卸船機(jī)駕駛室加裝防撞系統(tǒng)

1、概 況

某發(fā)電廠卸船機(jī)是由某國(guó)際著名的起重機(jī)廠商設(shè)計(jì)制造的橋式起重機(jī)，其駕駛室是懸掛在主梁/懸臂的軌道上，離地面高25m，行程為42m。卸船機(jī)的卸煤作業(yè)屬于高空作業(yè)，其駕駛室則是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的核心機(jī)構(gòu)。但是駕駛室的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)駕駛員的工作視野有很大限制，約有240°的視覺盲區(qū)，同時(shí)大車機(jī)構(gòu)行走時(shí)駕駛室沒有保護(hù)裝置。自其廠投產(chǎn)以來卸船機(jī)駕駛室曾經(jīng)多次出現(xiàn)與煤船發(fā)生碰撞損壞嚴(yán)重的事故。因此，駕駛室的加裝防碰撞系統(tǒng)直接關(guān)系著駕駛員的生命安全和設(shè)備安全。為了杜絕在卸船機(jī)運(yùn)行期間駕駛室發(fā)生碰撞造成的人身傷亡和設(shè)備損壞事故，減少卸船機(jī)存在的安全隱患，我們進(jìn)行了安全分析和技術(shù)改造。

2、駕駛室防撞系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)

2.1 卸船機(jī)駕駛室現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境

2.1.1由于受天文潮汐影響，同時(shí)卸煤過程中泊船載重量和位置的變化，造成泊船與卸船機(jī)有可能形成超出安全范圍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2.1.2來船結(jié)構(gòu)差別很大，有些船體有桅桿及吊車，這些桅桿及吊車是不受控的，隨時(shí)有可能出現(xiàn)移動(dòng)造成碰撞情況。

2.1.3卸船機(jī)駕駛室內(nèi)操作員視線范圍為160°，有效視線范圍為120°。操作員的視線盲區(qū)很大，非常不利于卸煤作業(yè)。

2.2 根據(jù)卸船機(jī)作業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，我們要求：

2.2.1檢測(cè)傳感器要求安裝在駕駛室后面底部，傳感器有效檢測(cè)距離不低于6m,靈敏度可調(diào)；顯示器安裝在駕駛室內(nèi)，可顯示障礙物距離（精度到毫米），有聲光報(bào)警，可設(shè)定卸船機(jī)減速，停止點(diǎn)，卸船機(jī)大車機(jī)構(gòu)行走過程中，駕駛室距離前方障礙物小于3.00m時(shí)報(bào)警且大車機(jī)構(gòu)減速至10%，1.50m時(shí)大車機(jī)構(gòu)正常停止。

2.2.2 駕駛室防撞系統(tǒng)以駕駛室陸側(cè)減速限位開關(guān)動(dòng)作點(diǎn)為分界點(diǎn)，駕駛室向海側(cè)行走起作用，往陸側(cè)行走不起作用。

2.2.3檢測(cè)傳感器至少有1路模擬量（4～20mA）、2路開關(guān)量輸出。

2.2.4檢測(cè)傳感器必須能分辨煤船天線及避雷針等物體，不受外界環(huán)境（風(fēng)，氣溫變化，灰塵等）影響。

2.3防撞系統(tǒng)方案的確定

超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)，但是我廠卸船機(jī)駕駛室有效尺寸：長(zhǎng)×寬×高為4578×4216×2250mm，即其后側(cè)需要防撞范圍約5m寬度，但超聲波傳感器的性能參數(shù)（發(fā)散角和反射特性曲線），未能達(dá)到在短距離內(nèi)覆蓋5m的寬度的標(biāo)準(zhǔn)，因此增加履蓋范圍大的雷達(dá)傳感器，以保護(hù)駕駛室。

2.3.1控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)和檢測(cè)傳感器選型

根據(jù)駕駛室防撞系統(tǒng)的分析和要求，決定選用美國(guó)邦納（BANNER）QT50R雷達(dá)傳感器兩路開關(guān)量來實(shí)現(xiàn)報(bào)警停車信號(hào)的輸出；使用QT50U超聲波傳感器的模擬量實(shí)現(xiàn)駕駛室與障礙物的距離顯示。在駕駛室后面等距離安裝3套參數(shù)稍低的組合傳感器裝置，一是能夠達(dá)到系統(tǒng)技術(shù)要求，二是能達(dá)到成本的壓縮化。

如圖1所示主控系統(tǒng)完成QT50模塊的窗口設(shè)置、模擬量的采集、參數(shù)的計(jì)算、結(jié)果顯示和控制等人機(jī)接口。

圖1 主控制系統(tǒng)框圖

組合傳感器的檢測(cè)范圍如圖2所示，可以看得出其已能履蓋整個(gè)駕駛室并且盲區(qū)范圍小，性能已達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)工作要求。

3、駕駛室防撞系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)

在PLC程序中增加下列程序段（PB即Program Block，I指輸入點(diǎn)，Q指輸出點(diǎn)，F(xiàn)指中間標(biāo)志字）：

3.1 在PB41/2段中，加入如下邏輯關(guān)系式：
______

其中：

I113.1 雷達(dá)傳感器1的1.5m開關(guān)量輸入

I113.3 雷達(dá)傳感器2的1.5m開關(guān)量輸入

I113.5 雷達(dá)傳感器3的1.5m開關(guān)量輸入

I104.4 駕駛室陸側(cè)減速限位開關(guān)的輸入

F41.0 大車機(jī)構(gòu)方向1（即向后行走）的正常停止中間標(biāo)志字

其中三個(gè)雷達(dá)傳感器的輸入要求正常狀態(tài)時(shí)為高電平，有故障或檢測(cè)到障礙物時(shí)為低電平。此關(guān)系式的功能是實(shí)現(xiàn)駕駛室離開陸側(cè)進(jìn)行正常卸煤作業(yè)時(shí)，陸側(cè)減速限位開關(guān)I104.4=1，任一雷達(dá)傳感器對(duì)駕駛室后面1.5m范圍內(nèi)檢測(cè)到障礙物時(shí)將對(duì)大車機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖使之正常停止,但不影響其向前行走，避免駕駛室發(fā)生碰撞,同時(shí)F41可以作為報(bào)警的輸入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

3.2在PB41/9段中，加入如下邏輯關(guān)系式：
______
I104.4 ·（I113.0+I113.2+ I113.4）＝F44

其中：

I113.0 雷達(dá)傳感器1的3.0m開關(guān)量輸入

I113.2 雷達(dá)傳感器2的3.0m開關(guān)量輸入

I113.4 雷達(dá)傳感器3的3.0m開關(guān)量輸入

I104.4 駕駛室陸側(cè)減速限位開關(guān)的輸入

F44.0 大車機(jī)構(gòu)方向1（即向后行走）的預(yù)定速度10%行走中間標(biāo)志字

其中三個(gè)雷達(dá)傳感器的輸入要求正常狀態(tài)時(shí)為高電平，有故障或檢測(cè)到障礙物時(shí)為低電平。此關(guān)系式的功能是實(shí)現(xiàn)駕駛室不在陸側(cè)停車位時(shí)，任一雷達(dá)傳感器對(duì)駕駛室后面3.0m范圍內(nèi)檢測(cè)到障礙物時(shí)將對(duì)大車機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)鎖使之減速以10%的速度向后行走，但對(duì)向前行走并不影響，同時(shí)F41可以作為報(bào)警的輸入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

3.3在PB41段中，增加標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換控制功能塊，分別將三個(gè)超聲波的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以顯示駕駛室與障礙物的距離，并通過顯示器傳遞給駕駛員。

3.4在PB41段中，增加以下邏輯關(guān)系,實(shí)現(xiàn)駕駛室與障礙物處于危險(xiǎn)距離的報(bào)警。邏輯關(guān)系如下：

其中：

F41 駕駛室與障礙物距離1.5m大車機(jī)構(gòu)正常停止中間標(biāo)志字

F44 駕駛室與障礙物距離3.0m大車機(jī)構(gòu)減速中間標(biāo)志字（雷達(dá)傳感器）

Q40 駕駛室與障礙物處于危險(xiǎn)距離的報(bào)警輸出

4 、結(jié)束語：

在卸船機(jī)駕駛室防撞系統(tǒng)實(shí)施中，我們創(chuàng)新地組合使用了超聲波和雷達(dá)傳感器，充分發(fā)揮其工作特性，增加其靈敏度及動(dòng)作可靠性，實(shí)現(xiàn)了駕駛室與障礙物的檢測(cè)和防碰撞保護(hù)，極大的提高了安全性,防止事故的發(fā)生；我們利用卸船機(jī)先進(jìn)的西門子S5-155U程序功能和ET200備用的I/O輸入輸出點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的工業(yè)編程語言結(jié)合電氣控制技術(shù)，使各項(xiàng)聯(lián)鎖更加可靠，便于進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。據(jù)了解，一般同類的卸船機(jī)的駕駛室都缺少這種聯(lián)鎖保護(hù)，值得在同類設(shè)備中推廣應(yīng)用，以增加卸船機(jī)的安全性。