吉同正1 王羽豐1 梁俊豪2 鄧毅敏2 李仁士2
1 上海寶松重型機械工程( 集團) 有限公司 上海 201900 2 寶鋼股份精密鋼管廠 上海 200941

　　摘 要：針對某工廠橫向雙鉤掛梁橋式起重機經(jīng)常出現(xiàn)的問題：掛梁垂直于主梁，因現(xiàn)場的工作需要，掛梁的長度往往會大于主梁寬度，甚至超過起重機的寬度，起重機在起升和運行過程中，掛梁、鋼管與司機室碰撞事故時有發(fā)生，需要采用更加可靠的防護裝置對該作業(yè)方式進行有效控制，規(guī)避安全隱患。在傳統(tǒng)的電氣機械限位保護方面存在很多不足，因此，設計一款智能安全監(jiān)護系統(tǒng)是必要的。文中主要闡述了智能安全監(jiān)護系統(tǒng)的基本特性，簡要分析其工作基本原理，并且相應指出了當前在掛梁橋式起重機司機室安全防護過程中所出現(xiàn)的問題，針對智能安全監(jiān)護系統(tǒng)在掛梁橋式起重機司機室安全防護中的應用進行分析和探討。

　　關(guān)鍵詞：掛梁橋式起重機；智能監(jiān)護器；安全智能；應用

　　中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）07-0080-04

　　掛梁橋式起重機司機室智能安全監(jiān)護系統(tǒng)由激光掃描安全監(jiān)護器、雙鉤一鍵式升降調(diào)平系統(tǒng)、司機室智能安全防護控制系統(tǒng)組成三大亮點功能。L 形激光防護區(qū)域，全方位移動被吊載物，任意位置總能保持與司機室有足夠的安全距離，保證了司機室安全。獨特的激光掃描安全監(jiān)護器，有大小區(qū)域可調(diào)的扇形面、L 形面，隨時通過編程改變，完全實現(xiàn)柔性保護。因此在掛梁橋式起重機生產(chǎn)吊運無縫鋼管高效作業(yè)過程中，運用智能安全監(jiān)護系統(tǒng)防護司機室不被碰撞。

　　1 智能安全監(jiān)護系統(tǒng)的特點
智能安全監(jiān)護系統(tǒng)主要具備高精準度、操作便捷、全面防護、安全可靠、智能自控、一鍵調(diào)平、外觀體積較小等方面的特性，在當前特種設備上的應用得到認可。在現(xiàn)場掛梁橋式起重機司機室安全防護的應用中，發(fā)現(xiàn)運用智能安全防護系統(tǒng)能有效提升鋼管抬吊高度，提高設備吊運效率30%；同時降低設備故障率，確實有效地保障司機室及司機人員的人身安全；激光裝置在起重機安全控制領(lǐng)域得到推廣應用。

　　2 智能安全監(jiān)護系統(tǒng)能解決的問題

　　2.1 傳統(tǒng)機械限位保護問題
掛梁橋式起重機生產(chǎn)作業(yè)采用雙吊鉤單、聯(lián)動起吊方式運作，原電氣系統(tǒng)安全聯(lián)鎖功能滿足當下高效率的安全生產(chǎn)需要的同時，存在人機操作安全隱患風險，特別是小車吊載運行至司機室安全警示區(qū)內(nèi)，存在吊運時掛梁/ 鋼管碰撞司機室風險, 雙吊鉤抬吊高度差引起的傾斜安全風險，對設備及司機帶來安全隱患，必須引起足夠的重視。通過對現(xiàn)場起重機的運行狀況調(diào)查、分析，傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)對司機室安全防護經(jīng)常會遇到三個方面的問題。一是在小車進入司機室區(qū)域，通過上極限機械限位限制起升機構(gòu)上升，通常在此位置時，吊鉤高于駕駛室的底部，吊運操作時為了避讓障礙物會利用兩吊鉤的不同高度，此時容易引起鋼管傾斜墜落；二是駕駛室位置限制，抬吊掛梁/ 鋼管提升高度受限制，影響吊運效率；三是在操作失誤時，容易發(fā)生抬吊掛梁/ 鋼管撞擊司機室引起安全事故。

　　2.2 原電氣系統(tǒng)控制問題
原電氣系統(tǒng)能夠滿足掛梁橋式起重機在吊運無縫鋼管生產(chǎn)作業(yè)需求，但是生產(chǎn)作業(yè)效率低、設備故障率高、人機操控舒適度及安全感低。根據(jù)安全生產(chǎn)作業(yè)要求，機構(gòu)聯(lián)動吊運作業(yè)前必須進行雙鉤調(diào)平流程，原電氣控制系統(tǒng)缺少聯(lián)動調(diào)平功能，司機單機構(gòu)操作升降的同時，觀察升降高度判定雙鉤處于同一高度，存在高低差及后續(xù)聯(lián)動吊運安全風險。因此必須從電氣控制系統(tǒng)著手，真正實現(xiàn)人機互聯(lián)互通，根本上發(fā)現(xiàn)和提出電氣聯(lián)動調(diào)平方案。

　　3 智能安全監(jiān)護系統(tǒng)的運用
3.1 基本原理
3.1.1 功能
如圖1 所示，起重機司機室智能安全防護系統(tǒng)包括的功能主要有數(shù)據(jù)采集處理及控制、參數(shù)及狀態(tài)實時顯示、按照需要設置保護區(qū)域、系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)管理權(quán)限設置、切換保護區(qū)域等功能。

　　圖1 起重機司機室智能安全防護系統(tǒng)功能

　　3.1.2 組成
如圖2 所示，起重機司機室智能安全防護系統(tǒng)由司機室、智能監(jiān)護器、智能集成系統(tǒng)、交換機、智能人機界面組成。

　　圖2 起重機司機室智能安全防護系統(tǒng)組成

　　3.1.3 原理
1） 智能監(jiān)護器
智能監(jiān)護器傳感器采用 SICK 專利的 HDDM 技術(shù)，能可靠地檢測黑色物體，對細小物體的檢測及抗環(huán)境光、抗干擾能力也優(yōu)于同類產(chǎn)品。
①激光時間飛行原理——Time of f light 激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖波，內(nèi)部定時器開始計算時間t，當激光波碰到物體后，部分能量返回；當激光接收器收到返回激光波時，停止內(nèi)部定時器t2，智能監(jiān)護器到物體的距離為S = C ( 光速) ·（t2- t1）/2。
②激光掃描器測量原理 激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖波，當激光波碰到物體后，部分能量返回，當激光接收器收到返回激光波時，且返回波的能量足以觸發(fā)門檻值，激光掃描器計算它到物體的距離值；激光掃描器連續(xù)不停的發(fā)射激光脈沖波，激光脈沖波打在高速旋轉(zhuǎn)的鏡面上，將激光脈沖波發(fā)射向各個方向從而形成一個二維區(qū)域的掃描。此二維區(qū)域的掃描可以實現(xiàn)以下兩個功能：在掃描器的掃描范圍內(nèi)，設置不同形狀的保護區(qū)域，當有物體進入該區(qū)域時，發(fā)出報警信號；在掃描器的掃描范圍內(nèi)，掃描器輸出每個測量點的距離，根據(jù)此距離信息，可以計算物體的外型輪廓，坐標定位等，以SICK產(chǎn)品為例，如圖2 所示。

　　圖2 激光掃描器測量

　　2） CPU
CPU 時時接收傳感器輸出的數(shù)據(jù)，并利用軟件設置保護區(qū)域，如果有物體進入保護區(qū)域，CPU 輸出開關(guān)量信號給控制系統(tǒng)，可設置掃描保護區(qū)域的大小及形狀，可以依據(jù)客戶的需求，任意設置保護范圍及形狀。配備西門子專用高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15 μs。CPU 的模塊本體配以太網(wǎng)接口，集成了強大的以太網(wǎng)通信功能。

　　3） 觸摸屏
可以輸入?yún)?shù)及顯示實時狀態(tài)，改變保護區(qū)域的形狀及范圍，為用戶提供良好的參與控制范圍設定的功能。

　　3.1.4 軟件
檢測模式——區(qū)域形狀關(guān)聯(lián)型區(qū)域組內(nèi)的區(qū)域以掃描器為原點起始，從內(nèi)自外依次為區(qū)域 1、2、3，內(nèi)層的區(qū)域不能超出外層。并且每個區(qū)域的形狀相同，內(nèi)部重疊。區(qū)域的形狀任意可設置。典型的設置由外至內(nèi)可設置為報警區(qū)域、減速區(qū)域、停止區(qū)域。為避免停止區(qū)域設置大于減速區(qū)域等錯誤，推薦使用區(qū)域關(guān)聯(lián)型。區(qū)域組的形狀被分為幾類：多邊形（形狀任意可調(diào)整，初始值為長方形）半圓形及長方形。這三個以同一原點的區(qū)域重疊形成了三重區(qū)域，如圖3 所示。

　　圖3 區(qū)域組的形狀分類

　　3.3 基本應用
1) 合上電源開關(guān)——觸摸屏上顯示。
2) 起升機構(gòu)Ⅰ和起升機構(gòu)Ⅱ調(diào)平操作。起升機構(gòu)聯(lián)動信號放置聯(lián)動位置，聯(lián)動臺( 平移及起升) 操作主令在零位；按下自動調(diào)平啟動開關(guān)，自動調(diào)平工作，起升機構(gòu)Ⅰ、起升機構(gòu)Ⅱ調(diào)平后自動停止。調(diào)平過程中如聯(lián)動旋鈕、主令開關(guān)動作會影響調(diào)平功能,調(diào)平動作停止。
3) 司機室安監(jiān)系統(tǒng)司機室安監(jiān)系統(tǒng)的作用是保護司機室前部0.5 m 和下部0.25 m 范圍內(nèi)不被撞到；當大車運行到加熱爐上方時，大車以1 擋速度緩慢運行通過爐頂管道區(qū)域，具體操作如下：將操作臺上安監(jiān)系統(tǒng)投入旋鈕打開、機電旁路旋鈕關(guān)閉。當司機室前部和下部進入物體時，顯示畫面上報警閃爍，安監(jiān)控制柜上紅色聲光報警燈工作，起升機構(gòu)（上升狀態(tài)）與小車運行機構(gòu)（后退狀態(tài)）自動停止；此時需要人工手動操作小車（前進）及起升機構(gòu)（下降）將物體退出保護區(qū)域。

　　當安監(jiān)系統(tǒng)故障時，將安監(jiān)投入旋鈕信號放置關(guān)閉狀態(tài)，綠色指示燈熄滅，安監(jiān)系統(tǒng)切除，機械限位保護系統(tǒng)正常工作；安監(jiān)系統(tǒng)正常時機械限位保護系統(tǒng)不參與工作。

　　當安監(jiān)系統(tǒng)、原機械限位保護系統(tǒng)同時故障時，將機電旁路旋鈕信號放置打開狀態(tài)，原機械限位保護系統(tǒng)及安監(jiān)系統(tǒng)同時被解除；待系統(tǒng)正常時再關(guān)閉機電旁路旋鈕后使用。

　　4 智能安全監(jiān)護系統(tǒng)的應用
智能安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地減少設備的故障率，提高設備運行效率、操控舒適度和安全感。
1) 滿足國家對起重機械使用的安全要求。
2) 提高了裝備的水平，消除安全隱患，確保起重設備安全運行。
3) 備件量少，降低了該區(qū)域的維修費用，使備件更加統(tǒng)一，便于以后的維修。極大的減少備件的采購周期和成本。
4) 系統(tǒng)運行使用可靠，無故障工作時間長，減少維修次數(shù)，大大的提高了生產(chǎn)效率。
5) 減少故障率，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。
6) 小車運行、起升運行、司機室三位置的安全聯(lián)鎖穩(wěn)定性得到有效提升。
7) 小車位置、起升吊鉤位置、司機室位置安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)保護。系統(tǒng)包括小車運行限位、起升高度限位、司機室位置限位、繼電器邏輯系統(tǒng)。小車吊鉤處于安全聯(lián)鎖區(qū)域內(nèi)時，為便于生產(chǎn)設備檢修，新增安全聯(lián)鎖旁路（鑰匙）開關(guān)，該鑰匙開關(guān)處于打開狀態(tài)時，無法拔出，必須處于關(guān)閉狀態(tài)方可拔出，同時新增報警峰鳴提醒，便于吊鉤在該區(qū)域升降運行。
8) 聯(lián)動狀態(tài)下, 起升雙主鉤在主令信號給定下, 司機室以下0.8 m 位置停鉤，保持雙鉤基準高度一致。

　　5 結(jié)論
智能安全監(jiān)護系統(tǒng)作為掛梁橋式起重機司機室安全防護重要組成部分，安裝在掛梁橋式起重機上作為防護司機室及司機人身安全，提高安全生產(chǎn)作業(yè)效率。依據(jù)現(xiàn)場安全作業(yè)需求及全新的安全設計理念，在優(yōu)化電氣調(diào)平、擴大作業(yè)區(qū)域、提升作業(yè)效率、人身安全防護方面技術(shù)創(chuàng)新，不斷提高設備運行安全性，提高安全生產(chǎn)活動的效率。

來源；起重運輸機械