1、概況
某發電廠卸船機是由某國際著名的起重機廠商設計制造的橋式起重機，其駕駛室是懸掛在主梁/懸臂的軌道上，離地面高25m，行程為42m。卸船機的卸煤作業屬于高空作業，其駕駛室則是實現人機對話的核心機構。但是駕駛室的設計和現場環境對駕駛員的工作視野有很大限制，約有240°的視覺盲區，同時大車機構行走時駕駛室沒有保護裝置。自其廠投產以來卸船機駕駛室曾經多次出現與煤船發生碰撞損壞嚴重的事故。因此，駕駛室的加裝防碰撞系統直接關系著駕駛員的生命安全和設備安全。為了杜絕在卸船機運行期間駕駛室發生碰撞造成的人身傷亡和設備損壞事故，減少卸船機存在的安全隱患，我們進行了安全分析和技術改造。
2、駕駛室防撞系統的分析及設計
2.1 卸船機駕駛室現場工作環境
2.1.1由于受天文潮汐影響，同時卸煤過程中泊船載重量和位置的變化，造成泊船與卸船機有可能形成超出安全范圍的相對運動。
2.1.2來船結構差別很大，有些船體有桅桿及吊車，這些桅桿及吊車是不受控的，隨時有可能出現移動造成碰撞情況。
2.1.3卸船機駕駛室內操作員視線范圍為160°，有效視線范圍為120°。操作員的視線盲區很大，非常不利于卸煤作業。
2.2 根據卸船機作業的生產實踐，我們要求：
2.2.1檢測傳感器要求安裝在駕駛室后面底部，傳感器有效檢測距離不低于6m,靈敏度可調；顯示器安裝在駕駛室內，可顯示障礙物距離（精度到毫米），有聲光報警，可設定卸船機減速，停止點，卸船機大車機構行走過程中，駕駛室距離前方障礙物小于3.00m時報警且大車機構減速至10%，1.50m時大車機構正常停止。
2.2.2 駕駛室防撞系統以駕駛室陸側減速限位開關動作點為分界點，駕駛室向海側行走起作用，往陸側行走不起作用。
2.2.3檢測傳感器至少有1路模擬量（4～20mA）、2路開關量輸出。
2.2.4檢測傳感器必須能分辨煤船天線及避雷針等物體，不受外界環境（風，氣溫變化，灰塵等）影響。
2.3防撞系統方案的確定
超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現，但是我廠卸船機駕駛室有效尺寸：長×寬×高為4578×4216×2250mm，即其后側需要防撞范圍約5m寬度，但超聲波傳感器的性能參數（發散角和反射特性曲線），未能達到在短距離內覆蓋5m的寬度的標準，因此增加履蓋范圍大的雷達傳感器，以保護駕駛室。
2.3.1控制系統框圖的設計和檢測傳感器選型
根據駕駛室防撞系統的分析和要求，決定選用美國邦納（BANNER）QT50R雷達傳感器兩路開關量來實現報警停車信號的輸出；使用QT50U超聲波傳感器的模擬量實現駕駛室與障礙物的距離顯示。在駕駛室后面等距離安裝3套參數稍低的組合傳感器裝置，一是能夠達到系統技術要求，二是能達到成本的壓縮化。
如圖1所示主控系統完成QT50模塊的窗口設置、模擬量的采集、參數的計算、結果顯示和控制等人機接口。
圖1 主控制系統框圖
組合傳感器的檢測范圍如圖2所示，可以看得出其已能履蓋整個駕駛室并且盲區范圍小，性能已達到現場工作要求。
圖2 Banner傳感器檢測示意圖
3、駕駛室防撞系統的程序結構和設計
在PLC程序中增加下列程序段（PB即Program Block，I指輸入點，Q指輸出點，F指中間標志字）：
3.1 在PB41/2段中，加入如下邏輯關系式：
__ __ __
I104.4 ·(I113.1+I113.3+ I113.5)＝F41
其中：
I113.1 雷達傳感器1的1.5m開關量輸入
I113.3 雷達傳感器2的1.5m開關量輸入
I113.5 雷達傳感器3的1.5m開關量輸入
I104.4 駕駛室陸側減速限位開關的輸入
F41.0 大車機構方向1（即向后行走）的正常停止中間標志字
其中三個雷達傳感器的輸入要求正常狀態時為高電平，有故障或檢測到障礙物時為低電平。此關系式的功能是實現駕駛室離開陸側進行正常卸煤作業時，陸側減速限位開關I104.4=1，任一雷達傳感器對駕駛室后面1.5m范圍內檢測到障礙物時將對大車機構進行聯鎖使之正常停止,但不影響其向前行走，避免駕駛室發生碰撞,同時F41可以作為報警的輸入點實現報警功能。
3.2在PB41/9段中，加入如下邏輯關系式：
__ __ __
I104.4 ·(I113.0+I113.2+ I113.4)＝F44
其中：
I113.0 雷達傳感器1的3.0m開關量輸入
I113.2 雷達傳感器2的3.0m開關量輸入
I113.4 雷達傳感器3的3.0m開關量輸入
I104.4 駕駛室陸側減速限位開關的輸入
F44.0 大車機構方向1（即向后行走）的預定速度10%行走中間標志字
其中三個雷達傳感器的輸入要求正常狀態時為高電平，有故障或檢測到障礙物時為低電平。此關系式的功能是實現駕駛室不在陸側停車位時，任一雷達傳感器對駕駛室后面3.0m范圍內檢測到障礙物時將對大車機構進行聯鎖使之減速以10%的速度向后行走，但對向前行走并不影響，同時F41可以作為報警的輸入點實現報警功能。
3.3在PB41段中，增加標準模數轉換控制功能塊，分別將三個超聲波的模擬量進行轉換以顯示駕駛室與障礙物的距離，并通過顯示器傳遞給駕駛員。
3.4在PB41段中，增加以下邏輯關系,實現駕駛室與障礙物處于危險距離的報警。邏輯關系如下：
F41+ F44 =Q40
其中：
F41 駕駛室與障礙物距離1.5m大車機構正常停止中間標志字
F44 駕駛室與障礙物距離3.0m大車機構減速中間標志字（雷達傳感器）
Q40 駕駛室與障礙物處于危險距離的報警輸出
4 結束語：
在卸船機駕駛室防撞系統實施中，我們創新地組合使用了超聲波和雷達傳感器，充分發揮其工作特性，增加其靈敏度及動作可靠性，實現了駕駛室與障礙物的檢測和防碰撞保護，極大的提高了安全性,防止事故的發生；我們利用卸船機先進的西門子S5-155U程序功能和ET200備用的I/O輸入輸出點，運用先進的工業編程語言結合電氣控制技術，使各項聯鎖更加可靠，便于進行維護保養。據了解，一般同類的卸船機的駕駛室都缺少這種聯鎖保護，值得在同類設備中推廣應用，以增加卸船機的安全性。