超聲波卸船機(jī)防碰撞系統(tǒng)在湛江發(fā)電廠的成功應(yīng)用

一、引言

廣東湛江發(fā)電廠卸船碼頭共有3臺卸船機(jī)，其中1號、2號為橋式抓斗卸船機(jī)，放置在碼頭兩邊；3號為連續(xù)鏈?zhǔn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/卸船機(jī)">卸船機(jī)，放置在1號機(jī)和2號機(jī)中間。（如圖1）

這三臺卸船機(jī)基本上都是靠人工在地面進(jìn)行操作控制行動，操作工人經(jīng)常會因?yàn)橐恍┎僮魇д`和受天氣的影響，而導(dǎo)致在平時作業(yè)時，3臺卸船機(jī)存在相互碰撞的情況，造成了機(jī)器鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形、損壞，給公司的日常生產(chǎn)帶來的很大的麻煩，也造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。公司希望能夠找到一種可靠、準(zhǔn)確、安全的方法來避免碰撞事故的發(fā)生，以提高生產(chǎn)效率，減少責(zé)任事故。

二、方案的設(shè)計(jì)

為了使3臺卸船機(jī)更好地協(xié)作工作，根據(jù)現(xiàn)場情況分析，需要解決三個防撞點(diǎn)：

①#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)變幅機(jī)構(gòu)配重塊；
②#1、#2、#3卸船機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)兩側(cè)支架；
③#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)的提升機(jī)和取料頭。

A、針對第一個碰撞點(diǎn)，擬定在#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)變幅機(jī)構(gòu)配重塊的兩端各裝兩個檢測傳感器，用于檢測#1、#2、#3卸船機(jī)相互之間距離，當(dāng)兩機(jī)距離小于5米時，有報(bào)警，如兩機(jī)距離小于3米時，將由#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)發(fā)出停止大車行走信號，分別停止#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)和與之靠近#1或#2橋式抓斗卸船機(jī)及#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)相對應(yīng)的回轉(zhuǎn)操作，杜絕#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)尾部與#1或#2橋式抓斗卸船機(jī)相碰（如圖1）。

B、針對第二個碰撞點(diǎn)，建議在#1、#2、#3卸船機(jī)大車行走機(jī)構(gòu)兩側(cè)加裝各一套檢測裝置，防止兩側(cè)支架相撞的同時，測量#1、#2、#3卸船機(jī)的距離S1，輸出值S1跟#3卸船機(jī)在回轉(zhuǎn)過程尾部變動值相比較S2=SINɑ*D，當(dāng)比較后的相對值小于5米時報(bào)警，小于3米時，閉鎖相對應(yīng)的操作，此種方式作為第一點(diǎn)措施的補(bǔ)充，消除監(jiān)控上的“盲點(diǎn)”。

C、對于第三個碰撞點(diǎn)，出于如下兩點(diǎn)考慮，不再加裝傳感器。

①#1、#2卸船機(jī)大車行走和#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)的提升機(jī)（或取料頭）都可以在司機(jī)操作視線范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控；

②#3連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)作業(yè)時，船艙及桅桿會引起傳感器頻繁的誤動，導(dǎo)致無法工作。

此設(shè)計(jì)方案中，防碰撞系統(tǒng)全部采用繼電器開關(guān)信號，相對于其他模擬量(4~20mA)或數(shù)字通訊而言，開關(guān)信號可以更加準(zhǔn)確快速地傳送信號，具有簡單、可靠、抗強(qiáng)磁場干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

三、解決方案

經(jīng)過反復(fù)比較和調(diào)查了解，從安全可靠性、穩(wěn)定性、可行性等各方面考慮，最終湛江發(fā)電廠決定采用SIEMENS公司的CraneRanger系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)卸船機(jī)防碰撞系統(tǒng)。據(jù)介紹CraneRanger防撞系統(tǒng)在港機(jī)行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，像國內(nèi)的振華港機(jī)、Noell起重機(jī)等單位都大量使用了該系統(tǒng)。

CraneRanger是基于超聲波回波測距的原理。它采用氣介導(dǎo)聲的方式，即利用在空氣中傳播的超聲脈沖在被測物體（其他港機(jī)設(shè)備表面）上被反射，并接收其回波，超聲脈沖來回傳播的時間與聲脈沖傳播距離成正比，測出聲脈沖行程時間，就可據(jù)之算出超聲波換能器和其他港機(jī)設(shè)備的距離。

L= C×Δt

式中：C － 超聲波在空氣中傳播速度
Δt － 超聲脈沖來回傳播時間
L － 被測卸船機(jī)之前的距離

超聲波在空氣中傳播速度C與超聲頻率及大氣壓力無關(guān)，但隨空氣溫度而變，可以近似表示如下：

C=C0+0.6T=(331.6+0.6T)m/sec

式中：T － 空氣溫度℃
C0 － 0℃時空氣中聲速，為331.6 m/sec

因此，在超聲波換能器中內(nèi)置了熱敏電阻，用于檢測空氣溫度，然后在計(jì)算時修正聲速值，使CraneRanger的測量精度更高，而且可以很好地適應(yīng)不同的環(huán)境。

不同于普通的超聲波物位計(jì)，Siemens公司針對港機(jī)行業(yè)的防撞應(yīng)用為CranRange設(shè)計(jì)了很多特殊的功能。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

? 消除隨機(jī)發(fā)生的干擾回波（比如：旁人在超聲波換能器邊上的走動引起的干擾）。

? 消除電磁噪聲產(chǎn)生的干擾回波。

? 識別港機(jī)設(shè)備左右兩個不同方向。避免因?yàn)椴煌姆较虻囊苿佣斐烧`報(bào)警動作。

? 極快速的距離檢測模式。最快可以滿足線速度達(dá)17m/s的移動速度的測量。

? 高技術(shù)含量的Echomax系列超聲波換能器。與CraneRanger配套的專用的XLT-60換能器。它采用了市場上很少見的采用曲線式振蕩器的全鋁金屬制換能器。如圖。

四、安裝與注意事項(xiàng)

CraneRanger的四個超聲波換能器的安裝位置示意圖（如圖4）。

每臺CraneRanger分別配2個XLT-60換能器，向左右兩個方向的實(shí)現(xiàn)防碰撞功能。

安裝時的注意事項(xiàng)：

1、 安裝位置應(yīng)盡可能選擇較高的位置，以避開周圍的堆起的雜物的影響。

2、 換能器表面一般與地面呈垂直，使發(fā)射的超聲脈沖波能夠盡可能垂直地射向需要防撞的目標(biāo)物表面，而選擇的目標(biāo)物表面應(yīng)盡可能平整。

3、 兩臺CraneRanger安裝在同一臺大車上，并且所配套超聲波換能器工作在同一個方向和區(qū)域內(nèi)，開啟同步功能，即將連接線端的同步端子連通，以防止換能器之間的信號相互干擾。

4、 雖然XLT-60也可以采用雙絞屏蔽線來連接，但應(yīng)盡可采用同軸電纜已獲得最好的抗干擾能力；換能器的連接電纜應(yīng)當(dāng)通過金屬導(dǎo)管連接到CraneRanger。

5、 安裝換能器不能用力過大，一般用手的力量來安裝即可，不需要用扳手安裝地過緊。否則會導(dǎo)致?lián)Q能器表面張力過大而改變換能器的工作特性，產(chǎn)生的現(xiàn)象是：“盲區(qū)”擴(kuò)大，在近距離產(chǎn)生誤報(bào)警信號。

五、使用效果

安裝完成以后通過專用的工具軟件SuperSonex進(jìn)行連續(xù)跟蹤期回波圖形，在卸船機(jī)的整個測試過程中，回波信號始終非常強(qiáng)烈而這可靠。

自2004年7月安裝使用該系統(tǒng)以后，卸船之間碰撞事故沒有再發(fā)生。該系統(tǒng)的工作狀態(tài)良好，基本上沒有出現(xiàn)任何誤動作，完全滿足可靠安全的要求。而且，在經(jīng)歷一年四季的氣溫的變化以及刮風(fēng)下雨等自然環(huán)境的考驗(yàn)，這套系統(tǒng)的性能始終如一，真正實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。

目前在中國的大多數(shù)鋼鐵廠、電廠的原料碼頭等還是在采用人工的方法來控制卸船機(jī)，基本上都是依靠人工作業(yè)來防止碰撞，可靠性極差，我廠所設(shè)計(jì)采用了卸船機(jī)防碰撞系統(tǒng)將因?yàn)槿斯ぴ斐傻呐鲎彩鹿蕼p少到零，即達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的，又節(jié)省了大量的維修費(fèi)用，值得各工礦廠商借鑒。