童建佳 許 威 張春傑首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司 唐山 0663000
摘要：在實際生產中，冷軋連退作業區入口橋式起重機在沒有采取任何防撞措施的情況下，頻繁上鋼卷時多次與連退作業區入口處的剪捆帶機械手擦邊而過，造成輕微損傷。為了避免更大的損失，需要設計一種或多種該橋式起重機對剪捆帶機械手的防撞方法。文中根據現場實際情況設計了兩種防碰撞方法，一種是橋式起重機限定區域預防性的控制方法，另一種是橋式起重機安全區域急制動的控制方法，這兩種防撞方法對橋式起重機司機分別起到危險提醒和 PLC 速度強制控制的作用。文中所述防撞方法能有效地防止碰撞剪捆帶機械手以及其附近重要裝置的碰撞事故發生, 保證橋式起重機作業附近重要裝置的安全。
關鍵詞：橋式起重機；防撞方法；機械手；預防性；急制動
中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）10-0040-04
0 引言在鋼鐵企業中，橋式起重機作為各生產工序的重要裝置，數量多，工作繁忙，碰撞事故時有發生。冷軋連退作業區是連續產線，入口上鋼卷的橋式起重機連續不停給1 號開卷機和2 號開卷機上鋼卷，而目前在連續開卷的1 號開卷機和2 號開卷機之間安裝了剪捆帶機械手，該機械手價值幾百萬，稍有碰撞，維修費用不菲。為了解決這個問題, 需要一種或多種防撞方法。其中有接觸式防撞, 非接觸式防撞和二維車位座標報警系統等。接觸式防撞裝置都是機械裝置, 安全保障距離短，橋式起重機作業剎車後，夾鉗慣性大，近距離很容易撞到剪捆帶機械手。二維車位座標報警系統的結構簡單, 不要太多額外的硬體裝置，對橋式起重機司機起到提醒作用，但是適合於有人橋式起重機。作為非接觸式防撞裝置,研究的比較多的有紅外鐳射原理、超聲波原理和PLC程式控制等。本文研究並設計了基於PLC 原理的橋式起重機防撞方法, 具有結構簡單，安裝簡便，適應於工業現場的特點，能有效地防止碰撞事故發生，保證橋式起重機作業附近重要裝置的安全。
1 橋式起重機在剪捆帶機械手附近作業1.1 橋式起重機在剪捆帶機械手左側作業連退作業區入口橋式起重機給1 號開卷機上鋼卷以及卸尾卷作業在剪捆帶機械手左側。當橋式起重機把鋼卷吊至1 號開卷機前的鞍座後離開，剪捆帶機械手開始剪碼放好的待上卷帶鋼卷捆帶，鋼卷最外徑距機械手的最近距離大概0.8 m。
如圖1 所示，橋式起重機夾鉗或夾著的鋼卷從機械手左側而來，慣性很大，駕駛室無法精準目測到鋼卷與機械手的距離，易撞到剪捆帶機械手左側，造成碰撞事故。
圖 1 橋式起重機在剪捆帶機械手左側作業圖
1.2 橋式起重機在剪捆帶機械手右側作業連退作業區入口橋式起重機給2 號開卷機上鋼卷以及卸尾卷作業在剪捆帶機械手右側。當橋式起重機把鋼卷吊至2 號開卷機前的鞍座後離開，剪捆帶機械手開始剪碼放好的待上卷的帶鋼卷捆帶，鋼卷最外徑距機械手的最近距離大概0.8 m。
如圖2 所示，橋式起重機夾鉗或夾著鋼卷從機械手右側而來，慣性很大，駕駛室也無法精準目測到鋼卷與機械手的距離，易撞到剪捆帶機械手右側，造成碰撞事故。
1.3 橋式起重機在剪捆帶機械手後面作業連退作業區入口橋式起重機給1 號開卷機或2 號開卷機上鋼卷以及卸尾卷作業，橋式起重機夾鉗夾著鋼卷距機械手後邊的最近距離大概0.6 m。如圖3 所示，橋式起重機夾鉗或夾著鋼卷從機械手後邊而來，慣性很大，駕駛室無法精準目測到鋼卷與機械手的距離，易撞到剪捆帶機械手後面，造成碰撞事故。
圖 2 橋式起重機在剪捆帶機械手右側作業圖
圖3 橋式起重機在剪捆帶機械手後面作業圖
1.4 橋式起重機在剪捆帶機械手上面作業如圖4 所示，橋式起重機給1 號開卷機上鋼卷後給2 號開卷機或卸尾卷或給2 號開卷機上鋼卷後給1 號開卷機或卸尾卷時，為了節省時間和距離，習慣從機械手上面經過，易撞到剪捆帶機械手的手臂，造成碰撞事故，嚴重時需要更換機械手臂，造成很大經濟損失。
圖4 橋式起重機在剪捆帶機械手上面作業圖
2 防撞方案設計由於橋式起重機在生產作業中，不可避免地會經過某些地面裝置安裝區域，夾鉗吊具與地面裝置不可避免地存在交叉作業。在有人或無人操控橋式起重機控制中，安全區域的劃分和預防性控制甚至緊急制動都必不可少。
2.1 橋式起重機限定區域預防性控制方法某些鋼鐵企業中大部分有人操控橋式起重機室內裝有一體式電腦裝置，電腦一體機內裝有定位系統，用於定位鋼坯庫的鋼坯庫位和鋼卷庫的鋼卷庫位，便於橋式起重機司機作業。
如圖5 所示，在有人操控橋式起重機室電腦裡的定位系統中植入限定區域的報警程式，再給電腦配置訊響器（喇叭或音響）。當橋式起重機行駛至剪捆帶機械手外圍2 m 範圍內時，訊響器發出聲音報警，警示駕駛員有危險，提高駕駛員注意力和警惕性，避免碰撞剪捆帶機械手。
圖 5 限定區域報警提醒圖
2.2 橋式起重機安全區域急制動的控制方法
限位報警系統對於無人操控橋式起重機或有人操控橋式起重機的新手司機以及狀態不佳的司機可能不能起到絕對安全的作用。
現代橋式起重機控制系統多由PLC 加變頻器的組合來實現精確控制行走，且安裝格雷母線或鐳射雷達定位系統進行輔助，可應用於有人或無人操控橋式起重機，為此設計了一種安全區域急制動控制方案，將安全區域c劃分為禁行區、緩速區、減速區、自由區等4 個等級。
如圖6 所示，矩形4 外圍為自由區，矩形3 至矩形4 為減速區，矩形3 至矩形2 為緩速區，矩形2 至矩形1 以及矩形1 範圍內為禁行區。當橋式起重機大車或小車在自由區行駛時不受限制，司機正常行駛；當橋式起重機的大車或小車從矩形4 行駛向矩形3，定位系統偵測到安全區域等級的變化，PLC 根據預先制定好的減速策略控制變頻器輸出，將電機轉速降低，使橋式起重機夾鉗移動速度控制在30 m/min；當橋式起重機大車或小車從矩形3 行駛向矩形2，定位系統偵測到安全區域等級的變化，PLC 根據預先制定好的減速策略控制變頻器輸出，將電機轉速再次降低，使橋式起重機夾鉗移動速度控制在15 m/min；當橋式起重機大車或小車從矩形2行駛向矩形1，定位系統偵測到安全區域等級的變化，PLC 根據預先制定好的減速策略控制抱閘停止橋式起重機執行，以達到急制動控制的目的。
1. 剪捆帶機械手範圍 2. 待上鋼卷內圍 3. 待上鋼卷外圍4. 開卷機工作區欄杆範圍 5.2 號開卷機帶上卷 6.1 號開卷機帶上卷 7.1 號開卷機 8.2 號開卷機圖 6 剪捆帶機械手安全區域等級圖
2.3 PLC 系統控制技術如圖7 所示，PLC 系統迴圈掃描橋式起重機大車和小車座標，座標是否在矩形4 範圍之內，如果不在範圍4 則返回繼續掃描；如果在範圍4 則減速，同時繼續掃描是否在矩形3 範圍內。如果不在範圍3 則返回上一等級掃描；如果在範圍3 則緩速，同時繼續掃描是否在矩形2 範圍內。如果不在範圍2 則返回上一等級掃描，如果在範圍2 停止執行。
圖7 PLC 控制系統流程示意圖
3 結論本文根據現場情況設計了兩種防碰撞方法，一種是橋式起重機限定區域預防性的控制方法，當橋式起重機司機駛入限定區域時，橋式起重機室內電腦顯示屏和聲音輸出報警提醒橋式起重機工，有危險小心駕駛。另一種是橋式起重機安全區域急制動的控制方法，採用PLC程式控制，橋式起重機在剪捆帶機械手的不同距離範圍轉變成不同速度，甚至到達機械手附近0.3 m 範圍強制抱閘停車。第一種方法簡單有效，成本低，適合有人操控橋式起重機；第二種方法需要對現有橋式起重機進行改造，增加硬體裝置，適合有人或無人操控橋式起重機，能有效防止碰撞剪捆帶機械手及其附近重要裝置的事故發生，確保橋式起重機作業附近重要裝置安全。
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