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超聲波卸船機防碰撞系統(tǒng)在湛江發(fā)電廠的成功應(yīng)用
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、引言

   廣東湛江發(fā)電廠卸船碼頭共有3臺卸船機,其中1號、2號為橋式抓斗卸船機,放置在碼頭兩邊;3號為連續(xù)鏈?zhǔn)叫洞瑱C,放置在1號機和2號機中間。(如圖1

      圖1:卸船機的布置圖及遠(yuǎn)景圖圖1:卸船機的布置圖及遠(yuǎn)景圖

圖1:卸船機的布置圖及遠(yuǎn)景圖

 

    平時作業(yè)時,3臺卸船機存在相互碰撞的情況,造成了機器鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形、損壞,給公司的日常生產(chǎn)帶來的很大的麻煩,也造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。公司希望能夠找到一種可靠、準(zhǔn)確、安全的方法來避免碰撞事故的發(fā)生,以提高生產(chǎn)效率,減少責(zé)任事故。
、方案的設(shè)計

    為了使3臺卸船機更好地協(xié)作工作,根據(jù)現(xiàn)場情況分析,需要解決三個防撞點:

#3連續(xù)式鏈斗卸船機變幅機構(gòu)配重塊;

#1、#2、#3卸船機大車行走機構(gòu)兩側(cè)支架;

#3連續(xù)式鏈斗卸船機的提升機和取料頭。

    A、針對第一個碰撞點,擬定在#3連續(xù)式鏈斗卸船機變幅機構(gòu)配重塊的兩端各裝兩個檢測傳感器,用于檢測#1#2、#3卸船機相互之間距離,當(dāng)兩機距離小于5米時,有報警,如兩機距離小于3米時,將由#3連續(xù)式鏈斗卸船機發(fā)出停止大車行走信號,分別停止#3連續(xù)式鏈斗卸船機和與之靠近#1#2橋式抓斗卸船機及#3連續(xù)式鏈斗卸船機相對應(yīng)的回轉(zhuǎn)操作,杜絕#3連續(xù)式鏈斗卸船機尾部與#1#2橋式抓斗卸船機相碰(如圖1)。

    B、針對第二個碰撞點,建議在#1、#2、#3卸船機大車行走機構(gòu)兩側(cè)加裝各一套檢測裝置,防止兩側(cè)支架相撞的同時,測量#1、#2、#3卸船機的距離S1,輸出值S1#3卸船機在回轉(zhuǎn)過程尾部變動值相比較S2=SINɑ*D,當(dāng)比較后的相對值小于5米時報警,小于3米時,閉鎖相對應(yīng)的操作,此種方式作為第一點措施的補充,消除監(jiān)控上的盲點。

C、對于第三個碰撞點,出于如下兩點考慮,不再加裝傳感器。

#1#2卸船機大車行走和#3連續(xù)式鏈斗卸船機的提升機(或取料頭)都可以在司機操作視線范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控;

#3連續(xù)式鏈斗卸船機作業(yè)時,船艙及桅桿會引起傳感器頻繁的誤動,導(dǎo)致無法工作。

此設(shè)計方案中,防碰撞系統(tǒng)全部采用繼電器開關(guān)信號,相對于其他模擬量(4~20mA)或數(shù)字通訊而言,開關(guān)信號可以更加準(zhǔn)確快速地傳送信號,具有簡單、可靠、抗強磁場干擾能力強的優(yōu)點。

、解決方案

    經(jīng)過反復(fù)比較和調(diào)查了解,從安全可靠性、穩(wěn)定性、可行性等各方面考慮,最終湛江發(fā)電廠決定采用SIEMENS公司的CraneRanger系統(tǒng)來實現(xiàn)卸船機防碰撞系統(tǒng)。據(jù)介紹CraneRanger防撞系統(tǒng)在港機行業(yè)應(yīng)用非常廣泛,像國內(nèi)的振華港機、Noell起重機等單位都大量使用了該系統(tǒng)。  

CraneRanger是西門子公司專門為大型港機設(shè)備防撞而設(shè)計的采用超聲波物位物位測量技術(shù)的解決方案。據(jù)介紹在很多港口機械設(shè)備被大量使用,比如:RTGRMG、OHBC等。CraneRanger可以同時帶兩個超聲波換能器進(jìn)行工作,使卸船機的左右兩個方向都能得到防碰撞保護(hù)。

CraneRanger是基于超聲波回波測距的原理。它采用氣介導(dǎo)聲的方式,即利用在空氣中傳播的超聲脈沖在被測物體(其他港機設(shè)備表面)上被反射,并接收其回波,超聲脈沖來回傳播的時間與聲脈沖傳播距離成正比,測出聲脈沖行程時間,就可據(jù)之算出超聲波換能器和其他港機設(shè)備的距離。

       圖2:安裝在卸船機上的CraneRange變送器

             圖2:安裝在卸船機上的CraneRange變送器

       L= Δt

            式中:C  超聲波在空氣中傳播速度

Δt 超聲脈沖來回傳播時間

L  被測卸船機之前的距離

超聲波在空氣中傳播速度C與超聲頻率及大氣壓力無關(guān),但隨空氣溫度而變,可以近似表示如下:

C=C0+0.6T=(331.6+0.6T)m/sec

            式中:T  空氣溫度

C0 0時空氣中聲速,為331.6 m/sec

    因此,在超聲波換能器中內(nèi)置了熱敏電阻,用于檢測空氣溫度,然后在計算時修正聲速值,使CraneRanger的測量精度更高,而且可以很好地適應(yīng)不同的環(huán)境。

不同于普通的超聲波物位計,Siemens公司針對港機行業(yè)的防撞應(yīng)用為CranRange設(shè)計了很多特殊的功能。

1、 采用了先進(jìn)的聲智能®回波處理軟件

這一技術(shù)可以使CraneRanger能夠識別各種虛假回波。比如:

隨機發(fā)生的干擾回波。如果有人在超聲波換能器邊上走過,CraneRanger因為采用一些先進(jìn)地回波處理算法(比如:窗口鎖定處理技術(shù)、回波統(tǒng)計算法、窄波過濾器、回波整形技術(shù)等),智能化消除這種干擾回波的影響,使CraneRanger具備更高的可靠性。

電磁噪聲產(chǎn)生的干擾回波。港機設(shè)備的應(yīng)用不同于普通的工業(yè)應(yīng)用,這些設(shè)備會產(chǎn)生很強的電磁場,有時候通過的工作電流高達(dá)幾百個安培。所產(chǎn)生的強磁場會大大增加超聲波變送器的電磁噪聲,往往會使正常的回波信號“淹沒”在噪聲中,而無法正常識別障礙物的回波信號而產(chǎn)生誤動作或不動作,達(dá)不到防撞的目的。CraneRanger的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計大大降低了由于電磁場產(chǎn)生的噪聲,同時應(yīng)用多種TVT(回波抑制曲線)技術(shù)(一般在防撞應(yīng)用采用“自動斜坡”—Slopes TVT曲線)抑制了噪聲的強度,使有效信號被識別出來。

 

2、 識別港機設(shè)備左右兩個不同方向

這一功能能夠使CraneRanger更好地實現(xiàn)某方向上的制動(減速和停止);而不會因為一個方向上的目標(biāo)物進(jìn)入防撞保護(hù)距離,而全部鎖死。比如:如果卸船機往左行駛時,左邊的換能器開始工作,如果感測到保護(hù)距離內(nèi)有障礙物,則通過繼電器信號實現(xiàn)減速或停車控制;進(jìn)入停車狀態(tài)后,卸船機在左方向鎖死,除非障礙物移出保護(hù)距離,但是卸船機可以做反方向運動(即右方向)。

 

3、極快速的距離檢測模式

港機設(shè)備的移動速度不同于普通的物位的變化速度。一般的過程工業(yè)的物位變化速度不會很快,一般在1m~10m/分鐘之間;而卸船機、RTG等很多設(shè)備的移動速度可以達(dá)到100~120m/分鐘,因此對防撞系統(tǒng)提出更高的要求。采用特殊的設(shè)計技術(shù)的CraneRanger可以完成最高速度達(dá)17m/s的移動速度的距離檢測,而且準(zhǔn)確度和可靠性也能得到很好地保證。

 

4、高技術(shù)含量的Echomax系列超聲波換能器

    CraneRanger配套的是專用的Echomax系列中的XLT-60換能器。該型號的換能器不同于常見的活塞式超聲波換能器,它采用了市場上很少見的采用曲線式振蕩器的全鋁金屬制換能器。如圖。

              圖3:曲線振蕩式換能器結(jié)構(gòu)圖

 
3:曲線振蕩式換能器結(jié)構(gòu)圖
1、石英晶體2、平板膜片3、膜片震蕩
4、隔柵5、隔柵前的聲音壓力

它具有以下有點:

§         波束角小。小至5º,可以最大程度地避開周圍的干擾物;

§         全鋁制的結(jié)構(gòu)比普通塑料的換能器更堅固耐用;

§         采用了較同類(同量稱)超聲波換能其中更高的發(fā)射頻率(13KHz),可以較好地克服環(huán)境噪聲的干擾,并且得到較高的測量精度(0.25%);

§         內(nèi)置溫度傳感器,可用于最高至150ºC的溫度環(huán)境中,完全可以適應(yīng)任何自然環(huán)境;

§         具有表面自清潔功能,基本面維護(hù)。即使在粉塵較大的現(xiàn)場或下雨天也不會影響它的正常工作;

§         設(shè)計有效測量距離為60m;

§         兩線制連接方式,可以采用抗干擾能力較強的同軸電纜(RG62-A/U)作為連接線,有效屏蔽電磁干擾的影響,而且可以實現(xiàn)最長365m的連線距離;

§         較小的安裝尺寸使安裝更加方便;

 

    公司先期采購了2CraneRanger,4XLT-60超聲波換能器來實現(xiàn)為碼頭3臺卸船機的防碰撞系統(tǒng)地解決方案。 

四、安裝與注意事項

CraneRanger的四個超聲波換能器的安裝位置示意圖(如圖4)。

每臺CraneRanger分別配2XLT-60換能器,向左右兩個方向的實現(xiàn)防碰撞功能。

    圖4:超聲波換能器在卸船機大車安裝位置示意圖

4:超聲波換能器在卸船機大車安裝位置示意圖

 

安裝時的注意事項:

1、  安裝位置應(yīng)盡可能選擇較高的位置,以避開周圍的堆起的雜物的影響。

2、  換能器表面一般與地面呈垂直,使發(fā)射的超聲脈沖波能夠盡可能垂直地射向需要防撞的目標(biāo)物表面,而選擇的目標(biāo)物表面應(yīng)盡可能平整。

3、    兩臺CraneRanger安裝在同一臺大車上,并且所配套超聲波換能器工作在同一個方向和區(qū)域內(nèi),開啟同步功能,即將連接線端的同步端子連通,以防止換能器之間的信號相互干擾。

4、     雖然XLT-60也可以采用雙絞屏蔽線來連接,但應(yīng)盡可采用同軸電纜已獲得最好的抗干擾能力;換能器的連接電纜應(yīng)當(dāng)通過金屬導(dǎo)管連接到CraneRanger。

5、   安裝換能器不能用力過大,一般用手的力量來安裝即可,不需要用扳手安裝地過緊。否則會導(dǎo)致?lián)Q能器表面張力過大而改變換能器的工作特性,產(chǎn)生的現(xiàn)象是:“盲區(qū)擴大,在近距離產(chǎn)生誤報警信號。

 

圖5:安裝在現(xiàn)場的XLT-60

           圖5:安裝在現(xiàn)場的XLT-60

五、使用效果

安裝完成以后通過專用的工具軟件SuperSonex進(jìn)行連續(xù)跟蹤期回波圖形(如圖6),在卸船機的整個測試過程中,回波信號始終非常強烈而這可靠。

20047月安裝使用該系統(tǒng)以后,卸船之間碰撞事故沒有再發(fā)生。該系統(tǒng)的工作狀態(tài)良好,基本上沒有出現(xiàn)任何誤動作,完全滿足可靠安全的要求。而且,在經(jīng)歷一年四季的氣溫的變化以及刮風(fēng)下雨等自然環(huán)境的考驗,這套系統(tǒng)的性能始終如一,真正實現(xiàn)了免維護(hù)。

 

圖6:可靠的回波信號

6:可靠的回波信號

 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄
供應(yīng)信息

公司名稱: 西門子(中國)有限公司
聯(lián) 系 人: 技術(shù)支持
電  話: 010-64731919
傳  真: 010-64731096
地  址: 北京市朝陽區(qū)望京中環(huán)南路7號 郵政信箱: 8543
郵  編: 100102
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