桥吊、龙门吊司机安全规范操作识别及语音提醒系统探讨

摘要：前些年，由于码头起重设备操作司机未严格按设备操作规程操作，导致了一些意外情况发生，造成了一些不必要的损失，因此有必要通过技术改进强化起重设备操作司机的安全操作意识。改进后的系统能智能识别起重设备操作司机是否按规范作业操作;及时用语音提醒起重设备操作司机，有助于纠正不安全操作行为;实时记录不安全行为类型，为后续起重设备操作司机操作安全评估提供数据支持，十分适用于码头起重设备安全作业领域。

关键词：常见安全操作问题;智能识别;语音提醒

0    引言

随着我国进入“稳中求进”的经济发展新常态，安全生产成为经济、社会持续健康发展的基础。鉴于港口起重作业的特殊性，如何做好港口起重作业安全工作，一直是各层级领导的重要关切事项。物的安全是起重作业安全基础，由于海润集装箱码头目前集中于内贸作业，面临作业船舶、集装箱、钮锁等老、旧、变形各种复杂情况，在这种安全生产基础较差的条件下，安全生产还需聚焦于“人的因素”。当新增的智能识别程序识别出操作司机存在典型的几类不规范操作时，不仅可及时用语音进行提醒，还可在CMS里自动记录对应的警告信息，实时记录不安全行为类型，为后续起重设备操作司机操作安全评估提供数据支持，以便进行司机安全操作相关问题的教育、考核。起重设备操作司机良好的、合乎规范的起重设备操作习惯，有利于公司“安全第一、预防为主”的安全生产方针落地。

1    存在的问题

前些年，有些港口由于起重设备操作司机未严格按设备操作规程操作，导致了一些意外情况发生，造成了一些不必要的损失。主要存在以下几种常见问题：

（1）存在集装箱起吊未确认问题。曾经有桥吊未执行起吊30 cm确认动作，把船上最海侧要起吊集装箱下一层的集装箱钩挂后掉落海里，物的不安全是主因（起吊的集装箱与下一层集装箱之间的一侧钮锁黏连），桥吊未执行起吊30 cm确认动作是事故诱因;对场内龙门吊也一样，30 cm确认动作是可减少或避免事故损失的重要措施，也有相关事故案例：由于拖车忘了解除车架与箱子间旋锁，龙门吊未30 cm确认直接起吊至较高位置，把车架连同拖车一起吊起后，车架与箱子间旋锁不堪负重先单边断再另一边断，导致车架连同拖车一起侧翻。

（2）存在减速区域依赖设备自动减速功能作业的问题。未主动控制手柄进行减速操作，若设备减速功能意外失效，容易造成不必要的损失。

（3）存在未着箱（特别是小车或起升机构还在运行时）进行吊具开闭锁操作的问题。

（4）存在龙门吊检测到轨道有异物保护停止，操作司机由于观察视野不全面，盲目打旁路强行走大车的问题。

2    方案与实施

针对上述几种常见问题，我们的方案是在设备原有电控系统的基础上增加桥吊、龙门吊司机安全规范操作识别程序逻辑设计、语音提醒模块，并在CMS里新增相关警告显示信息，远程采集CMS非规范操作记录数据进行分类统计等。安全规范操作识别程序逻辑能智能识别桥吊和龙门吊操作司机是否按规范操作，如起吊时是否进行安全确认、减速区是否主动减速、进行开闭锁变换动作请求时的操作条件是否满足要求、龙门吊走大车检测到轨道有异物时提醒等四种情况，通过司机室内新增的语音提醒模块，能自动进行相应语音提醒，强化司机安全操作意识，减少因不规范操作引起的安全隐患，达到防患于未然的目的。

2.1    软件程序设计方案

由于我港口起重设备PLC种类繁多，程序体现方式也多种多样（梯形图、语句表、功能块等），为适用各型PLC，下面各方案中不以具体的程序来框定想法，而采用通用设计思路来表达，例图的程序作为理解设计思路的参考。

（1）智能识别桥吊司机是否做好30 cm安全确认操作。

通过采集吊具开闭锁、着箱信号，结合司机各种操作指令如开闭锁指令、吊具升/降指令，根据起升实时位置与相关指令动作瞬时记忆位置相对行程情况，应用闭锁吊箱起升判断、开锁空吊具起升判断、司机操作是否符合30 cm安全确认操作模型判断等程序智能识别司机是否做好30 cm确认操作。具体逻辑思路如下：首先进行吊箱下降并着箱后第一次开锁动作锁存记忆，目的是判断脱箱操作，非第一次脱箱操作（比如开锁状态多次对箱操作）不作起吊确认要求;其次把第一次开锁动作锁存记忆和吊箱闭锁信号作为并列条件，结合司机控制的吊具起升指令，当着箱信号消失瞬间作锁存记忆，该锁存记忆为起吊锁存，起吊锁存记忆动作时，复位上面第一次开锁动作锁存记忆，同时用上升沿瞬间对当时的起升高度进行记忆，并把實时的起升高度与记忆的高度不断进行比较计算，即开始实时计算起吊后的起升高度差值，当差值大于设定的、概念上的“30 cm”高度范围数值且起吊锁存记忆还处于动作状态时，我们判断为司机未做好30 cm确认操作，使相应警告继电器动作，司机室响起“请30 cm确认”语音提醒;当实时计算的起吊后起升高度差值还小于设定的、概念上的“30 cm”高度范围数值时，司机有控制手柄归零使吊具停止上升的情况，如起升机构制动器抱闸信号或起升实时速度约等于零或司机操作控制的起升手柄归零超过设定时间，则复位起吊锁存记忆，我们判断为司机已做好30 cm确认操作，从而不会触发警告继电器动作。当然，只要司机有控制手柄归零使吊具停止上升的情况，如起升机构制动器抱闸信号或起升实时速度约等于零或司机操作控制的起升手柄归零超过设定时间，就复位所有相关锁存记忆，包括警告继电器，为下次的操作检测做准备。例图如图1所示。

对图1解说如下：第一、第二段程序吊箱下降并着箱后第一次开锁动作锁存记忆，目的是判断脱箱操作正常开锁状态判断，第三段为闭锁状态下或前面开锁脱箱锁存动作情况下，司机控制吊具起升，当着箱信号消失瞬间，进行起吊锁存（DB11），同时复位第二段开锁脱箱锁存;第四、五段是起吊锁存DB11为1瞬间，把吊具起升高度记忆起来放在DW2存储器里，第六、七段是起吊锁存DB11为1时，比较起升实时速度是否等于零;第八段把实时的起升高度与记忆的高度不断进行比较计算，即开始实时计算起吊后的起升高度差值;第九、十段是当实时计算的起吊后起升高度差值还小于设定的、概念上的“30 cm”高度范围数值时，司机有控制手柄归零使吊具停止上升的情况，如起升机构制动器抱闸信号或起升实时速度等于零或司机操作控制的起升手柄归零超过设定时间3 s，则复位起吊锁存记忆，我们判断为司机已做好30 cm确认操作，从而不会触发警告继电器动作;当差值大于设定的、概念上的“30 cm”高度范围数值（DB12=1）且起吊锁存记忆DB11=1即还处于动作状态时，我们判断为司机未做好起吊确认操作，使相应警告继电器动作。

图2为司机操作是否符合起吊确认操作模型判断程序框图。

（2）智能识别司机是否做到不依赖于设备自身减速功能，主动控制手柄给定速度进行减速操作。

通过采集起升和小车实时速度信息，结合司机各种操作指令如吊具升/降指令、小車前进/后退控制指令、吊具升/降和小车前进/后退速度指令，根据吊具和小车各机构各处减速区域数据情况，应用吊具下降位置与速度匹配判断、吊具上升位置与速度匹配判断、小车前进/后退位置与速度匹配判断智能识别司机是否做到不依赖于设备自身减速功能，主动控制手柄给定速度进行减速操作。具体逻辑思路如下：首先根据不同设备手柄控制给定对应速度情况，合理设定检测值，把实时的起升（小车）手柄给定与设定的检测值不断进行比较，同时也把起升（小车）实时的速度与减速检测点相适应的设定值不断进行比较，当起升（小车）运行在设备预设减速位置时，如果司机控制的起升（小车）手柄给定速度小于设定值或实际对应机构运行速度低于对应的设定值，可以认为司机有在减速区主动减速操作;相反地，当起升（小车）运行在设备预设减速位置时，如果司机控制的起升（小车）手柄给定速度大于设定值且实际对应机构运行速度高于对应的设定值，则认为司机没在减速区做主动减速操作，触发“请减速”警告继电器动作，司机室响起“请减速”语音提醒。

（3）智能识别桥吊、龙门吊司机在作业时是否按照集装箱开闭锁操作规范来进行操作。

通过采集吊具开闭锁信号、着箱信号、松绳信号、重量传感器信息、起升和小车实时速度信息，结合司机各种操作指令如开闭锁指令、吊具升/降指令、小车前进/后退控制指令，根据吊具开闭锁操作必须在有确认着箱，而且无吊具升降、无小车运行等工况下才能进行，应用吊具开闭锁状态和指令结合着箱变化状态与司机各种指令匹配判断等程序智能识别司机是否按规范执行集装箱开闭锁操作。具体逻辑思路如下：首先不断检测起升机构和小车机构运行是否处于零速以及吊具下负载是否小于合适的设定值。吊具开（闭）锁操作指令出现时需满足如下条件：1）起升机构和小车机构运行处于零速、吊具下负载小于合适的设定值;2）有着箱信号或吊具上架松绳信号;3）无吊具升降、无小车运行等任何工况;4）有开锁或闭锁正常信号情况下，司机室主控、吊具模式以及吊具油泵合信号都正常。符合上述条件，判断为正常开闭锁操作，否则判断为非正常开闭锁操作，鉴于有些设备开闭锁指令是开关形式（不是按钮形式）的，还要对指令进行优化，比如采用从改变指令状态开始计时，在一段时间内才有效（或旋锁状态对应后失效）进行优化，当不满足上述条件时有吊具开（闭）锁操作指令变化（出现），则触发“未着箱不能开闭锁”警告继电器动作，司机室响起“未着箱不能开闭锁”语音提醒。

（4）智能识别龙门吊司机走大车操作时是否按照轨道有异物需要主动避障的操作规范来进行作业。

采集龙门吊大车轨道方向障碍物检测信号和侧向纠偏激光防撞检测信号等，当保护程序引发大车非司机操作停止时，能通过程序识别是否是因大车轨道方向障碍物引起，如果是，通过语音告知司机“轨道有异物”，防止个别司机盲目打防撞旁路而引发不必要的事故。司机还控制大车手柄想继续行走时，能持续播放“轨道有异物请注意”提醒语音。

2.2    实施情况

2.2.1    程序编辑实施

根据不同PLC型号，把程序设计方案转换为相应PLC程序下载进PLC。

2.2.2    自动进行语音提醒

预先进行语音模块录入，通过PLC输出控制语音输出触发，当新增的智能识别程序识别出操作司机未做30 cm安全确认操作动作时，司机室里新增的语音播报扬声器就会发出“请30 cm确认”提醒语音;当智能识别出减速区司机未主动减速时，扬声器就会发出“请减速”提醒语音;当智能识别出不正常的司机开闭锁操作时，扬声器就会发出“未着箱不能开闭锁”提醒语音;当检测到龙门吊轨道有异物而司机继续走大车时，扬声器发出“轨道有异物请注意”等提醒语音。

2.2.3    CMS里记录非规范作业操作

当新增的智能识别程序识别出操作司机存在上述不规范操作时，不仅用语音进行提醒，还在CMS里自动记录对应的警告信息，实时记录不安全行为类型，通过数据跟踪采集，结合操作司机作业班次、人员信息，为后续评估操作司机是否安全操作提供了数据支持，方便了司机安全操作教育、考核。

3    效果

（1）通过语音提醒强化起重设备操作安全意识。

（2）实时记录不安全行为类型，为起重设备操作司机的操作安全评估与考核提供数据支持。查阅CMS里非规范作业操作记录发现，刚开始设计程序摸底、未加装语音提醒时，大部分起重设备操作司机几乎每吊都未有效执行起吊30 cm确认操作;加装语音提醒功能后，非规范作业操作记录量一天比一天明显减少，特别是在最初十天左右，数量骤减明显，随着时间的推移，慢慢发现后续只有个别起重设备操作司机存在非规范作业操作，以CMS记录表单汇总数据为依据，对司机进行安全操作教育、考核，效果明显。

4    结语

安全始于物，止于人，“安全第一、预防为主”，物的不安全是安全风险的根源，但人的规范安全行为能减少、减轻甚至避免很多安全问题，从多角度、多方位加强起重设备操作司机安全操作管控，可以从“人的因素”这一源头上降低码头安全作业风险。

收稿日期：2020-01-10

作者简介：钟增军（1979—），男，福建武平人，研究方向：港口设备PLC控制系统设计、维修和变频器故障检修。