港口船艙作業(yè)實(shí)時(shí)安全監(jiān)控的開(kāi)發(fā)和研究

1、港口船艙作業(yè)實(shí)時(shí)安全監(jiān)控的開(kāi)發(fā)和研究港口擁有大批的各種類型的起重機(jī)械進(jìn)行著碼頭的裝卸作業(yè)。由于船 舶日趨大型化，船大艙深，起重司機(jī)在幾十米高的駕駛室內(nèi)看不到船 艙內(nèi)的工人裝卸操作情況，司機(jī)操縱起重機(jī)提升或下降貨物全靠指揮 手勢(shì)這種原始方式傳遞信息。司機(jī)和指揮手思想高度緊張，勞動(dòng)強(qiáng)度 高，經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)作。由于司機(jī)與指揮手之間的信息傳遞有一定的時(shí) 間差，不僅影響了裝卸效率，而且產(chǎn)生了諸多不安全因素，無(wú)論艙內(nèi) 進(jìn)行雜貨裝卸，還是木材裝卸和集裝箱裝卸，經(jīng)常發(fā)生司機(jī)操縱的延 誤，險(xiǎn)象環(huán)生。多年來(lái)，人們總希望改變這種落后的操作方式。隨著 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用了電視攝像和信號(hào)傳輸技術(shù)以及集圖像、 荷重、 起

2、升高度、臂架幅度為一體的顯示技術(shù)，能夠比較圓滿地改變這種落 后的操作方式，多少年來(lái)碼頭工人的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。港口裝卸環(huán)境復(fù)雜，用電視攝像監(jiān)視，攝像機(jī)與監(jiān)視器之間可以用無(wú) 線信號(hào)傳輸和有線信號(hào)傳輸。如采用無(wú)線信號(hào)傳輸，攝像機(jī)可以安裝在大船上，其優(yōu)點(diǎn)是圖像視角 好，可以采用攝像機(jī)云臺(tái)上、下、左、右旋轉(zhuǎn)，調(diào)整圖像視角的變化， 其缺點(diǎn)是攝像機(jī)臨時(shí)安裝在大船上，安裝位置難以確定，大船艙面情 況復(fù)雜，安裝上有困難。如采用電磁吸鐵將攝像頭吸附在艙面上，對(duì) 大船磁羅盤有一定影響。無(wú)線信號(hào)傳輸干擾大，容易造成圖像不清， 攝像機(jī)安裝在大船上也不易管理。如采用有線信號(hào)傳輸，攝像機(jī)必定要安裝在門機(jī)上，司機(jī)要看到艙內(nèi)

3、的作業(yè)情況，攝像機(jī)一定要安裝在象鼻梁的頭部，臂架俯仰角度是隨 門機(jī)幅度的變化而變化。 攝像機(jī)不能固定一個(gè)攝像角度， 門機(jī)振動(dòng)大， 攝像機(jī)如采用云臺(tái)人工控制攝像方向，云臺(tái)轉(zhuǎn)向是由小的蝸輪蝸桿組 成，云臺(tái)經(jīng)不起門機(jī)的振動(dòng)，容易損壞，司機(jī)在操作門機(jī)的過(guò)程中也 無(wú)暇操作攝像云臺(tái)， 因此研究攝像機(jī)的隨動(dòng)裝置是本課題的研究關(guān)鍵。 課題組對(duì)攝像機(jī)的隨動(dòng)裝置進(jìn)行了大量的調(diào)查和試驗(yàn)，國(guó)際上從九十 年代中期對(duì)起重機(jī)的電視攝像監(jiān)控進(jìn)行了研究，課題組參觀了外高橋 港區(qū)日本生產(chǎn)的 80 噸液壓吊車，該吊車比較平衡，攝像機(jī)及云臺(tái)裝在 臂架中部，駕駛室內(nèi)裝有 9 英寸黑白監(jiān)視器，臂架幅度變化時(shí)攝像機(jī) 的攝像方向跟著變化，靠

4、司機(jī)人工調(diào)整云臺(tái)的上、下、左、右四個(gè)攝 像方向，監(jiān)視器沒(méi)有臂架幅度、貨物重量及鉤頭高低位置顯示。 根據(jù)調(diào)研的啟示， 課題組提出了將攝像機(jī)安裝在門機(jī)象鼻梁前部頂端， 依靠攝像機(jī)及外殼本身的重力，跟隨臂架幅度變化，保持?jǐn)z像機(jī)的垂 直向下的攝像方向，無(wú)論臂架幅度如何變化，象鼻梁頂端始終在船艙 的上方，攝像方向始終對(duì)著船艙。為了使該系統(tǒng)真正成為起重機(jī)安全操作保護(hù)裝置，課題組還提出把艙 內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)況、負(fù)荷量、臂架幅度、吊鉤高低位置集中顯示在電視 屏幕上，組成一個(gè)完整的起重機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)。由于港口環(huán)境惡劣， 攝象機(jī)安裝在露天幾十米的高空， 門機(jī)振動(dòng)又大， 這對(duì)攝像機(jī)的安裝和結(jié)構(gòu)有一定的要求，攝像機(jī)要有

5、防水、防塵、防 振、抗風(fēng)措施，這樣才能適用于港口的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。本系統(tǒng)是一個(gè)整套的安全信息傳遞及接收顯示報(bào)警裝置，它包括： 安裝在象鼻梁頭部跟蹤船艙的電視攝象機(jī)； 安裝在司機(jī)室的控制主機(jī)及電視監(jiān)視器； 起重負(fù)荷量及門機(jī)幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換器； 超負(fù)荷保護(hù)器； 安裝在起貨卷簡(jiǎn)旁的編碼光電信號(hào)脈沖高低位傳感器； 幅度傳感器； 銷軸式傳感器； 指揮手與司機(jī)之間的對(duì)講機(jī)。安裝在門機(jī)象鼻梁前端的攝像機(jī)，跟隨臂架幅度的變化，攝像機(jī)依靠 自重自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)攝像頭，攝像方向始終垂直對(duì)著船艙，攝像機(jī)將船艙的 圖像畫面轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)經(jīng)屏蔽通訊電纜通過(guò)象鼻梁及臂架傳送到門 機(jī)駕駛室內(nèi)的電視監(jiān)視器，電視監(jiān)視器將圖象信號(hào)還原成圖象畫

6、面， 顯示在電視屏幕上。安裝在起重機(jī)起升減速箱底部的銷軸傳感器是由 電阻應(yīng)變片組成的電橋，起重負(fù)荷通過(guò)鋼絲繩及滑輪傳遞到起升卷簡(jiǎn) 上，通過(guò)聯(lián)軸節(jié)傳遞到起升減速箱的底部與門機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)接的銷軸式傳 感器上，銷軸傳感器將受到的剪切力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，傳送到超負(fù)荷 保護(hù)器。幅度傳感器安裝在門機(jī)臂架的下鉸點(diǎn)。幅度傳感器是由旋轉(zhuǎn) 電位器組成，當(dāng)臂架的幅度變化時(shí)，幅度傳感器的電阻值發(fā)生變化， 電位器的電壓發(fā)生變化，表示幅度的電壓信號(hào)也傳送到超負(fù)荷保護(hù)器 超負(fù)荷保護(hù)器經(jīng)過(guò)計(jì)算即時(shí)顯示門機(jī)幅度及起重負(fù)荷，根據(jù)幅度大小 判別門機(jī)起重負(fù)荷是否超載。超載發(fā)出報(bào)警信號(hào)，起重負(fù)荷及幅度信 號(hào)轉(zhuǎn)換器將超負(fù)荷保護(hù)器的顯示信息傳送

7、到控制主機(jī)，控制主機(jī)通過(guò) 視頻疊加電路將數(shù)子顯示在電視監(jiān)視器的屏幕上。光電脈沖傳感器安裝在起升卷簡(jiǎn)旁，在起升卷簡(jiǎn)側(cè)壁安裝了若干片擋 片，當(dāng)起升卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些擋片經(jīng)過(guò)光電脈沖傳感器時(shí)就發(fā)出一個(gè) 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。由于光電脈沖傳感器采用增量編碼形式，因此當(dāng)卷簡(jiǎn)正 轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，控制主機(jī)能分辨是加數(shù)脈沖還是減數(shù)脈沖，并累積吊鉤 的高低位數(shù)字。當(dāng)?shù)蹉^在碼頭地面時(shí)按復(fù)位按鈕，高低位計(jì)數(shù)從零開(kāi) 始，當(dāng)?shù)蹉^低于碼頭地面時(shí)，高低位顯示為負(fù)數(shù)，控制主機(jī)通過(guò)視頻 疊加電路將高低位數(shù)字顯示在電視監(jiān)視器的屏幕上?？刂浦鳈C(jī)是本系統(tǒng)的核心設(shè)備。這不僅將傳感器有發(fā)送器送回的信號(hào) 進(jìn)行處理，通過(guò)內(nèi)部視頻信號(hào)疊加 IC 電路，將其直

8、接顯示于彩色顯示 器上，同時(shí)還對(duì)攝像進(jìn)行聚焦，光圈變倍調(diào)整。該系統(tǒng)將門機(jī)的安全信息全部集中在電視屏幕上，司機(jī)既能看到艙內(nèi) 的圖象，又能及時(shí)掌握門機(jī)的起重狀態(tài)。該系統(tǒng)解決了攝像機(jī)安裝及攝像機(jī)的防塵、防水、防振、抗風(fēng)和圖像 自動(dòng)跟蹤等。這些措施減少或避免了攝像頭的晃動(dòng)引起的電視圖像的抖動(dòng)。使用表 明，圖像清晰。當(dāng)臂架幅度變化時(shí)，電視屏幕圖像能及時(shí)跟蹤吊鉤， 通過(guò)電視監(jiān)視器的按鈕圖像可以放大或縮小。本系統(tǒng)有超負(fù)荷、超幅度報(bào)警及控制；艙內(nèi)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況圖像顯示； 電視屏幕的吊鉤高低位置、 起重負(fù)荷量、臂架幅度的數(shù)字顯示等功能。 艙內(nèi)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)安裝在我公司 40 噸門機(jī)上經(jīng)過(guò)一年的使用， 該系統(tǒng)

9、穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。 該系統(tǒng)的研制成功圓滿地解決了一直困擾港區(qū)碼頭的安全操作問(wèn)題。 在港口碼頭，裝卸作業(yè)的船艙里曾經(jīng)發(fā)生過(guò)許多血的教訓(xùn)，現(xiàn)在司機(jī) 在電視屏幕上一目了然地看到艙內(nèi)作業(yè)狀況，掌握了艙內(nèi)作業(yè)人員及 下艙機(jī)械分布動(dòng)態(tài)，改變了傳統(tǒng)的司機(jī)依賴指揮手做手勢(shì)的信息傳遞 方法，避免了事故的發(fā)生。 該系統(tǒng)的研制成功受到了廣大起重司機(jī)的歡迎。貨物起重負(fù)荷量，門 機(jī)變幅幅度，吊鉤高低位置等集中顯示在電視屏幕上，司機(jī)能及時(shí)掌 握起重狀態(tài)，改變了司機(jī)操作的盲目性，給司機(jī)的安全操作帶來(lái)了方 便。 該系統(tǒng)的研制成功地提高了門機(jī)裝卸作業(yè)的安全水平，從而避免和減 少了貨損事故和人身事故的發(fā)生， 同時(shí)也在一定程度上提高了裝卸率。 該課題的研制成功具有一定的社會(huì)效益，也受到貨主單位的歡迎與好 評(píng)，為企業(yè)增加了貨源，帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益。 該系統(tǒng)的應(yīng)用有著廣泛的前景，不僅可應(yīng)用于港口碼頭，還可應(yīng)用于 其它起重行業(yè)，如建筑行業(yè)的塔吊，船廠的設(shè)備安裝起重機(jī)等。目前 建筑行業(yè)在建造高樓時(shí)，使用的塔吊有幾米甚至上百米高，司機(jī)房設(shè) 在塔吊