激光限位在起重机上的应用

陈 宇 姚学良
上海振华重工( 集团) 有限公司 上海 200125

摘 要：在岸边集装箱起重机作业阶段，为防止起重机前大梁与船舶结构碰撞，使用激光限位扫射大范围的检测区域，可以更好地起到安全保护作用。文中以前大梁Sick 激光防撞作为切入点，简述其限位的功能及工作原理，具体介绍SICK Advanced Object Detection System 在调试过程中的设定及逻辑概述

关键词：岸边集装箱起重机; 防撞限位; 激光限位

中图分类号:U653.921 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2018)-07-0142-02

0 引言
在岸边集装箱起重机( 以下简称岸桥) 作业阶段，为防止起重机大车移动过程中出现与船舶结构碰撞，一般都会在前大梁设置大梁防撞限位。该限位连接前大梁两侧的钢丝绳，一旦钢丝绳与船舶结构发生碰撞，带动机械限位动作并发送信号至主PLC， 触发主程序内的联锁保护功能。但在实际运行过程中，由于钢丝绳与前大梁主结构之间的距离一般为1.5 ～ 2 m 之间，检测距离非常短，因此只有采取紧停，才能在有效范围内停止。但是, 该种类型紧停对设备的钢结构产生一定损伤。并且室外的机械限位需要人工维护，以确保限位长期处于可靠工作状态。

针对以上机械防撞限位带来的不可靠性，采用激光限位作为有效补充安装与前大梁两侧，用于弥补机械限位带来的检测距离短、经常需要维护等缺点。普通激光限位虽然可以弥补以上问题，但在实际生产过程中，一旦激光限位发生问题，工程技术人员无法准确判断具体的问题是来自于激光限位本身或是受到外在环境影响。因此，引进采用带有自检功能的Sick 激光防撞限位，其可靠性更好。应用于起重机的型号为AOS501（见图1），该型号包含有LMS511 激光扫描器及Flexi 软件控制器。LMS511 激光扫描器安装于前大梁的两侧，用于检测前大梁两侧的障碍物，Flexi 软件控制器安装于电气房，用于接受激光扫描器信号。该型号传感器激光检测距离
为80 m，检测角度为190° , 并有如下优点：
1) 通过LMS511 与Flexi 软件控制器之间的信号传输，确保激光传感器处于可靠工作状态，避免失效情况下导致的碰撞。

2)LMS511 具有检测距离长的特点，其检测距离为80 m，并且可以设置三段检测区域，分别为正常区域、报警区域及报错区域，主程序可以针对不同工况给与不同的速度限制，避免紧停的情况出现。基于激光传感器的自检测功能，有免维护的优点，不需要定时对传感器进行检查，只有自检无法通过的情况下，才需要工程师上机对传感器进行检测。

图1 AOS501 激光防撞限位

1 SICK AOS501 工作原理
LMS511 通过发出激光，扫描周围环境并记录激光遇到检测物体后返回的时间差，角度差及强度等信息，用于确定检测物体的位置，同时将相关获取的信息反馈至Flexi 软件控制器。

Flexi 软件控制器获取LMS511 的信号后，经控制器内的逻辑，输出信号至主PLC，用于主程序联锁保护控制。

为提高系统稳定性，AOS511 系统需要完成自检测功能，因此，需要系统不间断地检测环境中的某一固定物体，一般将岸桥的1 号及2 号立柱作为固定检测物体的参照物。

2 LMS511 调试设定概述
由于LMS511 激光传感器为加强型型号，有3 根输出信号线及1 根输入信号线。系统通过输出信号的脉冲变化辨别系统的工作状态。

为完成激光限位的调试工作，首先需划定stop、test 及warning 的检测区域（仅适用于岸边集装箱起重机前大梁检测）。Warning 检测区域设定见图2，Stop检测区域设定见图3，Test 检测区域设定见图4。

图2 Warning 检测区域设定图

图3 Stop 检测区域设定图

图4 Test 检测区域设定图

区域设定是基于故障的优先级设定的，一般先触发warning 信号触发stop 信号，因此，其warning 检测区域大于stop 的检测区域。设定检测区域后，需设定不同区域内的信号脉冲。
在调试过程中，设定stop、test、warning 的脉冲信号，具体工况描如下：

状态一： 当out1 输出高电平，out2 输出低电平，即表明stop 区域内工作正常，无故障。
状态二：当out1 输出低电平，out2 输出高电平，即表明test 区域内工作正常，无故障。
状态一与状态二随时间变化相互切换。

3 Flexi Soft Designer 编程逻辑概述
为完成AOS511 调试工作， 其中难点在于配置Flexi 控制器，并完成Flexi CPU0 的编程工作。

本项目中使用了1 个CUP0 模块及2 个I/0 模块。CPU0 经自身内在逻辑，处理及分析信号，经处理后的信号再传输至主PLC。I/0 模块接受来自LMS511 的信号，并将信号传输至CPU0，经CPU0 运算，将信号经由I/0模块，传输至主PLC。

在普通工程应用中， 一个I/0 模块可携带2 个LMS511 激光传感器，使用2 个I/0 模块主要考虑因素在于每个I/0 模块的输出接口只有4 个，无法满足更为复杂的工况，为此使用2 个I/0 模块，这样，可以设置8 个输出接口，用以达到更高的安全及维修标准。为提高激光限位的安全性及稳定性，从编程的角度可从3 个方面展开：

1）需对LMS511 的out1 及out2 两脉冲信号进行不间断对比检测，用于确定LMS511 是否正常工作。

2）需对LMS511 的out1 及out2 两脉冲信号进行不间断对比检测，同时对比test 信号，用于确定是否有障碍物进入Stop 检测区域。

3）需对LMS511 的out3 信号进行不间断检测，用以确定是否有障碍物进入warning 检测区域。

4 总结
概述了Sick 激光限位在调试过程中的软件设定及逻辑编写方向，以供工程技术人员在调试相关产品时借签。