1、概況

某發(fā)電廠卸船機是由某國際著名的起重機廠商設計制造的橋式起重機，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。卸船機的卸煤作業(yè)屬于高空作業(yè)，其駕駛室則是實現(xiàn)人機對話的核心機構。但是駕駛室的設計和現(xiàn)場環(huán)境對駕駛員的工作視野有很大限制，約有240°的視覺盲區(qū)，同時大車機構行走時駕駛室沒有保護裝置。自其廠投產(chǎn)以來卸船機駕駛室曾經(jīng)多次出現(xiàn)與煤船發(fā)生碰撞損壞嚴重的事故。因此，駕駛室的加裝防碰撞系統(tǒng)直接關系著駕駛員的生命安全和設備安全。為了杜絕在卸船機運行期間駕駛室發(fā)生碰撞造成的人身傷亡和設備損壞事故，減少卸船機存在的安全隱患，我們進行了安全分析和技術改造。

2、駕駛室防撞系統(tǒng)的分析及設計

2.1 卸船機駕駛室現(xiàn)場工作環(huán)境

2.1.1由于受天文潮汐影響，同時卸煤過程中泊船載重量和位置的變化，造成泊船與卸船機有可能形成超出安全范圍的相對運動。
2.1.2來船結構差別很大，有些船體有桅桿及吊車，這些桅桿及吊車是不受控的，隨時有可能出現(xiàn)移動造成碰撞情況。
2.1.3卸船機駕駛室內操作員視線范圍為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)卸船機作業(yè)的生產(chǎn)實踐，我們要求：

2.2.1檢測傳感器要求安裝在駕駛室后面底部，傳感器有效檢測距離不低于6m,靈敏度可調；顯示器安裝在駕駛室內，可顯示障礙物距離（精度到毫米），有聲光報警，可設定卸船機減速，停止點，卸船機大車機構行走過程中，駕駛室距離前方障礙物小于3.00m時報警且大車機構減速至10%，1.50m時大車機構正常停止。
2.2.2 駕駛室防撞系統(tǒng)以駕駛室陸側減速限位開關動作點為分界點，駕駛室向海側行走起作用，往陸側行走不起作用。
2.2.3檢測傳感器至少有1路模擬量（4～20mA）、2路開關量輸出。
2.2.4檢測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，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，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)，但是我廠卸船機駕駛室有效尺寸：長×寬×高為4578×4216×2250mm，即其后側需要防撞范圍約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），未能達到在短距離內覆蓋5m的寬度的標準，因此增加履蓋范圍大的雷達傳感器，以保護駕駛室。

2.3.1控制系統(tǒng)框圖的設計和檢測傳感器選型

根據(jù)駕駛室防撞系統(tǒng)的分析和要求，決定選用美國邦納（BANNER）QT50R雷達傳感器兩路開關量來實現(xiàn)報警停車信號的輸出；使用QT50U超聲波傳感器的模擬量實現(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，一是能夠達到系統(tǒng)技術要求，二是能達到成本的壓縮化。

如圖1所示主控系統(tǒng)完成QT50模塊的窗口設置、模擬量的采集、參數(shù)的計算、結果顯示和控制等人機接口。

圖1 主控制系統(tǒng)框圖
組合傳感器的檢測范圍如圖2所示，可以看得出其已能履蓋整個駕駛室并且盲區(qū)范圍小，性能已達到現(xiàn)場工作要求。

圖2 Banner傳感器檢測示意圖

3、駕駛室防撞系統(tǒng)的程序結構和設計

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

3.1 在PB41/2段中，加入如下邏輯關系式：

______
I104.4 ·(I113.1+I113.3+ I113.5)＝F41

其中：
I113.1 雷達傳感器1的1.5m開關量輸入
I113.3 雷達傳感器2的1.5m開關量輸入
I113.5 雷達傳感器3的1.5m開關量輸入
I104.4 駕駛室陸側減速限位開關的輸入
F41.0 大車機構方向1（即向后行走）的正常停止中間標志字

其中三個雷達傳感器的輸入要求正常狀態(tài)時為高電平，有故障或檢測到障礙物時為低電平。此關系式的功能是實現(xiàn)駕駛室離開陸側進行正常卸煤作業(yè)時，陸側減速限位開關I104.4=1，任一雷達傳感器對駕駛室后面1.5m范圍內檢測到障礙物時將對大車機構進行聯(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F41可以作為報警的輸入點實現(xiàn)報警功能。

3.2在PB41/9段中，加入如下邏輯關系式：

______
I104.4 ·(I113.0+I113.2+ I113.4)＝F44

其中：
I113.0 雷達傳感器1的3.0m開關量輸入
I113.2 雷達傳感器2的3.0m開關量輸入
I113.4 雷達傳感器3的3.0m開關量輸入
I104.4 駕駛室陸側減速限位開關的輸入
F44.0 大車機構方向1（即向后行走）的預定速度10%行走中間標志字

其中三個雷達傳感器的輸入要求正常狀態(tài)時為高電平，有故障或檢測到障礙物時為低電平。此關系式的功能是實現(xiàn)駕駛室不在陸側停車位時，任一雷達傳感器對駕駛室后面3.0m范圍內檢測到障礙物時將對大車機構進行聯(lián)鎖使之減速以10%的速度向后行走，但對向前行走并不影響，同時F41可以作為報警的輸入點實現(xiàn)報警功能。

3.3在PB41段中，增加標準模數(shù)轉換控制功能塊，分別將三個超聲波的模擬量進行轉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，增加以下邏輯關系,實現(xiàn)駕駛室與障礙物處于危險距離的報警。邏輯關系如下：

F41+ F44 =Q40

其中：
F41 駕駛室與障礙物距離1.5m大車機構正常停止中間標志字
F44 駕駛室與障礙物距離3.0m大車機構減速中間標志字（雷達傳感器）
Q40 駕駛室與障礙物處于危險距離的報警輸出

4 結束語：

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