本文選自《起重運輸機械》雜誌，未經許可，不得轉載

作者：陳 宇姚學良

摘 要：在岸邊集裝箱起重機作業階段，為防止起重機前大梁與船舶結構碰撞，使用激光限位掃射大範圍的檢測區域，可以更好地起到安全保護作用。文中以前大梁 Sick 激光防撞作為切入點，簡述其限位的功能及工作原理，具體介紹 SICK Advanced Object Detection System 在調試過程中的設定及邏輯概述

Abstract: To prevent boom colliding with ships during the operation of quayside container crane, large-scale detection areas are scanned with laser limit to ensure safety. The paper starts with anti-collision of boom by using SICK laser terrain avoidance sensor and briefly describes its limiting functions and working principle. The paper further introduces the setting and logic of SICK Advanced Object Detection System during debugging in detail.

關鍵詞：岸邊集裝箱起重機 ; 防撞限位 ; 激光限位

Keywords: quayside container crane; anti-collision limit; laser limit

0引言

在岸邊集裝箱起重機 ( 以下簡稱岸橋 ) 作業階段， 為防止起重機大車移動過程中出現與船舶結構碰撞，一般都會在前大梁設置大梁防撞限位。該限位連接前大梁兩側的鋼絲繩，一旦鋼絲繩與船舶結構發生碰撞，帶動機械限位動作並發送信號至主 PLC， 觸發主程序內的聯鎖保護功能。但在實際運行過程中，由於鋼絲繩與前大梁主結構之間的距離一般為 1.5 ～ 2 m 之間，檢測距離非常短，因此只有採取緊停，才能在有效範圍內停止。但是 , 該種類型緊停對設備的鋼結構產生一定損傷。並且室外的機械限位需要人工維護，以確保限位長期處於可靠工作狀態。

針對以上機械防撞限位帶來的不可靠性，採用激光限位作為有效補充安裝與前大梁兩側，用於彌補機械限位帶來的檢測距離短、經常需要維護等缺點。普通激光限位雖然可以彌補以上問題，但在實際生產過程中，一旦激光限位發生問題，工程技術人員無法準確判斷具體的問題是來自於激光限位本身或是受到外在環境影響。因此，引進採用帶有自檢功能的 Sick 激光防撞限位， 其可靠性更好。應用於起重機的型號為AOS501（見圖1），該型號包含有LMS511 激光掃描器及Flexi 軟體控制器。

LMS511 激光掃描器安裝於前大梁的兩側，用於檢測前大梁兩側的障礙物，Flexi 軟體控制器安裝於電氣房， 用於接受激光掃描器信號。該型號感測器激光檢測距離為 80 m，檢測角度為 190° , 並有如下優點：

1) 通過 LMS511 與 Flexi 軟體控制器之間的信號傳輸，確保激光感測器處於可靠工作狀態，避免失效情況下導致的碰撞。

2) LMS511 具有檢測距離長的特點，其檢測距離為80 m，並且可以設置三段檢測區域，分別為正常區域、報警區域及報錯區域，主程序可以針對不同工況給與不同的速度限制，避免緊停的情況出現。

基於激光感測器的自檢測功能，有免維護的優點， 不需要定時對感測器進行檢查，只有自檢無法通過的情況下，才需要工程師上機對感測器進行檢測。

1 SICK AOS501 工作原理

LMS511 通過發出激光，掃描周圍環境並記錄激光遇到檢測物體後返回的時間差，角度差及強度等信息， 用於確定檢測物體的位置，同時將相關獲取的信息反饋至 Flexi 軟體控制器。

Flexi 軟體控制器獲取 LMS511 的信號後，經控制器內的邏輯，輸出信號至主 PLC，用於主程序聯鎖保護控制。

為提高系統穩定性，AOS511 系統需要完成自檢測功能，因此，需要系統不間斷地檢測環境中的某一固定物體，一般將岸橋的 1 號及 2 號立柱作為固定檢測物體的參照物。

2 LMS511 調試設定概述

由於 LMS511 激光感測器為加強型型號，有 3 根輸出信號線及 1 根輸入信號線。系統通過輸出信號的脈衝變化辨別系統的工作狀態。

為完成激光限位的調試工作，首先需劃定 stop、test 及 warning 的檢測區域（僅適用於岸邊集裝箱起重機前大梁檢測）。Warning 檢測區域設定見圖 2，Stop 檢測區域設定見圖 3，Test 檢測區域設定見圖 4。

區域設定是基於故障的優先順序設定的，一般先觸發warning 信號觸發 stop 信號，因此，其 warning 檢測區域大於 stop 的檢測區域。設定檢測區域後，需設定不同區域內的信號脈衝。

在調試過程中，設定stop、test、warning 的脈衝信號， 具體工況描如下：

狀態一： 當 out1 輸出高電平，out2 輸出低電平， 即表明 stop 區域內工作正常，無故障。

狀態二：當 out1 輸出低電平，out2 輸出高電平， 即表明 test 區域內工作正常，無故障。

狀態一與狀態二隨時間變化相互切換。

3 Flexi Soft Designer 編程邏輯概述

為完成 AOS511 調試工作， 其中難點在於配置Flexi 控制器，並完成 Flexi CPU0 的編程工作。

本項目中使用了 1 個 CUP0 模塊及 2 個 I/0 模塊。

CPU0 經自身內在邏輯，處理及分析信號，經處理後的信號再傳輸至主PLC。I/0 模塊接受來自LMS511 的信號， 並將信號傳輸至 CPU0，經 CPU0 運算，將信號經由 I/0 模塊，傳輸至主 PLC。

在普通工程應用 中， 一個 I/0 模塊可攜帶 2 個LMS511 激光感測器，使用 2 個 I/0 模塊主要考慮因素在於每個 I/0 模塊的輸出介面只有 4 個，無法滿足更為複雜的工況，為此使用 2 個 I/0 模塊，這樣，可以設置8 個輸出介面，用以達到更高的安全及維修標準。

為提高激光限位的安全性及穩定性，從編程的角度可從 3 個方面展開：

1） 需對 LMS511 的 out1 及 out2 兩脈衝信號進行不間斷對比檢測，用於確定 LMS511 是否正常工作。

2） 需對 LMS511 的 out1 及 out2 兩脈衝信號進行不間斷對比檢測，同時對比 test 信號，用於確定是否有障礙物進入 Stop 檢測區域。

3） 需對 LMS511 的 out3 信號進行不間斷檢測，用以確定是否有障礙物進入 warning 檢測區域。

4總結

概述了 Sick 激光限位在調試過程中的軟體設定及邏輯編寫方向，以供工程技術人員在調試相關產品時借簽。

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