港口船舱作业实时安全监控的开发和研究.doc

港口船舱作业实时安全监控的开发和研究
港口拥有大批的各种类型的起重机械进行着码头的装卸作业。由于船舶日趋大型化，船大舱深，起重司机在几十米高的驾驶室内看不到船舱内的工人装卸操作状况，司机操纵起重机提升或下降货物全靠指挥手势这种原始方式传递信息。司机和指挥手思想高度紧张，劳作强度高，经常发生误动作。由于司机与指挥手之间的信息传递有一定的时间差，不仅影响了装卸效率，而且产生了诸多不安全因素，无论舱内进行杂货装卸，还是木材装卸和集装箱装卸，经常发生司机操纵的延误，险象环生。多年来，人们总希望改变这种落后的操作方式。随着科学技术的发展，采纳了电视摄像和信号传输技术以及集图像、荷重、起升高度、臂架幅度为一体的显示技术，能够比较圆满地改变这种落后的操作方式，多少年来码头工人的梦想变成了现实。

港口装卸环境复杂，用电视摄像监视，摄像机与监视器之间可以用无线信号传输和有线信号传输。

如采纳无线信号传输，摄像机可以安装在大船上，其优点是图像视角好，可以采纳摄像机云台上、下、左、右旋转，调整图像视角的变化，其缺点是摄像机临时安装在大船上，安装位置难以确定，大船舱面状况复杂，安装上有困难。如采纳电磁吸铁将摄像头吸附在舱面上，对大船磁罗盘有一定影响。无线信号传输干扰大，容易造成图像不清，摄像机安装在大船上也不易管理。

如采纳有线信号传输，摄像机必定要安装在门机上司机要看到舱内的作业状况，摄像机一定要安装在象鼻梁的头部，臂架俯仰角度是随门机幅度的变化而变化。摄像机不能固定一个摄像角度，门机振动大，摄像机如采纳云台人工控制摄像方向，云台转向是由小的蜗轮蜗杆组成，云台经不起门机的振动，容易损坏，司机在操作门机的过程中也无暇操作摄像云台，因此研究摄像机的随动装置是本课题的研究关键。

课题组对摄像机的随动装置进行了大量的调查和试验，国际上从九十年代中期对起重机的电视摄像监控进行了研究，课题组参观了外高桥港区日本生产的80吨液压吊车，该吊车比较平衡，摄像机及云台装在臂架中部，驾驶室内装有9英寸黑白监视器，臂架幅度变化时摄像机的摄像方向跟着变化，靠司机人工调整云台的上、下、左、右四个摄像方向，监视器没有臂架幅度、货物重量及钩头凹凸位置显示。

依据调研的启发，课题组提出了将摄像机安装在门机象鼻梁前部顶端，依靠摄像机及外壳本身的重力，跟随臂架幅度变化，保持摄像机的垂直向下的摄像方向，无论臂架幅度如何变化，象鼻梁顶端始终在船舱的上方，摄像方向始终对着船舱。

为了使该系统真正成为起重机安全操作保护装置，课题组还提出把舱内现场作业实况、负荷量、臂架幅度、吊钩凹凸位置集中显示在电视屏幕上，组成一个完整的起重机的安全监控系统。

由于港口环境恶劣，摄象机安装在露天几十米的高空，门机振动又大，这对摄像机的安装和结构有一定的要求，摄像机要有防水、防尘、防振、抗风措施，这样才能适用于港口的生产作业环境。

本系统是一个整套的安全信息传递及接收显示报警装置，它包括：

①安装在象鼻梁头部跟踪船舱的电视摄象机；

②安装在司机室的控制主机及电视监视器；

③起重负荷量及门机幅度信号转换器；

④超负荷保护器；

⑤安装在起货卷简旁的编码光电信号脉冲凹凸位传感器；

⑥幅度传感器；

⑦销轴式传感器；

⑧指挥手与司机之间的对讲机。

安装在门机象鼻梁前端的摄像机，跟随臂架幅度的变化，摄像机依靠自重自动转动摄像头，摄像方向始终垂直对着船舱，摄像机将船舱的图像画面转换成模拟信号经屏蔽通讯电缆通过象鼻梁及臂架传送到门机驾驶室内的电视监视器，电视监视器将图象信号还原成图象画面，显示在电视屏幕上。安装在起重机起升减速箱底部的销轴传感器是由电阻应变片组成的电桥，起重负荷通过钢丝绳及滑轮传递到起升卷简上，通过联轴节传递到起升减速箱的底部与门机转台联接的销轴式传感器上，销轴传感器将受到的剪切力转换成电压信号，传送到超负荷保护器。幅度传感器安装在门机臂架的下铰点。幅度传感器是由旋转电位器组成，当臂架的幅度变化时，幅度传感器的电阻值发生变化，电位器的电压发生变化，表示幅度的电压信号也传送到超负荷保护器。超负荷保护器经过计算即时显示门机幅度及起重负荷，依据幅度大小判别门机起重负荷是否超载。超载发出报警信号，起重负荷及幅度信号转换器将超负荷保护器的显示信息传送到控制主机，控制主机通过视频叠加电路将数子显示在电视监视器的屏幕上。

光电脉冲传感器安装在起升卷简旁，在起升卷简侧壁安装了假设干片挡片，当起升卷筒转动时，这些挡片经过光电脉冲传感器时就发出一个个计数脉冲。由于光电脉冲传感器采纳增量编码形式，因此当卷简正转或反转时，控制主机能分辨是加数脉冲还是减数脉冲，并累积吊钩的凹凸位数字。当吊钩在码头地面时按复位按钮，凹凸位计数从零开始，当吊钩低于码头地面时，凹凸位显示为负数，控制主机通过视频叠加电路将凹凸位数字显示在电视监视器的屏幕上。

控制主机是本系统的核心设备。这不仅将传感器有发送器送回的信号进行处理，通过内部视频信号叠加IC电路，将其直接显示于彩色显示器上，同时还对摄像进行聚焦，光圈变倍调整。

该系统将门机的安全信息全部集中在电视屏幕上，司机既能看到舱内的图象，又能及时掌握门机的起重状态。

该系统解决了摄像机安装及摄像机的防尘、防水、防振、抗风和图像自动跟踪等。

这些措施减少或避免了摄像头的晃动引起的电视图像的抖动。使用说明，图像清楚。当臂架幅度变化时，电视屏幕图像能及时跟踪吊钩，通过电视监视器的按钮图像可以扩展或缩小。

本系统有超负荷、超幅度报警及控制；舱内作业现场实况图像显示；电视屏幕的吊钩凹凸位置、起重负荷量、臂架幅度的数字显示等功能。

舱内作业现场安全监控系统安装在我公司40吨门机上经过一年的使用，该系统稳定可靠，有用性强。

该系统的研制成功圆满地解决了一直困扰港区码头的安全操作问题。在港口码头，装卸作业的船舱里曾经发生过许多血的教训，现在司机在电视屏幕上一目了然地看到舱内作业状况，掌握了舱内作业人员及下舱机械分布动态，改变了传统的司机依赖指挥手做手势的信息传递方法，避免了事故的发生。

该系统的研制成功受到了广大起重司机的欢迎。货物起重负荷量，门机变幅幅度，吊钩凹凸位置等集中显示在电视屏幕上，司机能及时掌握起重状态，改变了司机操作的盲目性，给司机的安全操作带来了方便。

该系统的研制成功地提升了门机装卸作业的安全水平，从而避免和减少了货损事故和人身事故的发生，同时也在一定程度上提升了装卸率。该课题的研制成功具有一定的社会效益，也受到货主单位的欢迎与好评，为企业增加了货源，带来了一定的经济效益。

该系统的应用有着广泛的前景，不仅可应用于港口码头，还可应用于其它起重行业，如建筑行业的塔吊，船厂的设备安装起重机等。目前建筑行业在建造高楼时，使用的塔吊有几米甚至上百米高，司机房设在塔吊的顶部，司机根本无法看清地面作业状况，借助电视监控，调整摄像机的光圈及扩展倍数，可以将地面的实况清楚地显示在电视屏幕上。

该系统在推广应用中还将进一步提升和完善，可以将电视屏幕的图像，包括起重负荷量，臂架变幅幅度，吊钩凹凸位置以及当时作业环境全部录制在磁带上，成为安全监控的“黑匣子〞，供发生意外时分析。