岸边集装箱起重机大梁防撞装置改造

崔 晔 彭志华
上海振华重工( 集团) 股份有限公司 上海 200125

摘 要：港口集装箱运输船舶大型化的发展对岸边集装箱起重机提出了更快更高的要求。岸边集装箱起重机作业时，大梁必须移动到集装箱船正上方，而起重机设备体积庞大，操作人员视线受限。以往采用钢丝绳及限位进行大梁防撞保护的措施已不适用。文中将以某集装箱港口大梁防撞装置改造项目为例，介绍一种基于激光扫描技术的大梁防撞方案，以满足码头生产需要。

关键词：岸边集装箱起重机；大梁防撞；激光扫描器

中图分类号: U653.921 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2018)11-0158-04

0 引言
岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）是集装箱船与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备。岸桥的装卸能力和速度直接决定码头作业生产率，是港口集装箱装卸的主力设备。岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代，科技含量越来越高[1]。随着集装箱船的不断大型化，岸桥的外伸距也由32 m逐渐增大到了现在的65 m，将来会增加到70 m，以适应24 排的马六甲型船的需要。

当岸桥装卸集装箱时，大梁必须移动到集装箱船正上方，以方便装卸作业。在岸桥移位过程中的前大梁会随着大车行走机构的平移一起水平移动，但是由于船上的烟囱、天线等往往位置较高，可能会超出大梁正常作业时的高度，且岸桥司机因视野受钢结构影响不能全方位观测到周围的障碍物，因此, 存在与大梁相碰撞的危险。为防止起重机发生碰撞事故，必须采用传感器检测周围障碍物。随着岸桥多年的发展，陆续采用机械式、超声波和微波等防碰撞装置。

机械式的保护措施是距离在大梁两侧设有2 根为防碰保护的细钢丝，钢丝与限位开关相连接。当钢丝被碰撞时，使限位开关动作，此时大车立即停止行走，达到防撞目的[2]。实际使用下来发现，机械式防碰撞装置虽然结构简单，成本较低，但安装调试不方便，伸出的角钢会抖动，且保护距离越大，角钢抖动越厉害，导致工作不可靠。

超声波防碰撞装置虽然成本低，但超声波散射角大，定位精度较差，而且影响强度的因素太多。露天、下雨天都可能导致系统的误动作。

微波防碰撞装置结构复杂，成本高，下雨、粉尘、雾对其吸收大，可靠性差[3]。

该项目采用一种基于激光扫描技术的大梁防撞方案，通过设置激光扫描器的区域健康功能，在船与大梁相碰撞之前，提前给出报警或急停信号，防止危险的发生[3]。见图1。

1 激光扫描器
本项目采用的激光扫描器LMS511-11100 是一种室外型激光扫描雷达，主要用于室外型的物体测量及防撞。激光扫描器采用成熟的激光－时间飞行原理及多重回波技术。LMS511-11100 提供了80 m 的非接触式检测距离，角度达到190°，可以完整覆盖整个岸桥大梁运动方向，可以有效地进行室外防撞、区域保护。

1.1 工作原理
激光扫描器连续不停的发射激光脉冲，由旋转光学机构将激光脉冲按一定角度间隔发射向扫描角度内的各个方向而形成一个径向坐标为基准的二维扫描面。在扫描范围内，设置不同形状的检测区域，当有物体进入该区域时输出信号[5]。

激光扫描器可用于包括设备防撞、区域安防等被测物体位置信息通过扫描器到物体的距离及对应的角度数据给出。激光扫描仪结构见图2。

图2 激光扫描器的结构

1.2 LMS511 的特点及优势
1) 激光扫描器防护等级IP 等级是指防水防尘的等级。针对本项目室外型应用，必须使用IP67 防护等级的产品，以保证产品的性能及可以在恶劣的环境下可靠运行。
2) 工作温度低温的环境会对设备的电子及机械部件工作造成影响并可能产生凝露现象，LMS511 内置加热器，当环境温度低于一定值时设备无需人工干预即可自动开启加热器，以确保产品的正常运行。
3) 抗环境光干扰 LMS511 抗环境光能力为70,000lx。
4) 多次回波技术LMS511 在室外恶劣的工作环境下仍能可靠检测。多次回波的技术应用，使激光测量穿透玻璃、雨雾、粉尘等成为可能。
5) 污染报警：在实际使用中，扫描器前镜可能被污染，而导致检测受影响。LMS511 包含前镜污染传感器，用户可以设定报警的灵敏度，并且可通过LED 显示、以太网通讯接口及OUTPUT 输出报警。

2 激光扫描器的安装及调试
2.1 安装
安装激光扫描时，先拆除原岸桥钢丝绳及限位开关的防撞装置。将激光扫描仪安装在前大梁的两侧，并固定在一根角钢上，该角钢通过螺栓对撬的形式与预焊接在大梁结构上的2 根槽钢连接。同时在扫描仪附近设置梯子平台。这样如设备出现故障，需要调整或维护时，专业人员可以方便地对其进行修理作业或调节设备扫描的角度等，具体安装形式见图3。

图3 激光扫描器的安装

2.2 电气接线
LMS511 的电源接线方法，简单的讲就是棕正蓝负，通过M12×5 拼插头连接设备。此处接插头的方式，可以确保设备的密闭性，不影响该设备原有的防护等级。即选用不正确的电缆而发生接线处进水，同时也避免人为失误导致接线的不正确等问题。如果客户港口最低温度低于0℃，可以选用配置加热器的型号，以避免低温对传感器及电机造成影响。

LMS511 的信号线连接，采用M12×8 拼的自带插头连接设备。电源及信号2 根自带线经扎线条沟通至分线盒中，与外部线对接并通过大梁内部的托架沟通至电气房中，将信号输送给岸桥PLC 控制模块。其中YE 对应大梁防撞报警，检测物体距离小于15m 时输出此信号；GY 对应大梁防撞减速，检测物体距离小于10 m 时输出此信号；PK 对应大梁防撞停止，检测物体距离小于5 m 时输出此信号。

2.3 电气调试
1）软件连接
LMS511 扫描器的调试和参数设置一般通过扫描器的Terminal 端口进行, 也就是通过以太网和PC 机连接。LMS511 默认IP 地址为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LMS511 正常连接到PC 后，打开SOPAS 软件对其进行连接。
2）SOPAS 软件
打开SOPAS 软件，检查电脑是否已连接。连接完成后，会出现2 台 LMS 选择第一台，双击图案，随后双击左侧的 LMS 图案，登录到设备。
3）绘制区域
本项目的LMS511 可以划定4 个保护区域。在Evaluation Area 中选择在Field 设定保护区域，再选择右侧的New。右侧选择add a new field point，鼠标在坐标区域内点击就可以绘图。此时可根据项目需要设置相应报警、减速、停止区间。Field1 画好后，用同样的方法绘制Field2、Field3 等。
4）设置输出
左侧选择EVC1, 右侧选择New，选择Field1 Outputno，选择Output1。其中有2 个数值Response time表示物体在LMS 检测局域内停留多少时间，LMS 才报警,Blanking size 表示物体的直径要大于多少 LMS 才报警，用同样的方法设置EVC2 等。
5）下载和保存数据
参数设置完毕后，点击红色下载箭头的图标就能把参数下载到设备。然后点击，保存图标将参数保存在LMS 机器中。
6）查看扫描区域
选择Monito-Field evaluation monitor， 点击Showscan 图标，就可以看出目前 LMS 的扫描状态。如果区域显示绿色，表示LMS 区域内无需要报警的物体；如果区域显示黄色，表示LMS 区域内有需要报警的物体，LMS 正在输出；如果区域显示灰色，表示LMS 处于离线状态，无法实时显示数据。
7）岸桥PLC 程序设置
LMS511 调试完成后，输出相应状态的信号至岸桥的数据输入模块，岸桥PLC 程序根据输入信号对岸桥进行控制。

当岸桥主PLC 接收到输入指令后，需要在岸桥主程序中添加相应的保护，针对检测到物体不同距离加入适合的语句。此部分参数按不同项目而略有不同。当大车行走机构运行时，一旦检测到物体进入15 m 区域时，PLC 输出报警指令，司机右手边CMS 显示屏出现报警字样，告知司机大车行驶方向上有障碍物, 需要注意观察谨慎行驶；当检测到物体进入10 m 区域时，PLC 输出减速指令，大车全速运行失去，大车只能慢速运行；当检测到物体进入5 m 区域时，PLC 输出停止指令，该方向上大车停止运行，而另一侧方向上不受影响，可以运行。此时需要进行人工干预，待障碍物排除后，进行复位操作指令，排除故障后，岸桥方可正常操作。这样, LMS511 激光扫描器的电气调试便完成。

3 结束语
本项目经改装激光扫描器后，实际使用发现其与工作状态下岸桥前大梁防撞船保护与传统的钢丝绳限位装置相比, 不仅可以通过轮廓识别有效地检测到前进方向上的障碍物，防护效果提升显著，事故发生概率大大降低。

参考文献
[1] 段忠东. 岸边集装箱起重机的现状与未来市场的发展趋势[J]. 起重运输机械,2010 (5):1-3.
[2] 符敦鉴. 岸边集装箱起重机[M]. 武汉: 湖北科学技术出版社,2007.
[3] 孙吉云. 起重机防撞系统的分析与研究[J]. 中国科技信息,2013(20):111，112.
[4] 吴翔, 童巍, 林扬. 岸边集装箱起重机船形扫描系统的设计及应用[J]. 起重运输机械,2014 (8):29-32.
[5] 叶璇. 基于嵌入式的红外探测桥式起重机防撞系统设计[J]. 起重运输机械,2010(2):23-25.

来源：起重运输机械