谈大型建筑施工设备防碰撞预警系统的开发研究

一、引言

        某水电站是俺们国度正在开发建立的一个大型水电站．工程以发电为主。兼有防洪、航运等综合效益。电站装机容量为42ooMW。电站工程规模大，是目前国际在建和已建工程中最高的同类型大坝．最大坝高为192米。初期建立方案坝轴线长761．258米。坝顶高程382．0米。大坝混凝土总量560多万立方米。
　　其中碾压混凝土约385万立方米． 占混凝土总量的％ 。为保证砼浇筑强度．左岸进水口坝段布设了台挪动式MD1800塔机．1台固定式MD2200塔机，右岸坝中设置了一台POTAN公司的顶带机、一台公司的塔带机，两台揽机。其布置状况如图1：二、存在的成绩当一切设备全部装置完成。投入消费时．各种设备的状况如下：
　　揽机横跨大坝两侧。两根揽绳与大坝相平行。
　　揽机本身有沿大坝轴线(Y轴)的全体运动，在浇灌混凝土时，挂在揽绳上的吊罐沿揽绳方向有最高达的横向运动．同时还有沿高度方向的吊装混凝土的吊罐的高速上升、下降运动。揽机的运动是沿三个坐标轴方向的复合运动。且运动速度快。两台揽机在大坝轴向的运动(速度绝对较慢，最高速度为0．25m／s)，依据浇灌混凝土的需求．可以穿过另外四个设备。
　　右上角的设备为挪动塔机。该塔机在图示的轨迹方向可以全体挪动，但在任务进程中．这种全体挪动不停止：在浇灌混凝土时．挪动塔机起重臂可以在360度的范围内的任何地位任务。而且起重臂上吊装的混凝土的塔罐可随意下行下降．吊装塔罐的小车在起重臂上可来回挪动。起重臂长约83m．与起重臂相反方向的均衡臂长约28m。挪动塔机装置初始高度为100m，依据工程进度。可停止加高。
　　图1中挪动塔机上面的可转动360度的设备为固定塔机．固定塔机只可以在圆周方向转动停止浇灌，不可挪动和降低。吊装塔罐的小车可在起重臂下去回运动。固定塔机基座较高，本身高度为192m。起重臂长83m。均衡臂长28m。
　　紧挨固定塔机的处于图1中心地位的是顶带机。顶带机不同于挪动塔机和固定塔机．它不只要起重臂战争衡臂。而且有皮带机。它的混凝土是由皮带机保送的。起重臂只是起吊起皮带机．同时给皮带机转动提供动力。以及起重臂上小车的来回运动。使得皮带机可以在起重臂转过的中央浇灌混凝土。固定塔机的高度可以依据施工的需求降低。顶带机的起重臂长83m，均衡臂长28m。皮带机分外外皮带机，内皮带长55m。外皮带长50m。
　　塔带机的任务状况根本和顶带机相反．只是布置的地位不一样。从图1以及下面各设备的任务状况可以看出。各设备存在干预的能够。两台揽机与四台转动设备(指挪动塔机、固定塔机、顶带机、塔带机)之问，都存在干预；挪动塔机与固定塔机之间有起重臂与起重臂，起得臂与均衡的互相干预：挪动塔机与顶带机之间存在起重臂与起重臂的干预．挪动塔机起重臂与顶带机的外带机的干预：固定塔机起重臂与顶带机起重臂、固定塔机起重臂与顶带机外皮带机的干预：顶带机与塔带机起重臂之间、顶带机起重臂与外皮带机之间、塔带机起重臂与外皮带机之间都存在有干预景象。还有两台揽机与物料传送带的干预。普通来讲．在大坝施工期问．都有专门的指挥调度人员，但是遇到阴雨天气．以及调度和操作人员留意力不集中时，这些设备就有能够互相之问发作碰撞，一旦真有碰撞发作，少则损坏设备．重则机毁人亡。为了避免此类碰撞事故发作，施工单位急迫需求开收回一套防碰撞的预警零碎三、详细完成此防碰撞零碎的完成，需求思索以下几个方面的成绩，首先是设备运动数据的采集，对采到的数据停止初步处置。其次是对失掉的数据停止剖析计算。最初将计算失掉的后果经过警报的方式传给操作人员。
　　此外．还有各运动设备运动仿真局部。上面对这个四个方面的完成办法作比拟详细阐明。
　　一)运动数据的采集。由于揽机与各转动设备是运动的．为计算各运动设备之间的间隔，必需晓得各运动件的详细坐标地位。空间定位零碎GPS是一种很好的测量运植物体坐标值的理想仪器。在揽机与各转动设备上思索装置七个GPS．在皮带机上各装置一个测速传感器。由于挪动塔机是全体运动体．其塔架的坐标值需求测出，可以在挪动塔机起重臂吊装混凝土的塔罐和挪动塔机均衡臂上各装置一个GPS，就既可以定出挪动塔机机身的坐标值，同时可以晓得塔罐和起重臂的地位。两个揽机在其运动着的吊罐上各安一个GPS。固定塔机、顶带机、塔带机三种转动设备，由于各自机身是绝对空中固定不动的．只在它们的塔罐上各装置一个GPS就可以失掉相应需求晓得的数据。由于GPS只能失掉运动件的坐标值，且这些坐标值存在较大的误差．采集到的坐标数据要停止拟合处置．再传给上级接纳者。
　　二)数据的剖析计算。对采集到的数据停止剖析计算是整个预警零碎完成的中心环节。从GPS过去的坐标值，要经过再一次的拟算计算．以定出各运动件的运动失量速度。这里包括揽机的横向运动速度、揽机塔罐沿揽绳方向的运动速度、揽机塔罐上下方向的垂直运动速度，符转动设备起重臂的转动角速度、皮带机的运动速度、符运动件的运动减速度。将这些得出的速度和减速度，以及各设备本身正常制动减速度和紧急制动减速度，作为剖析计算的数据值。依据以后各运动件的运动形态，预测10秒之后的运动形态，再依据10秒之后的运动形态值．计算各干预件的最小间隔，由失掉的最小间隔．再判别能否满足报警条件。剖析计算所用流程图如附图2所示。
　　三)预警警报局部。开端时采集数据，再把采集到的数据停止剖析计算，得出的后果再传给预警零碎局部。预警局部用PLC来完成．在每个需求预警的设备，在操作人员的操作台上．装置一套警报指示灯安装。由控制器把剖析计算得出的后果转变成电信号，传给警报指示灯。剖析计算得出的后果有四个警报级别，辨别是正常、警示、正常制动，紧急制动，以不同的指示灯的颜色的变化，来确定是处于什么预警级别．从而提示操作人员，能否用制动还是紧急制动或是正常状况以及处于预备制动(警示)中。普通状况下．只需操作人员能在2秒钟的反响日子内，对警报作出相应的反响．就不会呈现紧急制动状况。在这些施工设备中，尤其是转动设备，假如有紧急制动，对设备的损坏相当严重。没有警报指示，操作人员只能依据目测和经历．这难免会有过失发作。依据警示灯的变化来操作运动设备，只需反响及时，完全可以防止碰撞事故发作。
　　四)运动仿真。此套防碰撞预警零碎的开发，由于理想条件的限制．不能够在施工现场停止调试，在计算机上开收回一套仿真顺序成为独一之选。仿真局部用到的固定数据．根据理想的施工现场给出，一些变化数据．由GPS采集之后，停止处置，再传给仿真顺序。到实践投入运用时，仿真局部可到达在计算机屏幕上看到的各运动件的运动形态．完全和实践施工现场相反。仿真局部不起控制造用，只起辅佐调试及运转时总体调度的作用。
　　四、结论这套大型修建施工设备防碰撞零碎的开发，关于一些大型施工现场的平安具有十分积极的作用，经过初期的试运转．表现良好。但是这套大型修建施工防碰撞预警零碎，依然局限于预警，如操作人员不能无效地配合预警停止操作，仍有能够呈现事故。要想不呈现人为要素的碰撞发作，对此套零碎停止改良，完成完全自动化是有必要的。但这存在的困难就更大，由于施工现场有多个设备是从国外出口。做到和设备消费商协作，并非易事。且这种大型施工工程并不多见．开发破费过大，又无推行价值，经济上不划算。