激光防撞系統在門吊上的應用

摘 要：通過對激光測距傳感器的開發應用及與單片機的結合，可方便的實現門吊之間相對距離的測量，有效控制了在同一線路作業設備相撞事故的發生。具有成本低、性能可靠等優點。

關鍵詞：激光測距傳感器 單片機 防撞

中圖分類號：TQ520.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0103-02

隨著科技技術的不斷發展，技術的提高及成本的降低，激光器的使用非常廣泛，已深入到我們日常生活、工作的各個領域，如激光碟機、醫療上使用的激光治療儀，工業上的激光切割焊接工藝，以及激光雷達等在軍事領域中應用等等，并在各個領域中發揮著重要作用。在全路倡導以科技保安全的背景下，針對我局裝卸系統機械設備特點，尤其是門吊作業中存在的一些問題，我們將激光測量技術成功應用在門吊作業環節中，并取得較好的效果。

門吊在鐵路裝卸作業中發揮著重要作用，由于其自身結構的特點和作業要求，往往在一條線路上同時有兩臺或多臺門吊同時作業，在作業中往往由于作業人員疏忽，違章作業，使門吊發生碰撞事故，造成人員和設備的傷害，帶來嚴重后果。在加強對職工安全教育和技能培訓的同時，也對設備自身的安全性能提出要求，通過調研及技術方面的可行性的研究，我們在同一線路上存在多臺門吊上安裝防撞裝置來確保門吊的作業安全。

1 門吊防撞系統構成

門吊防撞系統是一個開環系統，由傳感器、控制器兩部分組成。

傳感器用激光測距傳感器和反光板構成。控制器由單片機組成，包括數值顯示、參數設定、報警指示、執行控制四部組成（如圖1）。

2 防撞系統由激光測距傳感器、控制器、反光板三大部分組成。

2.1 激光測距傳感器

20世紀90年代初，隨著半導體激光二極管技術的開發，激光的實際應用發生了革命性的變化，半導體激光測量器具有測量精度高，體積小、重量輕、可靠性高、轉換效率高、低功耗、驅動電路簡單且不易受電磁場干擾等優點開始運用于測量領域。激光測量原理分為3種：一是脈沖法激光測距，測距儀發射出激光經被測量物體反射后由被測距儀接收，測距儀同時記錄激光往返的時間，光速和往返時間的乘積的一半就是測距儀和被測物體之間的距離，脈沖法測距的精度一般在1m，適用于測量距離較遠的物體（建筑物，地質等方面）。二是三角法激光測距（又稱結構光掃描儀）以半導體激光器作光源，使其產生的光速照射被測物表面，經表面散射（或反射）后，用面陣CCD攝像機接收，光點在CCD像平面上的位置將放映出表面法線方向上的變化，即點結構光測量原理。三是相位法測量距離，它是用無線電波段頻率對激光速進行調幅、調制并測定調制光往返測線一次所產生的相位延遲，在根據調制光的波長，換算該相位延遲所代表的距離。相位式激光測距儀一般精密測距。我們采用的是三角法激光測距傳感器。

2.2 激光測距傳感器選用參數

根據現場實際需要選擇測量距離為70m的激光測距傳感器其參數如下。

最大測量頻率：10 Hz（連續測量時，數據返回時間可以調整，最短100 ms，最長105.000 ms）。

測量方式：連續測量和單次測量。

操作方式：命令操作和自動操作。

激光波長：635 nm（620～690）。

測量精度：正負1 mm。

測量距離：0.05～70 m。

電源電壓：6～30 V。

溫度范圍：-40 ℃～50 ℃。

數字輸出接口：RS232/485/422。

模擬輸出接口：4～20 Ma。

外形尺寸：133×65×35。

2.3 控制器設計

控制器采用微處理器進行控制，通過讀取測距傳感器數據，計算出兩臺門吊的距離后，根據預定參數，控制門吊的走行，從而保證兩臺門吊在安全距離范圍內作業。

設計參數：

信號輸入：數字接口RS232通訊方式

顯示方式：-9999～9999測量值顯示。

分辨率：1字。

輸出信號：DC24V6A（阻性負載）。

輸入電壓：220V+15%（如圖2）。

2.4 系統軟件設計

系統上電后，首先判斷另一臺門吊的距離，當大于70 m時，每20 s檢測一次距離，當小于70 m時，每5 s檢測一次距離，當小于50 m時，進入連續測量方式，當距離小于20 m時系統發出聲光提示報警，當小于15 m時執行機構發出執行信號，切斷門吊相對方向行駛電路，使門吊只能朝遠離方向行駛（如圖3）。

3 設備安裝

激光測距傳感器和反光板分別安裝在兩臺門吊相對的一側，中間不能有遮擋現象。擋門吊A上的激光傳感器向門吊B發射激光束，通過檢測門吊B上的放射板反射回的激光束來測量兩臺門吊的距離參數，通過控制器對數據的分析計算，得到兩臺門吊的距離參數。控制器根據作業技術要求，預先設定好的預警，執行參數，當測的兩臺門吊距離達到預定值時，控制器發出預警信號并相應發出執行信號，切斷門吊的行走電路，使門吊停止相對運動，從而達到預防同一線路上兩臺門吊作業時相撞事故的發生。

4 結語

防撞系統基于激光傳感器的進步與成本的降低，通過單片機對門吊相對位置的檢測與控制，使作業人員受環境和自身條件的影響降到最小，提高門吊作業效率，可有效防止設備相撞事故的發生。

參考文獻

[1]孫長庫，何明霞，王鵬.光測量技術[M].天津大學出版社.

[2]李相銀.激光原理技術及應用[M].哈爾濱工業大學出版社.

[3]楊加國，謝維成，董秀成.單片機原理與應用及C51程序設計[M].清華大學出版社.

[4]鐵路裝卸機械檢修技術規范[S].鐵道部.