基于紅外測(cè)距的起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王玲

摘 要：針對(duì)起重機(jī)在軌道運(yùn)行時(shí)，容易與相鄰協(xié)作作業(yè)的起重機(jī)發(fā)生碰撞或意外闖入起重機(jī)大車軌道的汽車發(fā)生碰撞從而導(dǎo)致事故等問題，根據(jù)紅外測(cè)距原理，設(shè)計(jì)了一種起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過紅外測(cè)距模塊，檢測(cè)起重機(jī)與相鄰起重機(jī)或大車軌道上障礙物之間的距離。控制模塊將距離信息實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上。當(dāng)距離達(dá)到規(guī)定的閾值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警器，提醒司機(jī)進(jìn)行安全操作，防止碰撞。本系統(tǒng)通信可靠，測(cè)距精度高，能有效地輔助司機(jī)進(jìn)行起重機(jī)的操作，降低事故發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：紅外測(cè)距；起重機(jī)操作；防撞控制；閾值距離；精度高

隨著現(xiàn)代港口物流的飛速發(fā)展，起重機(jī)一天24小時(shí)不間斷地在軌道上移動(dòng)，提取集裝箱。在同一個(gè)軌道上，一般有四五臺(tái)起重機(jī)在同時(shí)作業(yè)，產(chǎn)生快速的相對(duì)移動(dòng)。由于駕駛?cè)藛T在繁重的作業(yè)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(xié)作作業(yè)的起重機(jī)之間的安全距離，容易導(dǎo)致起重機(jī)在大車行走過程中與相鄰起重機(jī)或軌道上障礙物發(fā)生碰撞。此類碰撞容易導(dǎo)致起重機(jī)上部結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，或?qū)φ系K物造成嚴(yán)重的損壞。為了保障工作效率和工作質(zhì)量并保證生產(chǎn)安全，本論文提出了基于紅外測(cè)距的起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)在相對(duì)移動(dòng)作業(yè)時(shí)，保持一定的安全距離，在提高作業(yè)效率，贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，為安全作業(yè)提供保障，保證駕駛?cè)藛T及運(yùn)行設(shè)備的安全。

1 起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)主要由紅外測(cè)距模塊和控制主機(jī)組成，兩者之間通過非屏蔽6芯護(hù)套線進(jìn)行通信。紅外測(cè)距模塊又由紅外發(fā)射端、接收端和反光板組成。紅外發(fā)射端和接收端集成在紅外模塊上，安裝在起重機(jī)滑軌的頭部，反光板安裝在相鄰起重機(jī)滑軌的尾部。當(dāng)紅外發(fā)射端發(fā)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(duì)距離信息通過護(hù)套線傳輸?shù)轿挥隈{駛室的控制主機(jī)上。主機(jī)接收該信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并顯示在液晶顯示屏上。司機(jī)可以實(shí)時(shí)看到與相鄰起重機(jī)或障礙物之間的距離。當(dāng)該距離達(dá)到規(guī)定的閾值時(shí)，控制主機(jī)觸發(fā)報(bào)警器，提醒司機(jī)相應(yīng)的操作。起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 紅外測(cè)距模塊設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射端及外圍電路

發(fā)射端主要由電源、紅外發(fā)光二極管和光學(xué)透鏡等組成。電源采用24V直流電源，可為整個(gè)發(fā)射端提供工作電壓。為了提高紅外探測(cè)的作用距離和發(fā)射效率，電源驅(qū)動(dòng)置于光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)上的紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號(hào)，采用脈沖編碼方式，發(fā)射一束等幅的紅外脈沖光束。光學(xué)透鏡將紅外光聚集成較細(xì)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(cè)距離，接收端通過置于光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)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(hào)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并進(jìn)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(hào)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部處理器計(jì)算距離信息，并通過非屏蔽6芯護(hù)套線送往控制主機(jī)。非屏蔽6芯護(hù)套線的接口如圖2所示。

3 控制主機(jī)設(shè)計(jì)

控制主機(jī)主要有操作面板、液晶顯示屏和報(bào)警器組成。控制主機(jī)通過控制不同的指令開關(guān)閉合，使紅外模塊的發(fā)射端內(nèi)部的編碼器產(chǎn)生不同編碼的指令信號(hào)， 從而驅(qū)動(dòng)發(fā)射與其相對(duì)應(yīng)的紅外脈沖信號(hào)。通過接收譯碼器輸出相應(yīng)的有效信號(hào)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)件的報(bào)警和制動(dòng)，并實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器上。

報(bào)警器主要由觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路揚(yáng)聲器和發(fā)光二極管組成。當(dāng)距離達(dá)到閾值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警控制，提示司機(jī)啟動(dòng)減速裝置，進(jìn)行相應(yīng)的減速操作或給PLC信號(hào)減速。當(dāng)行程達(dá)到終點(diǎn)位置時(shí)，啟動(dòng)制動(dòng)裝置，立即停止起重機(jī)。如果制動(dòng)裝置意外失效，將發(fā)揮極限終點(diǎn)限位的作用，停止起重機(jī)向該方向的大車行走。

通常，紅外模塊的探測(cè)距離為25米，因此設(shè)置防撞系統(tǒng)探測(cè)距離分別設(shè)置為2 擋，即閾值距離和安全極限距離。這兩個(gè)距離的值由安裝在紅外模塊底部的可調(diào)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(huán)境因素對(duì)接收信號(hào)的影響，為了防止誤報(bào)和漏報(bào)等情況，控制主機(jī)采用軟件延時(shí)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(hào)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 結(jié)束語

近年來，各種與起重機(jī)相關(guān)的事故頻繁發(fā)生，物品裝卸安全作為一種港口運(yùn)營安全備受各大港口的關(guān)注。減少事故發(fā)生的最有效的辦法就是按照規(guī)范進(jìn)行操作。基于紅外測(cè)距的起重機(jī)防撞控制系統(tǒng)測(cè)距精度高，數(shù)據(jù)傳輸可靠，可持續(xù)長時(shí)間工作，時(shí)刻監(jiān)測(cè)同一軌道上相鄰兩臺(tái)起重機(jī)或障礙物的相對(duì)位置，能夠?yàn)樗緳C(jī)提供全面、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，有效地避免對(duì)起重機(jī)碰撞產(chǎn)生的事故。其具有良好的穩(wěn)定性在滿足起重機(jī)防撞系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，同時(shí)也適用于障礙物探測(cè)等方面， 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。