基于紅外測距的起重機防撞控制系統設計

王玲

摘 要：針對起重機在軌道運行時，容易與相鄰協作作業的起重機發生碰撞或意外闖入起重機大車軌道的汽車發生碰撞從而導致事故等問題，根據紅外測距原理，設計了一種起重機防撞控制系統。該系統通過紅外測距模塊，檢測起重機與相鄰起重機或大車軌道上障礙物之間的距離。控制模塊將距離信息實時顯示在液晶顯示屏上。當距離達到規定的閾值時，觸發報警器，提醒司機進行安全操作，防止碰撞。本系統通信可靠，測距精度高，能有效地輔助司機進行起重機的操作，降低事故發生率。

關鍵詞：紅外測距；起重機操作；防撞控制；閾值距離；精度高

隨著現代港口物流的飛速發展，起重機一天24小時不間斷地在軌道上移動，提取集裝箱。在同一個軌道上，一般有四五臺起重機在同時作業，產生快速的相對移動。由于駕駛人員在繁重的作業過程中，注意力高度集中在集裝箱的定位以及提升高度上，容易忽視相鄰協作作業的起重機之間的安全距離，容易導致起重機在大車行走過程中與相鄰起重機或軌道上障礙物發生碰撞。此類碰撞容易導致起重機上部結構發生形變，或對障礙物造成嚴重的損壞。為了保障工作效率和工作質量并保證生產安全，本論文提出了基于紅外測距的起重機防撞控制系統，實現起重機在相對移動作業時，保持一定的安全距離，在提高作業效率，贏得更多的經濟效益的同時，為安全作業提供保障，保證駕駛人員及運行設備的安全。

1 起重機防撞控制系統總體方案設計

起重機防撞控制系統主要由紅外測距模塊和控制主機組成，兩者之間通過非屏蔽6芯護套線進行通信。紅外測距模塊又由紅外發射端、接收端和反光板組成。紅外發射端和接收端集成在紅外模塊上，安裝在起重機滑軌的頭部，反光板安裝在相鄰起重機滑軌的尾部。當紅外發射端發射一束紅外線，遇到反光板后反射回紅外接收端。紅外模塊將相對距離信息通過護套線傳輸到位于駕駛室的控制主機上。主機接收該信息，進行數據處理，并顯示在液晶顯示屏上。司機可以實時看到與相鄰起重機或障礙物之間的距離。當該距離達到規定的閾值時，控制主機觸發報警器，提醒司機相應的操作。起重機防撞控制系統架構如圖1所示。

2 紅外測距模塊設計

2.1 發射端及外圍電路

發射端主要由電源、紅外發光二極管和光學透鏡等組成。電源采用24V直流電源，可為整個發射端提供工作電壓。為了提高紅外探測的作用距離和發射效率，電源驅動置于光學透鏡的焦點上的紅外發光二極管，產生一定占空比的脈沖信號，采用脈沖編碼方式，發射一束等幅的紅外脈沖光束。光學透鏡將紅外光聚集成較細的平行光束，使紅外光的能量能集中傳送。

2.2 接收端及外圍電路

為了增加探測距離，接收端通過置于光學透鏡的焦點上的光敏晶體管，接收由反光板反射回來的紅外輻射能量，即紅外脈沖信號，經過光電轉換將其轉變為電信號并進行電壓放大，然后送入譯碼電路，并按控制的需要輸出控制信號，驅動內部處理器計算距離信息，并通過非屏蔽6芯護套線送往控制主機。非屏蔽6芯護套線的接口如圖2所示。

3 控制主機設計

控制主機主要有操作面板、液晶顯示屏和報警器組成。控制主機通過控制不同的指令開關閉合，使紅外模塊的發射端內部的編碼器產生不同編碼的指令信號， 從而驅動發射與其相對應的紅外脈沖信號。通過接收譯碼器輸出相應的有效信號來驅動執行機件的報警和制動，并實時顯示在液晶顯示器上。

報警器主要由觸發器、驅動電路揚聲器和發光二極管組成。當距離達到閾值時，進行聲光報警控制，提示司機啟動減速裝置，進行相應的減速操作或給PLC信號減速。當行程達到終點位置時，啟動制動裝置，立即停止起重機。如果制動裝置意外失效，將發揮極限終點限位的作用，停止起重機向該方向的大車行走。

通常，紅外模塊的探測距離為25米，因此設置防撞系統探測距離分別設置為2 擋，即閾值距離和安全極限距離。這兩個距離的值由安裝在紅外模塊底部的可調電阻進行調節。一般情況下，閾值距離Td為6米，安全極限距離Ld為2米。

考慮到環境因素對接收信號的影響，為了防止誤報和漏報等情況，控制主機采用軟件延時方式和相鄰五次紅外脈沖求平均的方式，有效地躲避處理虛假信號，提高系統的抗干擾能力。

4 結束語

近年來，各種與起重機相關的事故頻繁發生，物品裝卸安全作為一種港口運營安全備受各大港口的關注。減少事故發生的最有效的辦法就是按照規范進行操作。基于紅外測距的起重機防撞控制系統測距精度高，數據傳輸可靠，可持續長時間工作，時刻監測同一軌道上相鄰兩臺起重機或障礙物的相對位置，能夠為司機提供全面、實時的數據，有效地避免對起重機碰撞產生的事故。其具有良好的穩定性在滿足起重機防撞系統要求的基礎上，同時也適用于障礙物探測等方面， 在工業現場中有著廣闊的應用前景。