾角、集装箱作业状态及F-TR锁数据，按照规定的报警标准进行报警，在数据库中记录。

步骤9：当吊架角度测量模块检测到作业结束后，智能电池管理单元停止向高精度角度传感器、无线数据传输单元供电，吊架角度测量模块进入休眠状态。

步骤10：司机室展示模块向激光传感器发送休眠信号，激光测距传感器模块停止作业。

应注意，吊架角度测量模块、顶部激光测距模块、侧面激光判断模块均为选配，单独使用并不影响预警系统功能实现。

在图2中，是数据处理模块软件界面，视图按钮可在集装箱的三视图、主视图中进行切换，通过不同角度的集装箱三维动态展示，多方位多角度的观察集装箱工作状态。卸车中、装车中按钮在每次按下后可以自动切换，当龙门吊进行卸车作业时，选择卸车中状态，集装箱展示会添加平板车的显示，方便观察集装箱脱离状态，并且根据卸车过程中的规定对集装箱状态进行计算、报警；当龙门吊进行装车作业时，选择装车中状态，根据装车过程中的规定对集装箱状态进行计算、报警。当集装箱状态回到报警标准之内时，停止报警。20尺、35吨、40尺尺寸选择按钮可以根据工作吊架的类型进行选择，当龙门吊使用20尺吊架进行作业时，选择20尺状态，程序对20尺吊架设备返回的数据按照20尺集装箱参数进行处理；选择35吨状态，程序对20尺吊架设备返回的数据按照35吨集装箱参数进行处理；选择40尺状态，程序对40尺吊架设备返回的数据按照40尺集装箱参数进行处理。当集装箱倾斜角度超过报警标准，或当集装箱抬起而F-TR锁未脱钩时，程序开始报警，发出明显的报警音，司机应停止龙门吊上升作业，将集装箱下降至地面或火车车体上，根据报警提示与地勤人员共同排除报警情况，确认排除后再次起吊，如没有再次报警证明报警排除，可继续作业。当出现电量报警时，司机应在本次作业结束后进行更换 电池操作。

如图3所示，从顶部俯视吊架3，吊架3的斜对角之间拉有钢缆2。高精度倾角传感器1安装在吊架3上，具体安装部位根据现场吊架情况选择适当的位置进行安装，例如顶部、侧部都行，都可以达到测量吊架以及集装箱的倾角。

在图4中，是顶部激光测距传感器和侧面激光测距传感器安装示意图，顶部激光测距传感器有四个，分别安装在天车上标号4所指示的区域，所发出的测距激光从上向下对准集装箱的顶部，用来测量集装箱抬起的高度。侧面激光测距传感器两个，安装在门吊侧面支架上标号5所指示的区域5，激光点打在集装箱下部的F-TR锁上方，用来辅助判断F-TR锁是否脱钩、集装箱是否被吊起。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。