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(shè)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(gòu)。但是駕駛室的設(shè)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(gòu)行走時駕駛室沒有保護(hù)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(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。為了杜絕在卸船機運行期間駕駛室發(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
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(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,隨時有可能出現(xiàn)移動造成碰撞情況。
2.1.3卸船機駕駛室內(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(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),有聲光報警,可設(shè)定卸船機減速,停止點,卸船機大車機構(gòu)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(gòu)減速至10%,1.50m時大車機構(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)動作點為分界點,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,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(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(dá)傳感器兩路開關(guān)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(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)的計算、結(jié)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(dá)到現(xiàn)場工作要求。
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圖2 Banner傳感器檢測示意圖
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3、駕駛室防撞系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)和設(shè)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(biāo)志字):
3.1 在PB41/2段中,加入如下邏輯關(guān)系式:
______
I104.4 ·(I113.1+I113.3+ I113.5)=F41
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
其中三個雷達(dá)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(guān)系式的功能是實現(xiàn)駕駛室離開陸側(cè)進(jìn)行正常卸煤作業(yè)時,陸側(cè)減速限位開關(guān)I104.4=1,任一雷達(dá)傳感器對駕駛室后面1.5m范圍內(nèi)檢測到障礙物時將對大車機構(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(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
其中三個雷達(dá)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(guān)系式的功能是實現(xiàn)駕駛室不在陸側(cè)停車位時,任一雷達(dá)傳感器對駕駛室后面3.0m范圍內(nèi)檢測到障礙物時將對大車機構(gòu)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換控制功能塊,分別將三個超聲波的模擬量進(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,實現(xiàn)駕駛室與障礙物處于危險距離的報警。邏輯關(guān)系如下:
F41+ F44 =Q40
其中:
F41 駕駛室與障礙物距離1.5m大車機構(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距離的報警輸出
4 、結(jié)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(dá)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(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,運用先進(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,以增加卸船機的安全性。