摘 要

岸桥小车频繁制/启动过程中易受风载与摩擦阻力影响，随着小车运行速度的不断提高，加之小车运行轨道存在缺陷（变形、焊缝等），小车防摇和精准定位成为提高岸桥装卸效率，减少小车运行事故亟待解决的重要问题。而对于小车运动状态专用的监测仪器尚无产品，制约了小车防摇与精确定位问题的研究。

本文描述了一种针对于岸桥小车运行状态的监测仪器，主要用于对岸桥小车运行姿态（包括运动加速度和偏斜运动时的小车偏角）与运动位置的参数监测，从而了解小车运行规律，以其实现对岸桥小车平稳性监测、精确定位与行程预警等功能。本文的主要工作包括：

（1）建立小车运动模型，分析小车高速运行状态下的运动特点；

（2）构建岸桥小车运行平稳性监测设备，通过监测传感器采集小车运动状态参数，并完成采样数据的无线传输；

（3）基于上述系统所采集的参数信息，分析误差原理，建立传感器误差识别模型，并对其进行误差补偿；

（4）基于Visual Basic 6.0可视化编程环境，编写岸桥小车平稳监测平台软件，对采样参数进行可视化显示，并能完成报表输出。

基于上述工作，本文所构建岸桥小车运行平稳性监测系统，重点在于传感器数据采样功能原理的实现，与采样信号的后处理，监测仪下位机的硬件制作与安装调试，笔者将在日后的学习中完成。总的来说，构建岸桥小车运行平稳性监测系统，对于小车防摆和其准确定位的研究具有一定的参考意义和实际的工程应用价值，同时本文所述系统,适用于塔机、门机、缆绳式起重机等小车运行机构，或门座式起重机大车运行机构运动状态的研究。

关键词：岸桥小车；平稳性监测；陀螺仪；信号处理

Abstract

Lifting trolley container crane frequent braking / susceptible to the wind load during startup friction and impact, with the increasing speed of the trolley, coupled with the presence of defects (deformation, welding, etc.) orbit trolley, the trolley anti-sway and precise Positioning to improve the efficiency of shore and bridge handling, reduce the car to run the accident to solve the important problem. For lifting trolley motion state special monitoring equipment is no product, restricted the study car anti-swing and pinpoint the problem.

This paper describes a monitoring instrument for the running status of the quayside car. It is mainly used to monitor the running attitude of the quayside car (including the motion acceleration and skew deflection at the time of skew movement) and the movement position to understand the running rules of the car , With its realization of the stability of the shore bridge car monitoring, precise positioning and travel early warning and other functions. The main work includes:

(1) Establish a quayside container crane lifting sports car model to analyze the characteristics of sports car under high-speed operation state;

(2) Construction of container crane lifting trolley stationary monitoring device, vehicle movement state parameter acquired by monitoring sensors and wireless transmission of sample data is completed;

(3) Based on the parameter information collected by the above system, the error principle is analyzed, the sensor error recognition model is established and the error compensation is made.

(4) Based on Visual Basic, to write Quayside car stable platform software monitoring, sampling parameters visual display, and can complete report output.

Based on the above work, this paper constructs the stability monitoring system of the crane, which focuses on the realization of the principle of sensor data sampling function, the post-processing of the sampling signal, the hardware production and installation of the lower computer, In the future to complete the study. In general, the construction of the stability monitoring system for the construction of the crane of the shore crane is very important for the study of the anti-swing and its accurate positioning of the crane of the shore crane. At the same time, System, suitable for tower crane, door machine, cable crane and other car operating agencies, or door crane crane operating mechanism of the movement of the study.

Key Words：Shore crane hoisting trolley；Smooth monitoring；Gyroscope；Signal processing.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 论文的主要研究内容 2

第2章 岸桥小车平稳监测仪器方案设计 3

2.1 岸桥小车简要分析 3

2.1.1 岸桥小车概述 3

2.1.2 岸桥小车作业运行 4

2.1.3 岸桥小车运动模型及简化 6

2.1.4 岸桥小车动载分析 7

2.2 小车监测系统设计总体方案 10

2.2.1 监测系统设计总体要求 10

2.2.2 系统设计总体方案 11

2.3 中央处理器的选择 12

2.4 状态监测传感器选型 13

2.4.1 位置传感器选型与设计 13

2.4.2 加速度传感器选型与设计 14

2.5 GPRS网络与数据传输模块设计 16

2.5.1 GPRS网络结构概述 16

2.5.2 GPRS模块设计 17

2.6 电源模块设计 18

第3章 岸桥小车平稳监测仪采集数据处理 19

3.1误差识别方法综述 19

3.2 陀螺随机误建模与分析补偿 19

3.2.1 陀螺随机误差的Allan方差分析方法 20

3.2.2 陀螺温度性能分析 22

3.3 激光测距误差补偿 23

3.3.1 谱分析鉴相的原理与偏差分析 23

3.3.2 噪声对鉴相精度的影响 25

3.3.3 基于希尔伯特变换的鉴相分析 26

第4章 岸桥小车平稳监测仪软件设计与实现 28

4.1 Visual Basic 6.0简述 28

4.2 岸桥小车平稳监测平台组成结构 28

4.3 通讯系统的建立 29

4.4 各模块介绍 30

4.4.1 用户登陆 30

4.4.2 主界面 32

4.4.3 修改用户信息/权限 33

4.4.4 录入/修改/删除传感器信息 36

4.4.5 监测数据显示 36

第5章 环境影响及经济分析 38

5.1 环境影响 38

5.2 经济分析 38

第6章 总结 39

6.1 本文总结 39

6.2 存在的问题及下一步研究展望 39

参考文献 41

致谢 43

第1章 绪论

1.1 研究意义

随着中国经济的快速发展，集装箱年运输箱量由2001年的2748万TEU（标准集装箱），至2016年已发展到了1.43亿TEU。集装箱运输箱量的增加，船舶大型化发展，对港口装卸效率提出了更为严苛的要求，港口装卸设备不断向大型化和专业化发展。岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）是码头前沿集装箱装卸的主要设备，作用是在运输船和集装箱卡车间装卸集装箱，其最大的特点是柔性吊运，即利用布置在行走车架上的绳组来实现吊载的竖直起升和水平移动，使得岸桥结构设计更合理，装卸效率更高，但随之也带来了新的问题，由于岸桥大/小车快速制/启动、吊载惯性，以及由工作风载、运行阻力引起的偏载，不但增大了事故发生的风险，且严重制约装卸效率的提升。

一方面，小车速度不断增加，以前其运行速度，空载起升，满载时仅；而现在小车工作速度增加近乎1倍，小车速度越高，其精确定位也就越难；另一方面，多箱装卸技术（即多吊具或多小车同时吊运，下文有所介绍）的发展与应用，小车运动和控制更为复杂，对其运行状态实时监测便显得尤为重要，本文就是以此为题，展开对岸桥小车运行平稳性监测设备的研究。