超声波卸船机防碰撞系统在湛江发电厂的成功应用

　　超声波卸船机

　　广东湛江发电厂卸船码头共有3台卸船机，其中1号、2号为桥式抓斗卸船机，放置在码头两边；3号为连续链式卸船机，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，操作工人经常会因为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大的麻烦，也造成了较大的经济损失。公司希望能够找到一种可靠、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

　　为了使3台卸船机更好地协作工作，根据现场情况分析，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卸船机大车行走机构两侧支架；

　　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，用于检测#1、#2、#3卸船机相互之间距离，当两机距离小于5米时，有报警，如两机距离小于3米时，将由#3连续式链斗卸船机发出停止大车行走信号，分别停止#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卸船机大车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于5米时报警，小于3米时，闭锁相对应的操作，此种方式作为第一点措施的补充，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卸船机大车行走和#3连续式链斗卸船机的提升机（或取料头）都可以在司机操作视线范围内进行监控；

　　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继电器开关信号，相对于其他模拟量(4~20mA)或数字通讯而言，开关信号可以更加准确快速地传送信号，具有简单、可靠、抗强磁场干扰能力强的优点。

　　三、解决方案

　　经过反复比较和调查了解，从安全可靠性、稳定性、可行性等各方面考虑，最终湛江发电厂决定采用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非常广泛，像国内的振华港机、Noell起重机等单位都大量使用了该系统。

　　CraneRanger是基于超声波回波测距的原理。它采用气介导声的方式，即利用在空气中传播的超声脉冲在被测物体（其他港机设备表面）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，就可据之算出超声波换能器和其他港机设备的距离。

　　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，可以近似表示如下：

　　式中：T－空气温度℃

　　C0－0℃时空气中声速，为331.6m/sec

　　因此，在超声波换能器中内置了热敏电阻，用于检测空气温度，然后在计算时修正声速值，使CraneRanger的测量精度更高，而且可以很好地适应不同的环境。

　　不同于普通的超声波物位计，Siemens公司针对港机行业的防撞应用为CranRange设计了很多特殊的功能。它具有以下优点：

　　消除随机发生的干扰回波（比如：旁人在超声波换能器边上的走动引起的干扰）。

　　消除电磁噪声产生的干扰回波。

　　识别港机设备左右两个不同方向。避免因为不同的方向的移动而造成误报警动作。

　　极快速的距离检测模式。最快可以满足线速度达17m/s的移动速度的测量。

　　高技术含量的Echomax系列超声波换能器。与CraneRanger配套的专用的XLT-60换能器。它采用了市场上很少见的采用曲线式振荡器的全铝金属制换能器。如图。

　　四、安装与注意事项

　　CraneRanger的四个超声波换能器的安装位置示意图（如图4）。

　　每台CraneRanger分别配2个XLT-60换能器，向左右两个方向的实现防碰撞功能。

　　安装时的注意事项：

　　1、安装位置应尽可能选择较高的位置，以避开周围的堆起的杂物的影响。

　　2、换能器表面一般与地面呈垂直，使发射的超声脉冲波能够尽可能垂直地射向需要防撞的目标物表面，而选择的目标物表面应尽可能平整。

　　3、两台CraneRanger安装在同一台大车上，并且所配套超声波换能器工作在同一个方向和区域内，开启同步功能，即将连接线端的同步端子连通，以防止换能器之间的信号相互干扰。

　　4、虽然XLT-60也可以采用双绞屏蔽线来连接，但应尽可采用同轴电缆已获得最好的抗干扰能力；换能器的连接电缆应当通过金属导管连接到CraneRanger。

　　5、安装换能器不能用力过大，一般用手的力量来安装即可，不需要用扳手安装地过紧。否则会导致换能器表面张力过大而改变换能器的工作特性，产生的现象是：“盲区”扩大，在近距离产生误报警信号。

　　五、使用效果

　　安装完成以后通过专用的工具软件SuperSonex进行连续跟踪期回波图形，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靠。

　　自2004年7月安装使用该系统以后，卸船之间碰撞事故没有再发生。该系统的工作状态良好，基本上没有出现任何误动作，完全满足可靠安全的要求。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，这套系统的性能始终如一，真正实现了免维护。

　　目前在中国的大多数钢铁厂、电厂的原料码头等还是在采用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，可靠性极差，我厂所设计采用了卸船机防碰撞系统将因为人工造成的碰撞事故减少到零，即达到了安全生产的目的，又节省了大量的维修费用，值得各工矿厂商借鉴。