激光测距仪在岸边集装箱起重机防撞系统上的应用
激光测距仪在岸边集装箱起重机防撞系统上的应用
作者:黄璐;
岸边集装箱起重机( 以下简称岸桥) 作业时,由于其体积庞大且驾驶室离地面较高,导致司机视线不佳,同时司机的注意力高度集中于吊具( 集装箱)的升降和对位上,容易忽视其他方向的危险。为了保证岸桥的安全运行,防止意外碰撞事故发生,需要设置防撞装置。岸桥的防撞保护主要包括岸桥间的防撞和大梁防撞等。岸桥之间的防撞保护主要包括减速检测限位和停止限位。常规减速检测通常采用光电限位或超声波传感器进行检测。停止限位通常采用机械防撞装置,利用一台岸桥大车限位开关与相邻岸桥上安装的限位撞杆相撞,使该大车无法继续向另一台机动作。传统的岸桥大梁防撞采用钢丝绳防撞,在前大梁两边分别安装张紧架,用防撞钢丝绳带动端部限位挡块,从而实现接触式防撞。随着集装箱起重机技术的发展,岸桥大车的速度越来越快,传统的限位接触式防撞已不能提供可靠的安全保护。光电限位和超声波传感器易受环境影响导致误动作。激光测距仪具有设备安装简单、测量距离远、抗干扰能力强、定位精度高强等特点。因此基于激光的岸桥防撞系统,可以准确获取当前岸桥、船舶、作业区障碍物的信息,通过可编程逻辑控制器( PLC) 编程控制岸桥的动作,有效降低司机误操作而造成的设备相撞事故概率,实现效率与安全的有效结合。本文以 PSA 新加坡岸桥项目上采用的 SICK 激光测距仪为例,介绍激光测距仪在岸桥防撞系统上的应用。
2 岸桥激光防撞系统组成
激光防撞系统由电源、激光测距仪、PLC 控制器组成。激光测距仪通过对绞屏蔽电缆,采用串口RS422 通讯方式与 PLC 控制器进行数据交换。激光测距仪在设定范围内遇到障碍物时,系统通过输出变量对 PLC 自动进行岸桥的分级速度控制,从而防止设备之间的意外碰撞。PSA新加坡项目岸桥之间的激光防撞采用DIMETIX激光测距仪。
3 岸桥间的激光防撞
DIEMTIX最大有效检测距离 500 m,可以满足岸桥之间防撞的距离要求。传感器有 Q1、Q2 两个输出信号。减速距离按照大车速度 46 m /min、减速时间 10s、进入减速区速度限制为全速的 10%来计算,计算公式如下:
a = ( V0 - Vf ) /t
S = V0 × t - 1 /2 × a × t2
式中,a 为减速度; V0、Vf 为初速度和末速度; S 为减速距离; t 为减速时间。
计算可得 S = 4.216 7 m 。考虑到 2 台岸桥同时全速相向而行,则 X = 2S = 8.433 4 m ,故设置减速距离 Q1 = 8.4334 + 0.75 × 2 = 9.933 4 ≈ 10 m ,停止距离 Q2 = 2.5 m 。
4、岸桥大梁激光防撞
4.1激光测距仪安装
DIMETIX激光测距仪的扫描角度可以达到 190°,最大有效距离 80 m。传感器利用激光以一定速率旋转形成一个扇形扫描面域,在这个面域内设置保护区域,可以同时设置最多 3 个保护区,分别进行防护。传感器安装在大梁中部,充分使用传感器的有效扫描距离。
为了防止强光、降雨、阳光直射对 LMS 的干扰,在安装激光测距仪时,还需要加装防护罩。安装方式采用角度安装 ,与平行安装相比,角度安装可以利用扇形扫描区域,不仅对水平方向进行防撞保护,同时对垂直方向也起到一定的防撞保护,且不会出现对射的干扰问题。
4.2系统应用
DIEMTIX激光测距仪的调试和参数设置一般通过扫描仪的 Terminal 端口进行。也就是通过以太网和 PC 机连接。出厂 IP 一般设置为192.168.0.1,当通过以太网连接 PC 时,PC 的 IP 段必须与 LMS511 的 IP 段相同,但 IP 不能相同。在激光测距仪正常连接到 PC 后,打开 SOPAS 软件对其进行连接。
首次登陆 SOPAS,软件默认操作者的权限为“op-erator”。在此权限下客户可以使用 Monitor 功能查看目前设备状态,监控测量数据,但无权修改数据。若要对 LMS 的参数进行修改,进入登陆界面,User lev-el: Authorized Client; Password: client。在此权限下,可根据需求,在 SOPAS 对 LMS 参数进行设置。
LMS511 的区域保护功能也通过 SOPAS 软件设置来实现进出入监控、报警、减速、防撞等功能。
在 Digital outputs 中设置 LMS511 激光测距仪给PLC 的输出信号,其中 Output 1 为停止信号; Output 2 为报警信号( 当 LMS511 前镜受到污染不能工作时可以自动发出报警信号) ; Output 3 为减速信号。当系统设备上电后,激光测距仪便会自动运行,实时获取数据信息并给 PLC 信号,实现岸桥大车的防撞保护和智能减速功能。
5、激光防撞系统特点
( 1) 设备安装简单,盲区小,可维护性强,无须安装反射板等辅助设备。
( 2) 测量距离远,响应速度快。DS500 最大测量距离 30 m,相应时间 250 ms; LMS511 最大测量距离 80 m,响应时间为 13 ms。
( 3)抗干扰能力强。激光具有单色亮度高的特性,排除杂光与电磁干扰较为容易,同时雨和雾穿透能力也优于超声波。
( 4) 精度高。DS500 激光测距仪的测量精度为±3 mm。LS511 激光测距仪当检测物体在 1 ~ 10 m时,测量误差为± 25 mm; 当检测物体在 10 ~ 20 m时,测量误差为± 35 mm; 当检测物体在 20 ~ 30 m时,测量误差为±50 mm。
6、结语
基于激光测距仪的岸桥防撞系统已成功应用到PSA 新加坡等多个项目上。经长期使用,设备安全可靠、故障率低、维修方便,可有效防止设备相撞事故的发生,提高岸桥的作业效率。
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