苏岳
广州港新沙港务有限公司 广东省广州市 邮编：510000
【摘要】桥式抓斗卸船机属于散货码头前沿特种高空设备，司机在司机室移机作业时，存在较大的视觉盲区。当前卸船机大车驱动机构采用机械行程开关作为相邻设备防撞检测及保护装置，设 有减速、停止限位，其安装于卸船机海侧左、右门腿防撞杆下方的大车台车上，当相邻卸船机相向移机时，机械行程开关机械臂被碰撞而动作，并将动作信号反馈回PLC，PLC发出控制信号控 制大车变频驱动系统减速或停机，从而防止机械碰撞的发生。现有的卸船机大车防撞系统仅能检测相邻卸船机的碰撞，无法检测与前沿码头车辆、行人的有效距离，导致卸船机经常和车辆、或行人碰撞，对设备和生产安全造成较为重大的影响，给生产造成的直接和间接的经济损失。本文主要讨论雷达测距防撞技术在散货桥式抓斗卸船机的应用以及安装方法。
【关键词】单点激光雷达测距；桥式抓斗卸船机；PLC；大车防撞；安装方法；
桥式抓斗卸船机属于前沿散货码头特种高空设备，司机在司机室移 机作业时,存在较大的视觉盲区,当前散货码头桥式抓斗卸船机大车驱动机构仍沿用机械行程开关作为相邻设备防撞检测及保护装置，仅能检测相邻卸船机的碰撞，无法检测与前沿码头车辆、行人的有效距离，导致卸船机经常和车辆、或行人碰撞发生事故，对设 备和生产安全造成影响，给公司生产造成直接和间接的经济损失。 因此,迫切需要找到一种可靠的、准确的、全天候不间断的监护辅助设备来协助司机进行移机作业,减低事故碰撞率,从而减少事故停机,实现高效安全生产。以下首先总结分析单点激光测距雷 达原理、雷达测距技术在卸船机应用的系统组成及安装方法、防撞系统的基本功能的实现及测距技术的未来发展方向。
1.单点激光测距雷达原理
单点激光测距雷达的工作原理是飞行时间（TOF）法，即激光器向物标射出一束细小的激光，物标反射的激光由光电元件接收，内置计时器测算激光束往返时间T，并计算出物标位置S：2S＝c*Δt，S＝c*Δt/2，（电磁波传播速度c＝3* m/s，Δt＝T2-T1，T2是电磁波返回时间，T1是电磁波发射时间）
2.雷达测距技术在卸船机应用的系统组成及安装方法
本桥式抓斗卸船机雷达测距防撞系统，包括激光测距雷达、数据传输链路、卸船机PLC、卸船机大车变频驱动系统以及预警装置，激光测距雷达通过固定支架安装于卸船机陆侧左、右门腿上，激 光测距雷达通过数据传输链路与卸船机PLC通信连接，所述卸船机PLC分别与预警装置、卸船机大车变频驱动系统通信连接，通过激光测距雷达监测获得卸船机陆侧左、右门腿周围的靠近信号，将该靠近信号通过数据传输链路反馈至卸船机PLC，由卸船机PLC控制卸船机大车变频驱动系统减速或停止，同时由卸船机PLC控制预警装置发出预警信号。本雷达测距系统可以有效防止与卸船机、车辆、或行人发生碰撞，减少安全隐患。
雷达测距防撞系统安装方法：通过固定支架安装于卸船机陆侧左、右门腿上，激光测距雷达通过数据传输链路与卸船机PLC通信 连接，所述卸船机PLC分别与预警装置、卸船机大车变频驱动系统通信连接，通过激光测距雷达监测获得卸船机陆侧左、右门腿周围的靠近信号，移机作业过程中，相邻卸船机靠近3米内减速，接近1米后停止大车运行；而且可实现靠近其他障碍物时自动减速或停车；在司机室安装预警装置（蜂鸣警报器及警示灯）用以提醒司机注意行车安全、以便采取及时有效的措施避免碰撞的发生。
3.防撞系统基本功能实现
3.1桥式抓斗卸船机雷达测距防撞系统的连接示意图
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图1 桥式抓斗卸船机雷达测距防撞系统的连接示意图
3.2防撞系统基本功能实现:
单点激光测距雷达将所探测到的物标位置通过数据传输链路将其转化为输出开关量信号输送给卸船机PLC，可配置卸船机PLC设有正常模式、减速模式和停止模式。卸船机PLC依据接受到的开关量信号,当单点激光测距雷达在安全区域内探测到物体时,发送信号给卸船机PLC，卸船机PLC采用正常模式，同时，卸船机PLC发送信号给司机室，可配置司机室PLC，司机室PLC控制右联动台上绿色的警示装置警示灯常亮，提醒司机可正常运行卸船机；当单点激光测距雷达在警示区域内探测到物体时,卸船机PLC采用减速模式, 发送减速信号给卸船机PLC，卸船机PLC给卸船机大车变频驱动系统减速信号，使卸船机大车速度快速降为额定速度的8%,同时,卸船机PLC给信号给司机室PLC，司机室右联动台警报蜂鸣器报警，提醒司机注意移机安全。当激光测距雷达在停止区域内探测到物体时,卸船机PLC采用停止模式,发送停止信号给卸船机PLC,卸船机PLC发送信号控制卸船机大车变频驱动系统变频器使卸船机大车停止,同时，卸船机PLC给信号给司机室PLC，司机室右联动台警报蜂鸣器报警，延时10秒后停止，并在司机室CMS上显示停车故障，提醒司机注意行车安全并采取及时有效的措施避免碰撞的发生（港区前沿码头的车辆、行人、相邻卸船机等）。
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图2 桥式抓斗卸船机雷达测距防撞系统的工作原理图
4.卸船机大车雷达测距防碰撞系统PLC程序编写
为实现雷达测距防撞系统的监测防护功能，需要对桥式抓斗卸船机 PLC 程序作出相应的增、减修改，因卸船机大车变频驱动系统分为:左行和右行。故需对大车PLC 逻辑控制程序全面分析讨论，在左行及右行过程中添加新的逻辑控制程序，更改后的程序如图3-图 5。
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图5 逻辑模块变量表
5.信息提示区控制策略
单点激光测距雷达将所探测到的物标位置通过数据链路将其转化为输出开关量信号输送给卸船机PLC,可配置卸船机PLC设有正常模式、减速模式和停止模式。
5.1安全区
卸船机PLC依据接受到的开关量信号,当单点激光测距雷达在安全区域内探测到物体时,发送信号给卸船机PLC，卸船机PLC采用正常模式，同时，卸船机PLC发送信号给司机室，可配置司机室PLC，司机室PLC控制右联动台上绿色的警示装置警示灯常亮，提醒司机可正常运行卸船机。
5.2减速区
当单点激光测距雷达在警示区域内探测到物体时,卸船机PLC采用减速模式, 发送减速信号给卸船机PLC，卸船机PLC给卸船机大车变频驱动系统减速信号，使卸船机大车速度快速降为额定速度的8%,同时,卸船机PLC给信号给司机室PLC，司机室右联动台警报蜂鸣器报警，提醒司机注意移机安全。
5.3停止区
当激光测距雷达在停止区域内探测到物体时,卸船机PLC采用停止模式,发送停止信号给卸船机PLC,卸船机PLC发送信号控制卸船机大车变频驱动系统变频器使卸船机大车停止,同时，卸船机PLC给信号给司机室PLC，司机室右联动台警报蜂鸣器报警，延时10秒后停止，并在司机室CMS上显示停车故障，提醒司机注意行车安全并采取及时有效的措施避免碰撞的发生（港区前沿码头的车辆、行人、相邻卸船机等）。
单点测距雷达防撞系统与原有的机械行程开关防撞检测装置可相互补充，实现防撞的冗余保护，使卸船操作人员可及时有效的停止大车运行，防止视觉盲区或误操作引起的安全事故。
6.结论
卸船机大车测距防碰撞系统接入了激光测距雷达，当司机操作卸船机移机作业，激光测距雷达检测到卸船机、设备、车辆或行人距离较近时，立即反馈信号进入卸船机PLC，在司机室的预警装置发出报警，提醒操作人员及时作出适当操作，同时卸船机PLC控制卸船机大车变频驱动系统减速或停止，有效避免卸船机与相邻卸船机、设备、车辆或行人碰撞的发生，减少安全隐患。
【参考文献】
[1] 汽车防撞系统与毫米波雷达[J]. 朱珂.??轻型汽车技术.?2003(10)
[2]雷达在门机臂架防撞系统中的应用设计[J] 饶来庆 数字技术与应用2015-12-15
[3]基于毫米波雷达的车辆测距系统 吴荣燎[J].金钻; 钟停江 代皓宇 汽车实用技术 2019-01-30
[4]雷达测距在卸船机大车防撞报警系统应用[J].范素英 内燃机与配件2019-08-15
[5]基于雷达探测的有轨电车防撞预警系统[J]. 梁影;张庆拙 郑广瑜 黄嘉智 军民两用技术与产品 2018-08-08
[6]基于双传感器车辆防撞预警系统的研究[D]. 李浩 贵州师范大学 2018
[7]基于线性调频的激光雷达测距系统设计[D]. 尹进进 西安电子科技大学 2018
[8]高精度激光测距雷达系统硬件设计[D]. 林涛.西安电子科技大学 ?2014