起重机防撞系统的分析与研究

孙吉云

大连电子学校, 辽宁 大连 116023

1 概述

起重机械作为特种设备的重要组成部分之一，被广泛应用在工业场所。在一些大型的船厂、港口等场所，起重机更是被密集的使用。在许多使用场合，同层多台吊车作业比较普遍，也有上下两层、甚至上下三层吊车作业的场所。这些设备在使用的过程中相互交替作业，而司机往往专注于被吊重物的运行，故起重机之间的安全距离很难得到有效的保证。由于起重机体积质量很大，且以一定的速度在轨道上运行，极易碰撞。如果一旦发生碰撞，后果不堪设想。不但财产会受到巨大的损失，而且会造成重大的人生伤亡事故。在这种情况下，单凭安全尺、行程开关，或者单凭司机目测等传统方式来防止碰撞，已经不能保证安全。因此，在同一轨道上运行的起重机有必要装设防碰撞系统。

为防止起重机发生碰撞事故，曾采用过机械式、超声波和微波等防碰撞装置。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，导致工作很不可靠。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。

2 起重机防撞系统的结构

放射型，由发射器、接收器、控制器和反射板组成。发射器、接收器、控制器安装在同一轨道的一台起重机上，反射板安装在相邻的另一台起重机上。发射器发出检测波，经反射板反射给接收器，经过比较分析，把相应的数据传送给控制器进行计算，然后输出相应的功能。

直射型，检测信号不经过反射板反射的统称为直射型。主要有以下三种：

（1）接收式。这种型式的接收器和控制器安装在防碰主体上，特制的光源或者发射器安装在防碰客体上。当防碰主体运行到规定距离时，就会接收到防碰客体上发出的信号，从而使防碰主体实施规定的防碰功能。

（2）能动反射式。这种型式的发射接收器同时安装在防碰主体和防碰客体上。安装在防碰客体上的称为能动反射器，其结构与安装在防碰主体上的发射接收器有所不同。发射接收器定期发出检测波，能动反射器在规定距离接收到检测波后，立即发回应答信号，发射接收器收到应答信号进行处理后，送控制器对防碰主体实施保护。

（3）互控式。这种型式的构成与能动反射式相同，只是在能动反射器上增加了控制防碰客体的输出回路，在规定距离能同时执行两台吊车的防碰功能。

3 起重机红外防碰撞原理

采用锁相环技术，提高了防碰撞系统的抗干扰性。因为红外线为不可见光线，日光、明火、手电筒及汽车发动机都能发出红外线。为提高系统的抗干扰性，对红外线发射信号进行了特殊的调制处理：用低频振荡方波，高频振荡脉冲信号进行调制，被调制后的脉冲信号，经放大后驱动红外发光二极管，这些被调制后的信号具有很强的特性，能有效的区别其他设备红外线发出的信号干扰， 如图1所示。同时，接收器采用高抗干扰的信号放大器和锁相环放大器。唯有在锁相环的中心频率与接收到的调制信号频率一致时，才能使控制回路的继电器有效的动作，从而使起重机大车停止运行。

图1 经两级调制的红外波形图

防碰撞装置由发射和接收两部分组成，如图2所示。

图2 起重机红外防碰撞系统的硬件组成

接收部分主要有红外线接收器、放大器及译码器组成。接收器将接收到的红外线信号转换为电信号，经放大滤波后，由译码器编译成指令信号，再将指令信号传送给控制器进行处理。

发射部分主要由指令开关、编码器、调制解调器及红外线发射器组成。当控制器处理完接收部分给予的指令信号后，发出对应的编码指令信号，该编码指令信号经调制解调后转变成编码调制信号，用来驱动红外线发射器。

控制器用来处理接收部分输入的指令信号，同时给发射部分提供输出的指令信号，同时驱动起重机控制系统来执行相应的报警和制动信号。

5 起重机红外防碰撞系统的软件实现

为有效防止防碰撞系统的误动作，软件采用了延时方式，有效提高了系统的抗干扰性。软件流程图见图3所示。

在软件的执行过程中，当发现两起重机之间的安全距离小于预警设定值时，系统发出声光报警并同时减速，提醒司机注意。当安全距离继续减小达到系统设定的极限值时，系统通过控制系统推动继电器动作，使大车制动停车。

图3 起重机红外防碰撞系统的软件组成

6 结语

在介绍起重机防碰撞系统结构形式及工作原理的基础上，分析了起重机防碰撞系统的硬件组成及软件的实现方法，为起重机防碰撞系统在现场采用提供了良好的理论基础。

[1]孙承永. 红外防撞装置在起重机保护系统中的应用[J]. 设备管理与维修，2003(10)