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港口大型起重机操作模拟器-起重机仿真操作模拟器

发布时间:2024-06-07

编辑人:灵图互动

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常用的港口起重机主要由岸边集装箱桥式起重机、集装箱堆场轮胎龙门起重机、散货桥式抓斗卸船机、门座式起重机、通用桥式起重机等五大类。

港口大型起重机操作模拟器作为一种集成计算机控制技术、虚拟现实技术、传感器技术、多媒体技术等技术的驾驶员操作训练半实物模拟设备,可以在相对短的时间内完成较多人次的多类起重机司机操作的岗前培训,以满足相关企业对高素质起重机司机的大量需求。

港口大型起重机操作模拟器

港口大型起重机操作模拟器由硬件系统和软件系统组成。

1. 硬件系统

港口大型起重机操作模拟器的硬件系统主要涵盖司机室、教师与系统控制机、三维立体影象投影系统、音响系统、六自由度运动平台等。

1.1 司机室

司机驾驶培训室是提供学员实际操作学习的地方,其结构布局、尺寸大小、内部环境与真实的起重机司机室基本一样,有真实的操作联动台、司机座椅、操作手柄、开关、按钮、仪表指示器等部件。具有六自由度运动平台形式的司机驾驶培训机还可以产生司机室的晃动。

为了满足五种起重机的操作训练要求,操作联动台上的手柄功能依据对应起重机的类型而设定。面版上各种开关、按钮、仪表、指示灯等也与起重机类型对应,必要时可以更换联动台面版。在司机座位下面加设一个脚踏板,专门控制门机旋转机构运动。

1.2 教师与系统控制机

教师与系统控制机由教师监管系统和系统控制机组成,教师监管系统主要用于教师监督学员学习过程、控制学习内容、记录学员的学习资料等教学环节。

系统控制机主要是用于控制司机驾驶培训室、六自由度运动平台、投影系统、音响系统、学员观摩终端等设备,使它们产生和谐的训练氛围。系统控制机的主要硬件有司机操作信号测试系统、主计算机等。其中司机操作信号测试系统的仪器有:位移传感器、PLC等。

1.3 三维立体影象投影系统

三维影象投影系统是构建起重机操作训练虚拟训练环境的关键部分,可以投影普通三维影象和立体影象。四个高清晰的投影仪和四块大尺寸幕布围绕司机室的左右两侧、正前方和前下方,使司机向这几个方向看时,都有虚拟画面,与音响系统配合形成强烈的沉浸感。

1.4 音响系统

音响系统也是构建起重机操作训练虚拟训练环境的关键部分。环绕立体声的音响设备,配合司机操作产生工作机构的声音,或,物体碰击声,同时,在控制机的控制下,产生现场工作的各种声音。

1.6 六自由度运动平台

六自由度运动平台是用来给司机驾驶培训室产生运动感觉的设备,它可实现空间六个自由度的运动,即:俯仰、横滚、偏航三个方向的转动以及纵向、横向、垂向三个方向的直线运动。起重机在进行装卸生产作业时,各机构经常处于启、制动及正向、反向等相互交替的、有停歇的运动状态中,在由此产生整机的振动,并传递到司机室。在系统控制机的控制下,六自由度运动平台可以产生与起重机工作状态相似的运动。

港口大型起重机操作模拟器的硬件系统

2. 软件系统

软件系统是港口大型起重机操作模拟器的核心组成部分。软件系统主要分三大部分为:系统控制层、起重机操作层、教学监控与管理。它们各自又包含几个子系统。

2.1 系统控制模块

系统控制层模块主要控制整个大型起重机操作模拟器的硬件,接收和发出各种控制信号,将相关传感器的模拟信号转变为数字信号或者把计算机控制指令转化为模拟信号,控制起重机模拟器的投影、司机操作的输入和输出信号、六自由度运动平台的运动方向和角度、音响效果等;控制层软件主要包括:数据采集模块、数据处理模块、仿真模块。

2.1.1 数据采集模块

港口大型起重机操作模拟器的主要数据驱动源是司机室联动台的各项操作。在操作模拟系统启动之后,模型的运动控制都由联动台控制,而实现模型运动的第一步就是要采集联动台的数据,其控制的要点为数据采集的实时性和准确性。

联动台是学员与仿真训练系统交互的第一个设备,联动台面板是学员直接接触的界面。联动台面板上包括驱动手柄和驱动按钮,不同的驱动设备类型对应着不同的数据类型。联动台数据采集时根据联动台的数据类型使用不同的采集方法,联动台数据包括连续型信号和开关型信号,其中连续性信号主要为联动台面板上的驱动手柄所发出的信号,开关型信号主要为联动台上的驱动按钮所发出的信号。

港口大型起重机操作模拟器采用单线程采集的方式。开始时联动台数据采集单线程采集操作方式,在操作模拟系统主线程内建立一个采集、存放联动台手柄和按钮数据的函数。

联动台的各个通道的采集是在一个函数内进行的,是在程序的固定位置统一进行采集、存储。在数据处理时通过采集后存储的数据进行处理运算。

2.1.2 数据处理模块

在起重机操作仿真模拟系统中,数据采集后的数据处理。将采集到的无序的数据变成可用的有序的数据。为了不影响仿真系统的仿真效果,要使得数据处理模块的时间复杂度低、运算速度快、运算结果精确,可扩展,对于其他的系统也适用。

联动台手柄操作数据是通过手柄的摆角变化将位移信号转变为电信号,再使用编码器将电信号变为数字信号,利用接口函数采集该信号输入到数据处理程序模块进行分析计算。联动台按钮数据是通过按下按钮,通过电信号转化,再通过编码器编码分通道通过数据采集函数与系统软件模块(程序)和系统之间进行数据交互。

2.1.3 数据输出模块

在PLC输出计算机可识别的数字信号后,这些信号和起重机的参数一起作为起重机动力学模型的输入,计算出起重机当前的工况和各个构件的状态数据。这些数据被分别传送到视景、音响、六自由度振动平台等系统,作为它们各自运行的输入量,从而实现模拟系统的实时控制。

2.2 起重机操作层软件模块

起重机操作层主要是针对不同的起重机而开发的训练模块,包括岸边集装箱桥式起重机、集装箱堆场龙门起重机、门座起重机、散货桥式抓斗卸船机、通用桥门式起重机;起重机操作层软件模块与系统控制层软件、教学监控与管理软件有对应接口,通过教师端可以选择不同的模块,实现各类起重机场景的切换,接受或发送相关的数据或信号。

2.2.1 岸边集装箱桥式起重机训练模块

岸边集装箱桥式起重机训练模块中包含岸桥、集装箱、集卡、船舶、泊位场景等元素。在此训练模块中,司机需要驾驶岸桥,进行多机构的协同操作以完成集装箱的卸船和装船作业。岸桥训练模块中又包含多个子模块,如开关机训练、装船训练、卸船训练、大车行走、吊具控制、前伸臂俯仰等,还可以进行意外事件的处置训练,训练内容总体符合港口行业常规。图2-18为岸边集装箱桥式起重机训练场景--司机窗口视景。

2.2.2 集装箱堆场轮胎龙门起重机训练模块

集装箱堆场轮胎龙门起重机训练模块中包含轮胎场桥、集装箱、集卡、堆场等元素。在此训练模块中司机需要驾驶轮胎场桥,进行多机构的协同操作以完成集装箱的堆存和出场作业。该模块中还包含多个子模块,如装车训练、卸车训练、大车行走训练、倒箱训练等,训练内容符合港口行业常规。

2.2.3 散货桥式抓斗卸船机训练模块

散货桥式抓斗卸船机训练模块中包含桥式抓斗卸船机、船舶、传送带、漏斗、散货(沙、煤炭、矿石)、泊位场景等元素。在此训练模块中司机需要驾驶散货桥式抓斗卸船机,进行多机构的协同操作以完成散货的卸船和装船作业。该训练模块中又包含多个子模块,如抓斗开闭合训练、大车行走训练、特殊环境作业训练、实际生产作业训练等,训练内容符合港口行业常规。图2-20为散货桥式抓斗卸船机训练场景。

2.2.4 门座式起重机训练模块

门座式起重机训练模块中包含门座式起重机、船舶、卡车、件杂货(钢材或钢卷)、指挥作业人员、外部场景等元素。在此训练模块中司机需要驾驶门座式起重机,进行多机构的协同操作以完成件杂货的搬运作业。该训练模块中又包含多个子模块,如吊具控制训练、大车行走训练、特殊环境作业训练、实际生产作业训练等,训练内容符合港口行业常规。

2.2.5 通用桥式起重机训练模块

通用桥式起重机训练模块中包含通用桥式起重机、重物、指挥作业人员、外部场景等元素。在此训练模块中司机需要驾驶通用桥式起重机,进行多机构的协同操作以完成重物的准确吊运。该训练模块中又包含多个子模块,如吊具控制训练、大车行走训练、长大件作业训练、吊桶穿杆训练、实际生产作业训练等,训练内容符合国家标准。

2.3 教学监控与管理软件模块

教学监控与管理软件也是大型起重机操作模拟器的重要组成部分。教师通过教学监控与管理软件系统可实时了解学员的操作情况,还可通过教学管理软件调整教学内容,如设置天气状况、设定工况、设置故障让学员处理等等。通过教员控制台主机实时显示和记录学员操作,并进行评判。

教学监控与管理软件中也包含多个子模块:

2.3.1 卡车设定模块

管理训练中载货卡车的各种参数,如发车的间隔时间和卡车初始载货情况。

2.3.2 气象设定模块

管理训练场景中的天气情况,如风速、风向、阵风持续时间、雨量、雪量等参数的设置。

2.3.3 故障设定模块

管理训练场景中起重机发生故障的情况,可设定训练中起重机的各种故障。

2.3.4 模拟极限模块

管理训练场景中的系统模拟精度等参数,如旋锁定位公差、轨道缝隙等参数的设定。此模块可设定操作人员完成训练的难易程度。

2.3.5 动作调整模块

管理训练项目中自动完成的动作参数。

2.3.6 光线照明设定模块

管理训练项目中的光线照明强弱,如模拟黑夜、白天、黎明、黄昏等情况。

2.3.7 起重机技术参数设定模块

管理训练项目中的起重机技术参数情况,如起重机类型的选择、起重量、起升高度、机构工作速度等参数的设定。

2.3.8 集装箱设定模块

管理训练项目中的集装箱参数,如集装箱尺寸、装船数量、卸船数量等。

2.3.9 数据记录与监控模块

主要监测学生的训练过程,记录起重机货物或吊具的运动轨迹,记录货物或吊具与其他物体碰撞次数和程度,记录学员的装卸效率等数据信息,评价学员的训练质量。

2.3.10 训练数据库模块

保存学员的训练记录、成绩、训练次数等,可查看训练成绩。

港口大型起重机操作模拟器的软件系统

港口大型起重机操作模拟器作为一种培训港口装卸设备作业人员的安全、有效和经济的方法。它可以使培训工作不依赖实机作业,不需要在船舶在港和货物装卸的情况下进行,减少货损、机损和船损,降低培训费用,缩短培训周期。同时港口大型起重机操作模拟器对初级人员的培训工作尤为有效,它可以自动记录模拟操作过程,提供过程回放、评分考核等,这是通常实机作业训练难以做到的。

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