吉同正1 王羽丰1 梁俊豪2 邓毅敏2 李仁士2
1 上海宝松重型机械工程( 集团) 有限公司 上海 201900 2 宝钢股份精密钢管厂 上海 200941
摘 要：针对某工厂横向双钩挂梁桥式起重机经常出现的问题：挂梁垂直于主梁，因现场的工作需要，挂梁的长度往往会大于主梁宽度，甚至超过起重机的宽度，起重机在起升和运行过程中，挂梁、钢管与司机室碰撞事故时有发生，需要采用更加可靠的防护装置对该作业方式进行有效控制，规避安全隐患。在传统的电气机械限位保护方面存在很多不足，因此，设计一款智能安全监护系统是必要的。文中主要阐述了智能安全监护系统的基本特性，简要分析其工作基本原理，并且相应指出了当前在挂梁桥式起重机司机室安全防护过程中所出现的问题，针对智能安全监护系统在挂梁桥式起重机司机室安全防护中的应用进行分析和探讨。
关键词：挂梁桥式起重机；智能监护器；安全智能；应用
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）07-0080-04
挂梁桥式起重机司机室智能安全监护系统由激光扫描安全监护器、双钩一键式升降调平系统、司机室智能安全防护控制系统组成三大亮点功能。L 形激光防护区域，全方位移动被吊载物，任意位置总能保持与司机室有足够的安全距离，保证了司机室安全。独特的激光扫描安全监护器，有大小区域可调的扇形面、L 形面，随时通过编程改变，完全实现柔性保护。因此在挂梁桥式起重机生产吊运无缝钢管高效作业过程中，运用智能安全监护系统防护司机室不被碰撞。
1 智能安全监护系统的特点
智能安全监护系统主要具备高精准度、操作便捷、全面防护、安全可靠、智能自控、一键调平、外观体积较小等方面的特性，在当前特种设备上的应用得到认可。在现场挂梁桥式起重机司机室安全防护的应用中，发现运用智能安全防护系统能有效提升钢管抬吊高度，提高设备吊运效率30%；同时降低设备故障率，确实有效地保障司机室及司机人员的人身安全；激光装置在起重机安全控制领域得到推广应用。
2 智能安全监护系统能解决的问题
2.1 传统机械限位保护问题
挂梁桥式起重机生产作业采用双吊钩单、联动起吊方式运作，原电气系统安全联锁功能满足当下高效率的安全生产需要的同时，存在人机操作安全隐患风险，特别是小车吊载运行至司机室安全警示区内，存在吊运时挂梁/ 钢管碰撞司机室风险, 双吊钩抬吊高度差引起的倾斜安全风险，对设备及司机带来安全隐患，必须引起足够的重视。通过对现场起重机的运行状况调查、分析，传统电气系统对司机室安全防护经常会遇到三个方面的问题。一是在小车进入司机室区域，通过上极限机械限位限制起升机构上升，通常在此位置时，吊钩高于驾驶室的底部，吊运操作时为了避让障碍物会利用两吊钩的不同高度，此时容易引起钢管倾斜坠落；二是驾驶室位置限制，抬吊挂梁/ 钢管提升高度受限制，影响吊运效率；三是在操作失误时，容易发生抬吊挂梁/ 钢管撞击司机室引起安全事故。
2.2 原电气系统控制问题
原电气系统能够满足挂梁桥式起重机在吊运无缝钢管生产作业需求，但是生产作业效率低、设备故障率高、人机操控舒适度及安全感低。根据安全生产作业要求，机构联动吊运作业前必须进行双钩调平流程，原电气控制系统缺少联动调平功能，司机单机构操作升降的同时，观察升降高度判定双钩处于同一高度，存在高低差及后续联动吊运安全风险。因此必须从电气控制系统着手，真正实现人机互联互通，根本上发现和提出电气联动调平方案。
3 智能安全监护系统的运用
3.1 基本原理
3.1.1 功能
如图1 所示，起重机司机室智能安全防护系统包括的功能主要有数据采集处理及控制、参数及状态实时显示、按照需要设置保护区域、系统自检、系统管理权限设置、切换保护区域等功能。
图1 起重机司机室智能安全防护系统功能
3.1.2 组成
如图2 所示，起重机司机室智能安全防护系统由司机室、智能监护器、智能集成系统、交换机、智能人机界面组成。
图2 起重机司机室智能安全防护系统组成
3.1.3 原理
1） 智能监护器
智能监护器传感器采用 SICK 专利的 HDDM 技术，能可靠地检测黑色物体，对细小物体的检测及抗环境光、抗干扰能力也优于同类产品。
①激光时间飞行原理——Time of f light 激光发射器发出激光脉冲波，内部定时器开始计算时间t，当激光波碰到物体后，部分能量返回；当激光接收器收到返回激光波时，停止内部定时器t2，智能监护器到物体的距离为S = C ( 光速) ·（t2- t1）/2。
②激光扫描器测量原理 激光发射器发出激光脉冲波，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，且返回波的能量足以触发门槛值，激光扫描器计算它到物体的距离值；激光扫描器连续不停的发射激光脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。此二维区域的扫描可以实现以下两个功能：在扫描器的扫描范围内，设置不同形状的保护区域，当有物体进入该区域时，发出报警信号；在扫描器的扫描范围内，扫描器输出每个测量点的距离，根据此距离信息，可以计算物体的外型轮廓，坐标定位等，以SICK产品为例，如图2 所示。
图2 激光扫描器测量
2） CPU
CPU 时时接收传感器输出的数据，并利用软件设置保护区域，如果有物体进入保护区域，CPU 输出开关量信号给控制系统，可设置扫描保护区域的大小及形状，可以依据客户的需求，任意设置保护范围及形状。配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15 μs。CPU 的模块本体配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能。
3） 触摸屏
可以输入参数及显示实时状态，改变保护区域的形状及范围，为用户提供良好的参与控制范围设定的功能。
3.1.4 软件
检测模式——区域形状关联型区域组内的区域以扫描器为原点起始，从内自外依次为区域 1、2、3，内层的区域不能超出外层。并且每个区域的形状相同，内部重叠。区域的形状任意可设置。典型的设置由外至内可设置为报警区域、减速区域、停止区域。为避免停止区域设置大于减速区域等错误，推荐使用区域关联型。区域组的形状被分为几类：多边形（形状任意可调整，初始值为长方形）半圆形及长方形。这三个以同一原点的区域重叠形成了三重区域，如图3 所示。
图3 区域组的形状分类
3.3 基本应用
1) 合上电源开关——触摸屏上显示。
2) 起升机构Ⅰ和起升机构Ⅱ调平操作。起升机构联动信号放置联动位置，联动台( 平移及起升) 操作主令在零位；按下自动调平启动开关，自动调平工作，起升机构Ⅰ、起升机构Ⅱ调平后自动停止。调平过程中如联动旋钮、主令开关动作会影响调平功能,调平动作停止。
3) 司机室安监系统司机室安监系统的作用是保护司机室前部0.5 m 和下部0.25 m 范围内不被撞到；当大车运行到加热炉上方时，大车以1 挡速度缓慢运行通过炉顶管道区域，具体操作如下：将操作台上安监系统投入旋钮打开、机电旁路旋钮关闭。当司机室前部和下部进入物体时，显示画面上报警闪烁，安监控制柜上红色声光报警灯工作，起升机构（上升状态）与小车运行机构（后退状态）自动停止；此时需要人工手动操作小车（前进）及起升机构（下降）将物体退出保护区域。
当安监系统故障时，将安监投入旋钮信号放置关闭状态，绿色指示灯熄灭，安监系统切除，机械限位保护系统正常工作；安监系统正常时机械限位保护系统不参与工作。
当安监系统、原机械限位保护系统同时故障时，将机电旁路旋钮信号放置打开状态，原机械限位保护系统及安监系统同时被解除；待系统正常时再关闭机电旁路旋钮后使用。
4 智能安全监护系统的应用
智能安全监控系统可以有效地减少设备的故障率，提高设备运行效率、操控舒适度和安全感。
1) 满足国家对起重机械使用的安全要求。
2) 提高了装备的水平，消除安全隐患，确保起重设备安全运行。
3) 备件量少，降低了该区域的维修费用，使备件更加统一，便于以后的维修。极大的减少备件的采购周期和成本。
4) 系统运行使用可靠，无故障工作时间长，减少维修次数，大大的提高了生产效率。
5) 减少故障率，确保生产的连续性。
6) 小车运行、起升运行、司机室三位置的安全联锁稳定性得到有效提升。
7) 小车位置、起升吊钩位置、司机室位置安全联锁控制系统保护。系统包括小车运行限位、起升高度限位、司机室位置限位、继电器逻辑系统。小车吊钩处于安全联锁区域内时，为便于生产设备检修，新增安全联锁旁路（钥匙）开关，该钥匙开关处于打开状态时，无法拔出，必须处于关闭状态方可拔出，同时新增报警峰鸣提醒，便于吊钩在该区域升降运行。
8) 联动状态下, 起升双主钩在主令信号给定下, 司机室以下0.8 m 位置停钩，保持双钩基准高度一致。
5 结论
智能安全监护系统作为挂梁桥式起重机司机室安全防护重要组成部分，安装在挂梁桥式起重机上作为防护司机室及司机人身安全，提高安全生产作业效率。依据现场安全作业需求及全新的安全设计理念，在优化电气调平、扩大作业区域、提升作业效率、人身安全防护方面技术创新，不断提高设备运行安全性，提高安全生产活动的效率。
来源；起重运输机械