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超声波卸船机防碰撞系统在湛江发電(diàn)厂的成功应用(yòng)
发布时间：
2018/03/12
来源：
一 、引言
广东湛江发電(diàn)厂卸船码头共有(yǒu)3台卸船机，其中1号、2号為(wèi)桥式抓斗卸船机，放置在码头两边；3号為(wèi)连续链式卸船机，放置在1号机和2号机中间。（如图1）
这三台卸船机基本上都是靠人工在地面进行操作控制行动，操作工人经常会因為(wèi)一些操作失误和受天气的影响，而导致在平时作业时，3台卸船机存在相互碰撞的情况，造成了机器钢结构严重变形、损坏，给公司的日常生产带来的很(hěn)大的麻烦，也造成了较大的经济损失。公司希望能(néng)够找到一种可(kě)靠、准确、安全的方法来避免碰撞事故的发生，以提高生产效率，减少责任事故。
二 、方案的设计
為(wèi)了使3台卸船机更好地协作工作，根据现场情况分(fēn)析，需要解决三个防撞点： ①#3连续式链斗卸船机变幅机构配重块； ②#1、#2、#3卸船机大車(chē)行走机构两侧支架； ③#3连续式链斗卸船机的提升机和取料头。
A、针对第一个碰撞点，拟定在#3连续式链斗卸船机变幅机构配重块的两端各装两个检测传感器，用(yòng)于检测#1、#2、#3卸船机相互之间距离，当两机距离小(xiǎo)于5米时，有(yǒu)报警，如两机距离小(xiǎo)于3米时，将由#3连续式链斗卸船机发出停止大車(chē)行走信号，分(fēn)别停止#3连续式链斗卸船机和与之靠近#1或#2桥式抓斗卸船机及#3连续式链斗卸船机相对应的回转操作，杜绝#3连续式链斗卸船机尾部与#1或#2桥式抓斗卸船机相碰（如图1）。
B、针对第二个碰撞点，建议在#1、#2、#3卸船机大車(chē)行走机构两侧加装各一套检测装置，防止两侧支架相撞的同时，测量#1、#2、#3卸船机的距离S1，输出值S1跟#3卸船机在回转过程尾部变动值相比较S2=SINɑ*D，当比较后的相对值小(xiǎo)于5米时报警，小(xiǎo)于3米时，闭锁相对应的操作，此种方式作為(wèi)第一点措施的补充，消除监控上的"盲点"。
C、对于第三个碰撞点，出于如下两点考虑，不再加装传感器。 ①#1、#2卸船机大車(chē)行走和#3连续式链斗卸船机的提升机（或取料头）都可(kě)以在司机操作视線(xiàn)范围内进行监控； ②#3连续式链斗卸船机作业时，船舱及桅杆会引起传感器频繁的误动，导致无法工作。
此设计方案中，防碰撞系统全部采用(yòng)继電(diàn)器开关信号，相对于其他(tā)模拟量(4~20mA)或数字通讯而言，开关信号可(kě)以更加准确快速地传送信号，具有(yǒu)简单、可(kě)靠、抗强磁场干扰能(néng)力强的优点。
三 、解决方案
经过反复比较和调查了解，从安全可(kě)靠性、稳定性、可(kě)行性等各方面考虑，最终湛江发電(diàn)厂决定采用(yòng)SIEMENS公司的CraneRanger系统来实现卸船机防碰撞系统。据介绍CraneRanger防撞系统在港机行业应用(yòng)非常广泛，像國(guó)内的振华港机、Noell起重机等单位都大量使用(yòng)了该系统。
CraneRanger是基于超声波回波测距的原理(lǐ)。它采用(yòng)气介导声的方式，即利用(yòng)在空气中传播的超声脉冲在被测物(wù)體(tǐ)（其他(tā)港机设备表面）上被反射，并接收其回波，超声脉冲来回传播的时间与声脉冲传播距离成正比，测出声脉冲行程时间，就可(kě)据之算出超声波换能(néng)器和其他(tā)港机设备的距离。
L=C×Δt
式中：C －超声波在空气中传播速度
Δt －超声脉冲来回传播时间
L －被测卸船机之前的距离 超声波在空气中传播速度C与超声频率及大气压力无关，但随空气温度而变，可(kě)以近似表示如下： C=C － 0℃时空气中声速，為(wèi)331.6 m/sec 因此，在超声波换能(néng)器中内置了热敏電(diàn)阻，用(yòng)于检测空气温度，然后在计算时修正声速值，使CraneRanger的测量精度更高，而且可(kě)以很(hěn)好地适应不同的环境。 不同于普通的超声波物(wù)位计，Siemens公司针对港机行业的防撞应用(yòng)為(wèi)CranRange设计了很(hěn)多(duō)特殊的功能(néng)。
它具有(yǒu)以下优点：
Ø 消除随机发生的干扰回波（比如：旁人在超声波换能(néng)器边上的走动引起的干扰）。
Ø 消除電(diàn)磁噪声产生的干扰回波。
Ø 识别港机设备左右两个不同方向。避免因為(wèi)不同的方向的移动而造成误报警动作。
Ø 极快速的距离检测模式。最快可(kě)以满足線(xiàn)速度达17m/s的移动速度的测量。
Ø 高技术含量的Echomax系列超声波换能(néng)器。与CraneRanger配套的专用(yòng)的XLT-60换能(néng)器。它采用(yòng)了市场上很(hěn)少见的采用(yòng)曲線(xiàn)式振荡器的全铝金属制换能(néng)器。如图。
四、安装与注意事项
CraneRanger的四个超声波换能(néng)器的安装位置示意图（如图4）。 每台CraneRanger分(fēn)别配2个XLT-60换能(néng)器，向左右两个方向的实现防碰撞功能(néng)。 安装时的注意事项： 1、安装位置应尽可(kě)能(néng)选择较高的位置，以避开周围的堆起的杂物(wù)的影响。 2、换能(néng)器表面一般与地面呈垂直，使发射的超声脉冲波能(néng)够尽可(kě)能(néng)垂直地射向需要防撞的目标物(wù)表面，而选择的目标物(wù)表面应尽可(kě)能(néng)平整。3、两台CraneRanger安装在同一台大車(chē)上，并且所配套超声波换能(néng)器工作在同一个方向和區(qū)域内，开启同步功能(néng)，即将连接線(xiàn)端的同步端子连通，以防止换能(néng)器之间的信号相互干扰。4、虽然XLT-60也可(kě)以采用(yòng)双绞屏蔽線(xiàn)来连接，但应尽可(kě)采用(yòng)同轴電(diàn)缆已获得最好的抗干扰能(néng)力；换能(néng)器的连接電(diàn)缆应当通过金属导管连接到CraneRanger。5、 安装换能(néng)器不能(néng)用(yòng)力过大，一般用(yòng)手的力量来安装即可(kě)，不需要用(yòng)扳手安装地过紧。否则会导致换能(néng)器表面张力过大而改变换能(néng)器的工作特性，产生的现象是："盲區(qū)"扩大，在近距离产生误报警信号。
五、使用(yòng)效果
安装完成以后通过专用(yòng)的工具软件SuperSonex进行连续跟踪期回波图形（如图6），在卸船机的整个测试过程中，回波信号始终非常强烈而这可(kě)靠。
自2004年7月安装使用(yòng)该系统以后，卸船之间碰撞事故没有(yǒu)再发生。该系统的工作状态良好，基本上没有(yǒu)出现任何误动作，完全满足可(kě)靠安全的要求。而且，在经历一年四季的气温的变化以及刮风下雨等自然环境的考验，这套系统的性能(néng)始终如一，真正实现了免维护。
目前在中國(guó)的大多(duō)数钢铁厂、電(diàn)厂的原料码头等还是在采用(yòng)人工的方法来控制卸船机，基本上都是依靠人工作业来防止碰撞，可(kě)靠性极差，我厂所设计采用(yòng)了卸船机防碰撞系统将因為(wèi)人工造成的碰撞事故减少到零，即达到了安全生产的目的，又(yòu)节省了大量的维修费用(yòng)，值得各工矿厂商(shāng)借鉴。（本文(wén)来源转载网络）
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