iTOP(integrated-design Tool Of Plant)은 철골공장을 대상으로 한 모델링, 구조해석, 후처리, 부재설계, 구조계산서, 구조도면 및 물량산출에 이르는 일련의 과정을 유기적으로 통합한 시스템이다. 크레인 주행도를 주요 인터페이스 도구로 이용하고 \"크레인 하중조건\"이라는 개념을 새로이 도입함으로써, 각 크레인의 주행 범위 및 하중 옵션을 경우별로 설정할 수 있도록 하였다. 이에 따라 크레인거더의 설계 및 해석하중의 계산이 효과적으로 이루어지고, 제반 데이터에 따른 크레인 하중조합의 산정은 완전히 자동화되었다.
최근에, 자동화 크레인 제어 시스템은 빠른 속도와 신속한 수송이 요구되어 지고 있다 컨테이너 야드 내에서 크레인 시스템의 동작 동안, 스프레더에 매달린 컨테이너의 흔들림은 최소화로 되도록 크레인의 트롤리 위치와 와이어 로프 길이 제어가 필요하다. 크레인 시스템에서 자동 주행 제어 기술과 흔들림 방지 기술을 사용하여 무인 자동화 제어 시스템의 개발을 할 수 있는 핵심 기술이다. 그 결과 우리는 트랜스퍼 크레인 시스템 제어에서 자동 주행 제어를 위한 제어기를 설계하였다. 크레인 시스템을 통한 시뮬레이션 분석에서 다른 기존의 제어기들보다 우수한 제어 수행을 증명하였다.
본 논문에서는, 컨테이너 터미널에서 운행되는 컨테이너크레인의 자동화 시스템을 개방형 제어시스템으로 제안한다. 그리고, 개방형 제어시스템을 하드웨어 모듈과 OS 모듈 그리고 응용소프트웨어 모듈로 구성되는 표준모델로 제시한다. 본 논문의 기여도는 다음과 같다. 첫째, 크레인 제어시스템의 개방화를 위한 새로운 기준모델을 제안한다. 둘째로, 컨테이너크레인의 구조를 분석하고 자동화된 컨테이너크레인을 구현하기 위한 방법을 제안한다.
본 논문에서는 현존하는 크레인 모니터링 시스템의 문제점을 보완한 새로운 크레인 통합 모니터링 시스템 구현한다. 구현하는 모니터링 시스템은 무선 네트워크를 기본으로 주 차단기의 전체 부하전류를 측정하기 위한 시스템, 주 감속기의 오일 및 베어링 감시를 위한 온도와 진동 측정 시스템, 주권 모터 베어링의 온도 측정 시스템, 또한 전기실 전체의 화재 감시를 위한 센서 등을 갖추고 여기에서 측정한 데이터를 중앙의 감시실로 전송하여 진단을 수행하는 통합 모니터링 시스템을 구현하고 성능시험을 수행한다.
항만 물류 시스템의 급속한 성장으로 인해 항만의 효율성을 증대하기 위한 자동화 크레인 시스템의 개발이 다양하게 진행 중이다. 자동화크레인은 통신 네트워크를 통하여 각종센서와 액츄에이터를 정밀 제어하게 되는데 이러한 시스템에 장착되는 네트워크 기반 스마트 모 듈은 센서 선호획득 및 필터링 기능, 데이터 연산 및 통신기능이 한 보드상에 구축되어 있어 고장이나 프로토콜이 지원이 다른 모듈을 사용할 경우 모듈 전체를 교체해야 되는 문제점이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 IEEE 1451 기반의 네트워크 독립적인 스마트 모듈을 제안하고 제안한 스마트 모듈의 성능을 평가하여 크레인 시스템에 적용 가능성을 확인하였다.
본 논문에서는 무인 크레인 시스템 구축을 위하여 산업현장에서 가장 일반적으로 사용되어지는 slab와 coil의 형상 판별 및 3차원 위치 좌표를 산업현장의 환경에 구애받지 않고 정확하게 추출할 수 있는 통합 비전 시스템을 개발하였다. 기존의 비전 시스템은 산업현장의 환경에 영향을 받기 때문에 정확한 물체의 형상 팔별 및 위치 데이터를 추출 할 수 없는 경우가 빈번히 발생하였다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 본 논문에서는 레이저 스캐너와 CCD 카메라를 정합하여 slab와 coil의 형상을 판별하고 3차원 위치좌표를 추출하는 통합 비전 시스템을 제안한다. 본 논문에서 제안한 통합 비전 시스템은 무인 크레인 시스템 구축에 상당한 도움이 될 것으로 기대 된다.
국내 컨테이너터미널에서는 야드 트랙터의 위치를 실시간으로 인식하기 위해 RFID시스템을 사용하고 있다. 그러나 RFID를 이용한 위치인식은 트랜스퍼 크레인을 이용하는 야드 작업에는 문제가 없으나, 컨테이너 크레인을 이용하는 본선 작업에는 문제가 있다. 즉, 컨테이너 크레인에서 크레인 밑의 4개 차선에서 움직이는 야드 트랙터들을 구분하여 정확히 인식하기가 불가능하기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 트랜스퍼 크레인의 야드 작업은 물론이고 컨테이너 크레인의 본선 작업에서도 동일한 방식으로 정확히 야드 트랙터를 인식할 수 있는 적외선 통신시스템을 개발하였다. 본 연구의 결과 인식 횟수가 일정하게 측정되었으며, 25m의 거리에서도 인식범위가 5.7m로 측정 가능하였다. 즉, 컨테이너 크레인 밑을 이동하는 여러 대의 야드 트랙터들을 구분하여 인식할 수 있는 인식 범위를 가지게 되었다.
크레인 시스템은 항만 터미널 등의 산업현장에서 무거운 물체를 이송하는데 사용되는 장비로서 그 정확성과 신속성을 동시에 만족시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문은 적응제어기의 일종인 모델매칭 기법을 이용하여 복잡한 3 자유도 비선형 크레인의 제어 시스템에 대한 연구를 제안한다. 피드백 선형화(feedback linearization)를 통해 비선형 크레인 모델을 선형화한 후 PD 제어기를 적용하여 선형 공칭 모텔을 구한다. 이 모델은 시스템 섭동을 갖는 실시간 시스템 모델과 함께, 리아푸노브(Lyapunov) 이론을 적용하여 실시간 섭동에 의해 발생되는 제어오차를 감소하기 위한 보조 제어규칙의 산출에 이용된다. 또한 리아푸노브 안정성이론을 적용하여 구성한 크레인 제어시스템의 안정성 해석을 실시한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 알고리즘의 타당성을 검증하며 기존의 제어방식과 비교 분석하여 그 우수성을 입증한다.
산업 현장의 시설물들이 최근 들어 대형화, 고속화되면서 이들을 이동시키는 크레인의 안전운전은 더욱 중요성을 가지게 되었다. 본 논문에서는 카메라 영상을 이용하여 크레인 안전선 내 움직이는 물체를 감지하는 시스템을 구성하였다. 이 시스템은 별도의 장비가 필요 없이 노트북 컴퓨터와 웹켐만으로도 구현이 가능하여 저렴한 비용으로 실시간 적용이 가능하다. 움직이는 물체를 감시하고 검출하는 알고리듬은 차분영상과 영상 미분 히스토그램을 적용하였다. 제안하는 시스템은 조명과 날씨 등의 주변 환경 변화에 강인하도록 시스템을 구축하였다. 시스템의 성능과 정확도를 향상하기 위하여 크레인 영상 프레임의 안전선 내 상황만을 고려하고 그림자 제거 알고리듬을 사용하였다. 또한 본 시스템은 산업현장에 접목이 용이하여 실용적인 측면에서의 가치가 높다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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