激光防撞系统在门吊上的应用

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摘 要：通过对激光测距传感器的开发应用及与单片机的结合，可方便的实现门吊之间相对距离的测量，有效控制了在同一线路作业设备相撞事故的发生。具有成本低、性能可靠等优点。

关键词：激光测距传感器 单片机 防撞

中图分类号：TQ520.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0103-02

随着科技技术的不断发展，技术的提高及成本的降低，激光器的使用非常广泛，已深入到我们日常生活、工作的各个领域，如激光碟机、医疗上使用的激光治疗仪，工业上的激光切割焊接工艺，以及激光雷达等在军事领域中应用等等，并在各个领域中发挥着重要作用。在全路倡导以科技保安全的背景下，针对我局装卸系统机械设备特点，尤其是门吊作业中存在的一些问题，我们将激光测量技术成功应用在门吊作业环节中，并取得较好的效果。

门吊在铁路装卸作业中发挥着重要作用，由于其自身结构的特点和作业要求，往往在一条线路上同时有两台或多台门吊同时作业，在作业中往往由于作业人员疏忽，违章作业，使门吊发生碰撞事故，造成人员和设备的伤害，带来严重后果。在加强对职工安全教育和技能培训的同时，也对设备自身的安全性能提出要求，通过调研及技术方面的可行性的研究，我们在同一线路上存在多台门吊上安装防撞装置来确保门吊的作业安全。

1 门吊防撞系统构成

门吊防撞系统是一个开环系统，由传感器、控制器两部分组成。

传感器用激光测距传感器和反光板构成。控制器由单片机组成，包括数值显示、参数设定、报警指示、执行控制四部组成（如图1）。

2 防撞系统由激光测距传感器、控制器、反光板三大部分组成。

2.1 激光测距传感器

20世纪90年代初，随着半导体激光二极管技术的开发，激光的实际应用发生了革命性的变化，半导体激光测量器具有测量精度高，体积小、重量轻、可靠性高、转换效率高、低功耗、驱动电路简单且不易受电磁场干扰等优点开始运用于测量领域。激光测量原理分为3种：一是脉冲法激光测距，测距仪发射出激光经被测量物体反射后由被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半就是测距仪和被测物体之间的距离，脉冲法测距的精度一般在1m，适用于测量距离较远的物体（建筑物，地质等方面）。二是三角法激光测距（又称结构光扫描仪）以半导体激光器作光源，使其产生的光速照射被测物表面，经表面散射（或反射）后，用面阵CCD摄像机接收，光点在CCD像平面上的位置将放映出表面法线方向上的变化，即点结构光测量原理。三是相位法测量距离，它是用无线电波段频率对激光速进行调幅、调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，在根据调制光的波长，换算该相位延迟所代表的距离。相位式激光测距仪一般精密测距。我们采用的是三角法激光测距传感器。

2.2 激光测距传感器选用参数

根据现场实际需要选择测量距离为70m的激光测距传感器其参数如下。

最大测量频率：10 Hz（连续测量时，数据返回时间可以调整，最短100 ms，最长105.000 ms）。

测量方式：连续测量和单次测量。

操作方式：命令操作和自动操作。

激光波长：635 nm（620～690）。

测量精度：正负1 mm。

测量距离：0.05～70 m。

电源电压：6～30 V。

温度范围：-40 ℃～50 ℃。

数字输出接口：RS232/485/422。

模拟输出接口：4～20 Ma。

外形尺寸：133×65×35。

2.3 控制器设计

控制器采用微处理器进行控制，通过读取测距传感器数据，计算出两台门吊的距离后，根据预定参数，控制门吊的走行，从而保证两台门吊在安全距离范围内作业。

设计参数：

信号输入：数字接口RS232通讯方式

显示方式：-9999～9999测量值显示。

分辨率：1字。

输出信号：DC24V6A（阻性负载）。

输入电压：220V+15%（如图2）。

2.4 系统软件设计

系统上电后，首先判断另一台门吊的距离，当大于70 m时，每20 s检测一次距离，当小于70 m时，每5 s检测一次距离，当小于50 m时，进入连续测量方式，当距离小于20 m时系统发出声光提示报警，当小于15 m时执行机构发出执行信号，切断门吊相对方向行驶电路，使门吊只能朝远离方向行驶（如图3）。

3 设备安装

激光测距传感器和反光板分别安装在两台门吊相对的一侧，中间不能有遮挡现象。挡门吊A上的激光传感器向门吊B发射激光束，通过检测门吊B上的放射板反射回的激光束来测量两台门吊的距离参数，通过控制器对数据的分析计算，得到两台门吊的距离参数。控制器根据作业技术要求，预先设定好的预警，执行参数，当测的两台门吊距离达到预定值时，控制器发出预警信号并相应发出执行信号，切断门吊的行走电路，使门吊停止相对运动，从而达到预防同一线路上两台门吊作业时相撞事故的发生。

4 结语

防撞系统基于激光传感器的进步与成本的降低，通过单片机对门吊相对位置的检测与控制，使作业人员受环境和自身条件的影响降到最小，提高门吊作业效率，可有效防止设备相撞事故的发生。

参考文献

[1]孙长库，何明霞，王鹏.光测量技术[M].天津大学出版社.

[2]李相银.激光原理技术及应用[M].哈尔滨工业大学出版社.

[3]杨加国，谢维成，董秀成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].清华大学出版社.

[4]铁路装卸机械检修技术规范[S].铁道部.

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