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卸船机驾驶室加装防撞系统
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1、概况
某发电厂卸船机是由某国际著名的起重机厂商设计制造的桥式起重机，其驾驶室是悬挂在主梁/悬臂的轨道上，离地面高25m，行程为42m。卸船机的卸煤作业属于高空作业，其驾驶室则是实现人机对话的核心机构。但是驾驶室的设计和现场环境对驾驶员的工作视野有很大限制，约有240°的视觉盲区，同时大车机构行走时驾驶室没有保护装置。自其厂投产以来卸船机驾驶室曾经多次出现与煤船发生碰撞损坏严重的事故。因此，驾驶室的加装防碰撞系统直接关系着驾驶员的生命安全和设备安全。为了杜绝在卸船机运行期间驾驶室发生碰撞造成的人身伤亡和设备损坏事故，减少卸船机存在的安全隐患，我们进行了安全分析和技术改造。
2、驾驶室防撞系统的分析及设计
2.1 卸船机驾驶室现场工作环境
2.1.1由于受天文潮汐影响，同时卸煤过程中泊船载重量和位置的变化，造成泊船与卸船机有可能形成超出安全范围的相对运动。
2.1.2来船结构差别很大，有些船体有桅杆及吊车，这些桅杆及吊车是不受控的，随时有可能出现移动造成碰撞情况。
2.1.3卸船机驾驶室内操作员视线范围为160°，有效视线范围为120°。操作员的视线盲区很大，非常不利于卸煤作业。
2.2 根据卸船机作业的生产实践，我们要求：
2.2.1检测传感器要求安装在驾驶室后面底部，传感器有效检测距离不低于6m,灵敏度可调；显示器安装在驾驶室内，可显示障碍物距离（精度到毫米），有声光报警，可设定卸船机减速，停止点，卸船机大车机构行走过程中，驾驶室距离前方障碍物小于3.00m时报警且大车机构减速至10%，1.50m时大车机构正常停止。
2.2.2 驾驶室防撞系统以驾驶室陆侧减速限位开关动作点为分界点，驾驶室向海侧行走起作用，往陆侧行走不起作用。
2.2.3检测传感器至少有1路模拟量（4～20mA）、2路开关量输出。
2.2.4检测传感器必须能分辨煤船天线及避雷针等物体，不受外界环境（风，气温变化，灰尘等）影响。
2.3防撞系统方案的确定
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现，但是我厂卸船机驾驶室有效尺寸：长×宽×高为4578×4216×2250mm，即其后侧需要防撞范围约5m宽度，但超声波传感器的性能参数（发散角和反射特性曲线），未能达到在短距离内覆盖5m的宽度的标准，因此增加履盖范围大的雷达传感器，以保护驾驶室。
2.3.1控制系统框图的设计和检测传感器选型
根据驾驶室防撞系统的分析和要求，决定选用美国邦纳（BANNER）QT50R雷达传感器两路开关量来实现报警停车信号的输出；使用QT50U超声波传感器的模拟量实现驾驶室与障碍物的距离显示。在驾驶室后面等距离安装3套参数稍低的组合传感器装置，一是能够达到系统技术要求，二是能达到成本的压缩化。
如图1所示主控系统完成QT50模块的窗口设置、模拟量的采集、参数的计算、结果显示和控制等人机接口。

（图片）

图1 主控制系统框图

组合传感器的检测范围如图2所示，可以看得出其已能履盖整个驾驶室并且盲区范围小，性能已达到现场工作要求。

（图片）

图2 Banner传感器检测示意图

（图片）

3、驾驶室防撞系统的程序结构和设计
在PLC程序中增加下列程序段（PB即Program Block，I指输入点，Q指输出点，F指中间标志字）：
3.1 在PB41/2段中，加入如下逻辑关系式：
______
I104.4 ·(I113.1+I113.3+ I113.5)＝F41

（图片）

其中：
I113.1 雷达传感器1的1.5m开关量输入
I113.3 雷达传感器2的1.5m开关量输入
I113.5 雷达传感器3的1.5m开关量输入
I104.4 驾驶室陆侧减速限位开关的输入
F41.0 大车机构方向1（即向后行走）的正常停止中间标志字
其中三个雷达传感器的输入要求正常状态时为高电平，有故障或检测到障碍物时为低电平。此关系式的功能是实现驾驶室离开陆侧进行正常卸煤作业时，陆侧减速限位开关I104.4=1，任一雷达传感器对驾驶室后面1.5m范围内检测到障碍物时将对大车机构进行联锁使之正常停止,但不影响其向前行走，避免驾驶室发生碰撞,同时F41可以作为报警的输入点实现报警功能。
3.2在PB41/9段中，加入如下逻辑关系式：
______
I104.4 ·(I113.0+I113.2+ I113.4)＝F44

（图片）

其中：
I113.0 雷达传感器1的3.0m开关量输入
I113.2 雷达传感器2的3.0m开关量输入
I113.4 雷达传感器3的3.0m开关量输入
I104.4 驾驶室陆侧减速限位开关的输入
F44.0 大车机构方向1（即向后行走）的预定速度10%行走中间标志字
其中三个雷达传感器的输入要求正常状态时为高电平，有故障或检测到障碍物时为低电平。此关系式的功能是实现驾驶室不在陆侧停车位时，任一雷达传感器对驾驶室后面3.0m范围内检测到障碍物时将对大车机构进行联锁使之减速以10%的速度向后行走，但对向前行走并不影响，同时F41可以作为报警的输入点实现报警功能。
3.3在PB41段中，增加标准模数转换控制功能块，分别将三个超声波的模拟量进行转换以显示驾驶室与障碍物的距离，并通过显示器传递给驾驶员。

（图片）

3.4在PB41段中，增加以下逻辑关系,实现驾驶室与障碍物处于危险距离的报警。逻辑关系如下：
F41+ F44 =Q40
其中：
F41 驾驶室与障碍物距离1.5m大车机构正常停止中间标志字
F44 驾驶室与障碍物距离3.0m大车机构减速中间标志字（雷达传感器）
Q40 驾驶室与障碍物处于危险距离的报警输出
4 结束语：
在卸船机驾驶室防撞系统实施中，我们创新地组合使用了超声波和雷达传感器，充分发挥其工作特性，增加其灵敏度及动作可靠性，实现了驾驶室与障碍物的检测和防碰撞保护，极大的提高了安全性,防止事故的发生；我们利用卸船机先进的西门子S5-155U程序功能和ET200备用的I/O输入输出点，运用先进的工业编程语言结合电气控制技术，使各项联锁更加可靠，便于进行维护保养。据了解，一般同类的卸船机的驾驶室都缺少这种联锁保护，值得在同类设备中推广应用，以增加卸船机的安全性。 3/23/2009

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