起重機(jī)防撞系統(tǒng)的分析與研究

孫吉云

大連電子學(xué)校, 遼寧 大連 116023

1 概述

起重機(jī)械作為特種設(shè)備的重要組成部分之一，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)場所。在一些大型的船廠、港口等場所，起重機(jī)更是被密集的使用。在許多使用場合，同層多臺(tái)吊車作業(yè)比較普遍，也有上下兩層、甚至上下三層吊車作業(yè)的場所。這些設(shè)備在使用的過程中相互交替作業(yè)，而司機(jī)往往專注于被吊重物的運(yùn)行，故起重機(jī)之間的安全距離很難得到有效的保證。由于起重機(jī)體積質(zhì)量很大，且以一定的速度在軌道上運(yùn)行，極易碰撞。如果一旦發(fā)生碰撞，后果不堪設(shè)想。不但財(cái)產(chǎn)會(huì)受到巨大的損失，而且會(huì)造成重大的人生傷亡事故。在這種情況下，單憑安全尺、行程開關(guān)，或者單憑司機(jī)目測等傳統(tǒng)方式來防止碰撞，已經(jīng)不能保證安全。因此，在同一軌道上運(yùn)行的起重機(jī)有必要裝設(shè)防碰撞系統(tǒng)。

為防止起重機(jī)發(fā)生碰撞事故，曾采用過機(jī)械式、超聲波和微波等防碰撞裝置。機(jī)械式防碰撞裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單成本較低，但安裝調(diào)試不方便，伸出的角鋼會(huì)抖動(dòng)，且保護(hù)距離越大，角鋼抖動(dòng)越厲害，導(dǎo)致工作很不可靠。超聲波防碰撞裝置雖然成本低，但超聲波散射角大，定位精度較差，而且影響強(qiáng)度的因素太多。露天、下雨天都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的誤動(dòng)作。微波防碰撞裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，下雨、粉塵、霧對其吸收大，可靠性差。

2 起重機(jī)防撞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

放射型，由發(fā)射器、接收器、控制器和反射板組成。發(fā)射器、接收器、控制器安裝在同一軌道的一臺(tái)起重機(jī)上，反射板安裝在相鄰的另一臺(tái)起重機(jī)上。發(fā)射器發(fā)出檢測波，經(jīng)反射板反射給接收器，經(jīng)過比較分析，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給控制器進(jìn)行計(jì)算，然后輸出相應(yīng)的功能。

直射型，檢測信號(hào)不經(jīng)過反射板反射的統(tǒng)稱為直射型。主要有以下三種：

（1）接收式。這種型式的接收器和控制器安裝在防碰主體上，特制的光源或者發(fā)射器安裝在防碰客體上。當(dāng)防碰主體運(yùn)行到規(guī)定距離時(shí)，就會(huì)接收到防碰客體上發(fā)出的信號(hào)，從而使防碰主體實(shí)施規(guī)定的防碰功能。

（2）能動(dòng)反射式。這種型式的發(fā)射接收器同時(shí)安裝在防碰主體和防碰客體上。安裝在防碰客體上的稱為能動(dòng)反射器，其結(jié)構(gòu)與安裝在防碰主體上的發(fā)射接收器有所不同。發(fā)射接收器定期發(fā)出檢測波，能動(dòng)反射器在規(guī)定距離接收到檢測波后，立即發(fā)回應(yīng)答信號(hào)，發(fā)射接收器收到應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行處理后，送控制器對防碰主體實(shí)施保護(hù)。

（3）互控式。這種型式的構(gòu)成與能動(dòng)反射式相同，只是在能動(dòng)反射器上增加了控制防碰客體的輸出回路，在規(guī)定距離能同時(shí)執(zhí)行兩臺(tái)吊車的防碰功能。

3 起重機(jī)紅外防碰撞原理

采用鎖相環(huán)技術(shù)，提高了防碰撞系統(tǒng)的抗干擾性。因?yàn)榧t外線為不可見光線，日光、明火、手電筒及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都能發(fā)出紅外線。為提高系統(tǒng)的抗干擾性，對紅外線發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了特殊的調(diào)制處理：用低頻振蕩方波，高頻振蕩脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制后的脈沖信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，這些被調(diào)制后的信號(hào)具有很強(qiáng)的特性，能有效的區(qū)別其他設(shè)備紅外線發(fā)出的信號(hào)干擾， 如圖1所示。同時(shí)，接收器采用高抗干擾的信號(hào)放大器和鎖相環(huán)放大器。唯有在鎖相環(huán)的中心頻率與接收到的調(diào)制信號(hào)頻率一致時(shí)，才能使控制回路的繼電器有效的動(dòng)作，從而使起重機(jī)大車停止運(yùn)行。

圖1 經(jīng)兩級調(diào)制的紅外波形圖

防碰撞裝置由發(fā)射和接收兩部分組成，如圖2所示。

圖2 起重機(jī)紅外防碰撞系統(tǒng)的硬件組成

接收部分主要有紅外線接收器、放大器及譯碼器組成。接收器將接收到的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大濾波后，由譯碼器編譯成指令信號(hào)，再將指令信號(hào)傳送給控制器進(jìn)行處理。

發(fā)射部分主要由指令開關(guān)、編碼器、調(diào)制解調(diào)器及紅外線發(fā)射器組成。當(dāng)控制器處理完接收部分給予的指令信號(hào)后，發(fā)出對應(yīng)的編碼指令信號(hào)，該編碼指令信號(hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)后轉(zhuǎn)變成編碼調(diào)制信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射器。

控制器用來處理接收部分輸入的指令信號(hào)，同時(shí)給發(fā)射部分提供輸出的指令信號(hào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)起重機(jī)控制系統(tǒng)來執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警和制動(dòng)信號(hào)。

5 起重機(jī)紅外防碰撞系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

為有效防止防碰撞系統(tǒng)的誤動(dòng)作，軟件采用了延時(shí)方式，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾性。軟件流程圖見圖3所示。

在軟件的執(zhí)行過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩起重機(jī)之間的安全距離小于預(yù)警設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警并同時(shí)減速，提醒司機(jī)注意。當(dāng)安全距離繼續(xù)減小達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的極限值時(shí)，系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)推動(dòng)繼電器動(dòng)作，使大車制動(dòng)停車。

圖3 起重機(jī)紅外防碰撞系統(tǒng)的軟件組成

6 結(jié)語

在介紹起重機(jī)防碰撞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及工作原理的基礎(chǔ)上，分析了起重機(jī)防碰撞系統(tǒng)的硬件組成及軟件的實(shí)現(xiàn)方法，為起重機(jī)防碰撞系統(tǒng)在現(xiàn)場采用提供了良好的理論基礎(chǔ)。

[1]孫承永. 紅外防撞裝置在起重機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 設(shè)備管理與維修，2003(10)