王玲

摘 要：針對起重機在軌道運行時，容易與相鄰協(xié)作作業(yè)的起重機發(fā)生碰撞或意外闖入起重機大車軌道的汽車發(fā)生碰撞從而導致事故等問題，根據(jù)紅外測距原理，設計了一種起重機防撞控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)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?？刂颇K將距離信息實時顯示在液晶顯示屏上。當距離達到規(guī)定的閾值時，觸發(fā)報警器，提醒司機進行安全操作，防止碰撞。本系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)代港口物流的飛速發(fā)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(yè)，產(chǎn)生快速的相對移動。由于駕駛人員在繁重的作業(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(fā)生碰撞。此類碰撞容易導致起重機上部結構發(fā)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(chǎn)安全，本論文提出了基于紅外測距的起重機防撞控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機在相對移動作業(yè)時，保持一定的安全距離，在提高作業(yè)效率，贏得更多的經(jīng)濟效益的同時，為安全作業(yè)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(tǒng)總體方案設計

起重機防撞控制系統(tǒng)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(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(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。紅外模塊將相對距離信息通過護套線傳輸?shù)轿挥隈{駛室的控制主機上。主機接收該信息，進行數(shù)據(jù)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(guī)定的閾值時，控制主機觸發(fā)報警器，提醒司機相應的操作。起重機防撞控制系統(tǒng)架構如圖1所示。

2 紅外測距模塊設計

2.1 發(fā)射端及外圍電路

發(fā)射端主要由電源、紅外發(fā)光二極管和光學透鏡等組成。電源采用24V直流電源，可為整個發(fā)射端提供工作電壓。為了提高紅外探測的作用距離和發(fā)射效率，電源驅動置于光學透鏡的焦點上的紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號，采用脈沖編碼方式，發(fā)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(jīng)過光電轉換將其轉變?yōu)殡娦盘柌⑦M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(fā)射端內部的編碼器產(chǎn)生不同編碼的指令信號， 從而驅動發(fā)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(zhí)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(fā)器、驅動電路揚聲器和發(fā)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(fā)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(tǒng)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(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(tǒng)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(fā)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(fā)生的最有效的辦法就是按照規(guī)范進行操作?；诩t外測距的起重機防撞控制系統(tǒng)測距精度高，數(shù)據(jù)傳輸可靠，可持續(xù)長時間工作，時刻監(jiān)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(shù)據(jù)，有效地避免對起重機碰撞產(chǎn)生的事故。其具有良好的穩(wěn)定性在滿足起重機防撞系統(tǒng)要求的基礎上，同時也適用于障礙物探測等方面， 在工業(yè)現(xiàn)場中有著廣闊的應用前景。