CN113213341A - 一种室外起重机区域防撞系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种室外起重机区域防撞系统，包括位置定位装置、数据传输装置、设备场地建模、数据处理装置和报警显示装置，位置定位装置和数据传输装置之间的数据相互传输，数据传输装置和数据处理装置之间的数据相互传输，设备场地建模将数据传输给数据处理装置，数据处理装置和报警显示装置相连；根据现场工况，为各起重设备设置设备间的安全距离，根据该安全距离将保护区域分为预警、减速和停止区域，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全。提高了区域内多台起重设备交叉作业的安全性和生产效率，改变了以往人工监视的作业方法，适用于港口各种复杂工况，提高了生产效率和设备的自主安全。

Description

一种室外起重机区域防撞系统及其方法

技术领域

本发明涉及起重设备领域，具体是一种室外起重机区域防撞的方法。

背景技术

随着中国船舶行业的发展，各类起重设备在船舶修造企业中应用越来越多，同一工作区域内，往往存在多台不同类型的起重设备同时进行作业，各起重设备间的空间位置较为复杂，各起重设备间交叉作业的可靠性和安全性要求也日益增加。传统的起重设备防撞系统往往仅针对单台起重设备，或针对两台起重设备间的防撞，缺乏对整个工作区域内多台不同类型的起重设备间的整体防碰撞保护，依靠驾驶员和地面指挥的观察无法可靠保证起重设备间不发生碰撞，稍有不慎，交叉作业的起重设备间很容易发生碰撞事故，威胁安全生产。

目前，室外区域内多台起重设备间的防碰撞主要依靠驾驶员、地面人员的观察和安装在设备上的监控摄像头来实现，完全依靠人员，要求人员时刻保持高度专注，且人员对起重设备交叉作业时空间位置的判断也不够精确，极易发生安全事故。

虽然在已经公开的文件一种起重机防撞方法中。该防撞方法包括如下步骤：数据采集器实时采集相邻的两个起重机的运动状态参数；PLC控制器获取数据采集器所采集的运动状态参数并将运动状态参数发送至工控机；工控机接收运动状态参数并获取吊装物的模式参数，并且根据运动状态参数和模式参数进行仿真得出该相邻的两个起重机的臂架之间的相对区域；工控机判断相对区域是否为执行区域，若相对区域为执行区域，则工控机向PLC控制器发送执行指令；PLC控制器接收执行指令并控制两个臂架执行与该执行指令相应的操作，虽然这个文件中是对起重机进行的一个防撞，但是在这个文件中，只是通过数据的输入而得到的臂架间的一个距离，只能对臂架之间的安全距离之外的距离作出防撞的动作，但是起重机本身是包含多个部分的，需要对整体都进行一个防撞准备方案，来防止撞击的现象的发生。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种室外起重机区域防撞的方法，它采用起重设备各机构的绝对值编码器、RFID定位块、GPS定位装置对起重机的位置和姿态进行精确定位，根据现场布置和各机外形尺寸在防撞系统工控机中进行设备和场地的建模，在防撞系统工控机中进行现场工况的实时仿真，实现多台起重机的区域防撞，适用于工作区域内有多台不同类型起重设备交叉作业的复杂工况，提高了生产效率和作业安全。

本发明的技术方案为：一种室外起重机区域防撞系统，包括位置定位装置、数据传输装置、设备场地建模、数据处理装置和报警显示装置，位置定位装置和数据传输装置之间的数据相互传输，数据传输装置和数据处理装置之间的数据相互传输，设备场地建模将数据传输给数据处理装置，数据处理装置和报警显示装置相连；

位置定位装置包括各起重机的绝对值编码器、RFID定位块、GPS定位装置和各起重机PLC，位置定位装置用于获取起重机位置和姿态信息；

数据传输装置包括无线AP和数传电台，用于建立防撞系统各设备间的网络连接；

设备场地建模用于根据现场布置和各机外形尺寸在防撞系统工控机中进行设备和场地的建模；

数据处理装置通过防撞系统工控机根据各起重机位置和姿态信息结合设备和场地模型，用于进行数据处理输出报警和减速停止信息；

报警显示装置包括中控室的显示屏和各机的触摸屏及蜂鸣器，用于进行显示和报警。

进一步地，位置定位装置的绝对值编码器设置在龙门吊的大车机构、小车机构和起升机构及门座机的大车机构、变幅机构、旋转机构和起升机构上；

绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置的起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息；

RFID定位块包括设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，起重机大车在移动的过程中，RFID读写器读取RFID标签信息，获取当前起重机大车的绝对位置；

GPS定位装置采用差分GPS定位，包括设置在各起重机上的GPS分站和地面基站，GPS分站包括安装在龙门吊主梁的GPS模块和设置在门座机机房上端和臂架顶端的GPS模块，地面基站设置在中控室楼顶，GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，综合确定起重机的位置和姿态。

进一步地，无线AP和数传电台的天线位于龙门吊主梁、门座机臂架顶端和中控室楼顶，两者共同组成防碰撞系统的局域网，互为备用。

进一步地，设备场地建模根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地的建模，为防碰撞系统建立基础数据，同时使用手持GPS定位装置，获取现场场地和各设备的关键点的GPS坐标，对所建立的模型进行位置校正。

进一步地，数据处理装置通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全。

进一步地，报警显示装置的中控室的显示屏根据防撞系统工控机模拟出的现场各设备运行的实时工况，显示屏显示出包括现场场地、各起重设备位置和运行工况的仿真图，及发生碰撞设备时的预警、减速、停止信息。

一种室外起重机区域防撞方法，包括下列步骤：

1）根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地进行设备场地建模，通过绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置和起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息，通过设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，读取RFID标签信息来获取当前起重机大车的绝对位置，通过GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，相互校验综合确定起重机的位置和姿态，并通过数据传输装置发送给数据处理装置；

2）数据处理装置通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全，根据现场工况，为各起重设备设置设备间的安全距离，根据该安全距离将保护区域分为预警、减速和停止区域；

a：当起重设备位于预警区域时，防撞系统工控机发出预警信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行预警及显示设备碰撞信息，不参与起重设备的运行控制；

b：当起重设备位于减速区域时，防撞系统工控机发出减速信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备向接近碰撞的方向相应机构做减速控制，向远离碰撞的方向运行不受影响；

c：当起重设备位于停止区域时，防撞系统工控机发出停止信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备相应机构停止运行，向远离碰撞的方向运行不受影响。

本发明的有益之处：提高了区域内多台起重设备交叉作业的安全性和生产效率，改变了以往人工监视的作业方法，适用于港口各种复杂工况，提高了生产效率和设备的自主安全，并且本申请对起重机的所有可能会发生碰撞的部件都能进行了防撞建模和仿真，有效提高起重机的防撞性能。

附图说明

图1为本发明的流程图；

其中：1、位置定位装置，2、数据传输装置，3、设备场地建模，4、数据处理装置，5、报警显示装置。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

如图1所示，一种室外起重机区域防撞系统，包括位置定位装置1、数据传输装置2、设备场地建模3、数据处理装置4和报警显示装置5，位置定位装置1和数据传输装置2之间的数据相互传输，起重设备位于预警、减速、停止区域时，防撞系统工控机发出对应的预警、减速、停止控制信号，通过数据传输装置2发送给位置定位装置1的相应起重机PLC进行对应的预警、减速、停止控制，数据传输装置2和数据处理装置4之间的数据相互传输，位置定位装置PLC获取到的起重机的位置和姿态信息通过数据传输装置发送给数据处理装置，设备场地建模3将数据传输给数据处理装置4，数据处理装置4和报警显示装置5相连；位置定位装置1的起重机PLC获取到防撞系统工控机发出的预警、减速、停止控制信号后，各起重机PLC控制对应机构的动作，防止起重设备发生碰撞。报警显示装置5各机的触摸屏及蜂鸣器根据各起重机PLC预警、减速、停止控制信号进行报警及显示设备碰撞信息。

位置定位装置1包括各起重机的绝对值编码器、RFID定位块、GPS定位装置和各起重机PLC，位置定位装置用于获取起重机位置和姿态信息；

数据传输装置2包括无线AP和数传电台，用于建立防撞系统各设备间的网络连接，无线AP和数传电台的天线位于龙门吊主梁、门座机臂架顶端和中控室楼顶，两者共同组成防碰撞系统的局域网，互为备用，当现有通讯信号不稳定时自动切换至另一套通讯方案，保持防碰撞系统通讯网络的稳定；

设备场地建模3用于根据现场布置和各机外形尺寸在防撞系统工控机中进行设备和场地的建模；

数据处理装置4通过防撞系统工控机根据各起重机位置和姿态信息结合设备和场地模型，用于进行数据处理输出报警和减速停止信息；

报警显示装置5包括中控室的显示屏和各机的触摸屏及蜂鸣器，用于进行显示和报警。

位置定位装置1的绝对值编码器设置在龙门吊的大车机构、小车机构和起升机构及门座机的大车机构、变幅机构、旋转机构和起升机构上；

绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置的起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息；

RFID定位块包括设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，起重机大车在移动的过程中，RFID读写器读取RFID标签信息，获取当前起重机大车的绝对位置；

GPS定位装置采用差分GPS定位，包括设置在各起重机上的GPS分站和地面基站，GPS分站包括安装在龙门吊主梁的GPS模块和设置在门座机机房上端和臂架顶端的GPS模块，地面基站设置在中控室楼顶，GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，综合确定起重机的位置和姿态。

无线AP和数传电台的天线位于龙门吊主梁、门座机臂架顶端和中控室楼顶，两者共同组成防碰撞系统的局域网，互为备用。

设备场地建模3根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地的建模，为防碰撞系统建立基础数据，同时使用手持GPS定位装置，获取现场场地和各设备的关键点的GPS坐标，对所建立的模型进行位置校正。

数据处理装置4通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全。

报警显示装置5的中控室的显示屏根据防撞系统工控机模拟出的现场各设备运行的实时工况，显示屏显示出包括现场场地、各起重设备位置和运行工况的仿真图，及发生碰撞设备时的预警、减速、停止信息。

一种室外起重机区域防撞方法，包括下列步骤：

1）根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地，进行设备场地建模3，通过绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置和起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息，通过设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，读取RFID标签信息来获取当前起重机大车的绝对位置，通过GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，相互校验综合确定起重机的位置和姿态，并通过数据传输装置2发送给数据处理装置4；

2）数据处理装置4通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模3，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全，根据现场工况，为各起重设备设置设备间的安全距离，根据该安全距离将保护区域分为预警、减速和停止区域；

a：当起重设备位于预警区域时，防撞系统工控机发出预警信号，通过数据传输装置2发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行预警及显示设备碰撞信息，不参与起重设备的运行控制；

b：当起重设备位于减速区域时，防撞系统工控机发出减速信号，通过数据传输装置2发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置5的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备向接近碰撞的方向相应机构做减速控制，向远离碰撞的方向运行不受影响；

c：当起重设备位于停止区域时，防撞系统工控机发出停止信号，通过数据传输装置2发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置5的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备相应机构停止运行，向远离碰撞的方向运行不受影响。

Claims (7)

1.一种室外起重机区域防撞系统，包括位置定位装置、数据传输装置、设备场地建模、数据处理装置和报警显示装置，其特征在于：所述位置定位装置和数据传输装置之间的数据相互传输，所述数据传输装置和数据处理装置之间的数据相互传输，所述设备场地建模将数据传输给数据处理装置，所述数据处理装置和报警显示装置相连；

位置定位装置包括各起重机的绝对值编码器、RFID定位块、GPS定位装置和各起重机PLC，位置定位装置用于获取起重机位置和姿态信息；

数据传输装置包括无线AP和数传电台，用于建立防撞系统各设备间的网络连接；

设备场地建模用于根据现场布置和各机外形尺寸在防撞系统工控机中进行设备和场地的建模；

数据处理装置通过防撞系统工控机根据各起重机位置和姿态信息结合设备和场地模型，用于进行数据处理输出报警和减速停止信息；

报警显示装置包括中控室的显示屏和各机的触摸屏及蜂鸣器，用于进行显示和报警。

2.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞系统，其特征在于：所述位置定位装置的绝对值编码器设置在龙门吊的大车机构、小车机构和起升机构及门座机的大车机构、变幅机构、旋转机构和起升机构上；

绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置的起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息；

RFID定位块包括设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，起重机大车在移动的过程中，RFID读写器读取RFID标签信息，获取当前起重机大车的绝对位置；

GPS定位装置采用差分GPS定位，包括设置在各起重机上的GPS分站和地面基站，所述GPS分站包括安装在龙门吊主梁的GPS模块和设置在门座机机房上端和臂架顶端的GPS模块，所述地面基站设置在中控室楼顶，GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，综合确定起重机的位置和姿态。

3.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞系统，其特征在于：所述无线AP和数传电台的天线位于龙门吊主梁、门座机臂架顶端和中控室楼顶，两者共同组成防碰撞系统的局域网，互为备用。

4.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞系统，其特征在于：所述设备场地建模根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地的建模，为防碰撞系统建立基础数据，同时使用手持GPS定位装置，获取现场场地和各设备的关键点的GPS坐标，对所建立的模型进行位置校正。

5.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞系统，其特征在于：所述数据处理装置通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全。

6.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞系统，其特征在于：所述报警显示装置的中控室的显示屏根据防撞系统工控机模拟出的现场各设备运行的实时工况，显示屏显示出包括现场场地、各起重设备位置和运行工况的仿真图，及发生碰撞设备时的预警、减速、停止信息。

7.根据权利要求1所述的一种室外起重机区域防撞方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）根据现场场地的设备布置图和每台设备的外形轮廓及机构尺寸，通过防撞系统工控机进行设备和现场场地进行设备场地建模，通过绝对值编码器获取龙门吊大车和小车位置和起升高度，门座机大车位置、旋转角度、变幅幅度和起升高度信息，通过设置在起重机大车机构上的RFID读写器和预埋在大车轨道上的RFID标签，读取RFID标签信息来获取当前起重机大车的绝对位置，通过GPS定位装置获取起重设备的位置信息，各起重机PLC获取绝对值编码器值、RFID射频模块数据和GPS定位信息，相互校验综合确定起重机的位置和姿态，并通过数据传输装置发送给数据处理装置；

2）数据处理装置通过防撞系统工控机根据各设备位置、姿态实时信息及设备、设备场地建模，模拟出现场各设备运行的实时工况，通过数据比对运算，确保设备之间的位置保持在合理的防碰撞范围内，保障设备的安全，根据现场工况，为各起重设备设置设备间的安全距离，根据该安全距离将保护区域分为预警、减速和停止区域；

a：当起重设备位于预警区域时，防撞系统工控机发出预警信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行预警及显示设备碰撞信息，不参与起重设备的运行控制；

b：当起重设备位于减速区域时，防撞系统工控机发出减速信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备向接近碰撞的方向相应机构做减速控制，向远离碰撞的方向运行不受影响；

c：当起重设备位于停止区域时，防撞系统工控机发出停止信号，通过数据传输装置发送给对应起重设备PLC，PLC控制报警显示装置的触摸屏及蜂鸣器进行报警及显示设备碰撞信息，对应起重设备相应机构停止运行，向远离碰撞的方向运行不受影响。

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