钢管横移车精确定位及安全方面的保护方法

2021-01-22王远征

设备管理与维修 2021年14期

江渊，潘强，王远征

（华油钢管有限公司，河北沧州 062658）

0 引言

在制管作业中，特别是在较大管径的作业中，为了提高生产效率，钢管车间需要将钢管摆在台架上使用钢管横移车运输钢管，这样既可以减轻工作劳动强度，也可以提高运输效率，保证钢管各项作业的顺利进行。因此，在较多的工厂中，四轮钢管横移车发挥着关键性的作用。四轮钢管横移车不仅具有运行平稳的特性，同时还具有运输效率高的特点，保证了制管企业连续生产的需要。在长期的运行过程中，发现现在使用的钢管横移车存在着一些问题，主要表现在精确定位能力较差以及控制方式缺陷明显。为了更好地提高工作效率，需要对这些问题提出解决方案，从而使四轮钢管横移车满足现在生产的要求。

1 四轮钢管横移车存在的缺点

现在使用的四轮钢管横移车中采用的定位方式基本是使用增量式编码器、计数器以及接近开关，通过这些元器件构成一个控制单元，从而实现对四轮钢管横移车的定位。显然，在这个定位过程中，需要接近开关和每个工位的挡铁发生感应，才能够最终确定横移车的位置。在车间运行的过程中，由于车间情况复杂，横移车控制结构较多，容易出现定位错误，严重情况下会造成横移车部件损坏，动力电缆被破坏等较为严重的事故，从而使横移车失去功能，影响车间的正常生产秩序。

1.1 增量式编码器

增量式编码器结合PLC 控制器，主要用于横移车位置的判断定位。通常情况下，增量式编码器被固定在车轮部位或者是电机部位，通过高速计数器模块对车轮进行计数，从而判断出横移车的位置，然后进行车辆定位。这种定位方式属于相对定位，定位的参考系还是车辆本身。在一般的情况下，这种定位方式较为稳妥，可以实现车辆的定位需求。这种相对位移设计有一明显的缺点，就是当车轮发生空转时，增量式编码器认为车轮发生转动，从而影响定位的准确度。在一些较为敏感的工位上，特别是在轨道上有油污或者是轨道交叉处，车轮出现打滑现象，就会将错误信号发送到编码器，从而使横移车发生定位错误，最终导致横移车运行错乱，不仅造成工作秩序的破坏，也可能造成财产和人员的损失。

1.2 接进开关

接近开关主要对于各个工位进行确认。在接近开关与增量式编码器的共同作用下对横移车进行定位。在横移车运行的过程中，如果接近开关没有对某一工位的接近开关感应，就会造成定位错误，车辆还会依据以前的轨迹运行，从而使钢管车发生错误位移，造成车辆错误运行，可能导致钢管发生碰撞或造成人员伤害。

1.3 车辆设计缺陷

钢管横移车在设计时，没有考虑到人员因素，没有针对人员的防护措施，即车辆仅用于钢管运输，对于其他的人员作业不做任何防护，也没有防护措施，这样在运输的过程中无法探知是否有工作人员存在，在安全上存在一定的漏洞，容易在车辆运行的过程中造成人员伤害。

2 四轮钢管横移车精确定位的改进

四轮钢管横移车的精确定位，可以采取声、光、电多种方式结合的办法，这样可以有效地提高四轮钢管横移车的定位准确度。较容易实现的是采用激光测距的方式，这样能够较好地解决横移车的自动定位问题。采用实时激光测距传感器可以提高定位的精度。实时激光测距传感器可以安装在同一车的车体上，这样可以有利于车辆的运行得知车辆的位置。测距的依据可以确定车辆的运行轨道，这样可以确保横移车的运行准确度。在轨道端部安装激光反射板，使车辆能够准确的感知位置变化。为了提高测量的容错率，可以增加一个测量传感器，这样可以防止激光被遮挡后发生的定位错误。

在控制单元上主要是采用相应的PLC 激光处理器。对每一台横移车进行编号，这样确定横移车的位置，同样也确定各个工位的位置。这种定位方式的工作原理主要是根据激光信号来进行定位。当车辆处于静止状态时，激光信号终止，此时可以判定为车辆静止。当车辆运行时，激光信号接通，获取车辆的实际位置。控制单元根据激光传感器传回的数据，对数据进行分析，所获取的数据在一定的范围之内，如果出现偏差，则认为受到外界干扰，此时可以发出现场提示，对工作环境进行检查，这样可以有效避免定位错误。在处理当前车位时，为了获取其他工位的情况，车辆需要进行一个快速移动通过对每个工位的检查，能感知工位上是否存在钢管，并将信息储存在控制器中，这样在运行的过程中就可以实现自动运行。由于有预先的运行数据，掌握所有的钢管信息，从而提高工作效率，同时也减轻车辆的维护成本。

3 防止钢管之间的碰撞以及对人员的防护

3.1 防止钢管之间的碰撞

在设计的过程中，由于钢管横移车已经采用高精度的激光实时测距传感器，因此，可以有效地防止钢管之间的碰撞。但是，为了更好地减少钢管之间的碰撞，需要在横移车上再安装一束激光传感器，用于测量横移车与下一工位之间的距离。当横移车与下一工位之间的距离较小时，就会下达指令，使横移车停止前进，从而避免钢管之间的碰撞。安全距离的确定，可以由工作人员实际进行测量，再输入到系统中，可以提高安全系数。这样在以后的运行过程中就不需要再次输入，从而提高数据的稳定性，保证生产的顺利进行。

3.2 人员的防护

为了有效保护人员，防止人员伤害事故的发生，需要在钢管横移车上增加相应的保护措施，从而降低钢管横移车对于人员的伤害。人员的防护同样要采用光电的形式进行，这样能够很好地实现设备自动化控制。为了更好地做好人员防护，通常使用安全光幕作为防护手段。安全光幕具有较好的防护效果。安全光幕主要有发射和接收单元、控制单元和输出电路等组成，这些单元在控制单元的协调下实现对人员的防护。安全光幕的应用范围较广，这与安全光幕的特性有着重要的联系，安全光幕安全防护等级较高，设备布置比较容易，反应时间比较短，属于非接触性的检测，因此可以实现完全自动化。安全光幕主要执行机构是由发射单元和接收单元组成，在这两个单元配合下形成一个完整的控制区间，在这个区间中能够对可能出现的对象进行可靠的检测。当不透明的物体阻挡了光幕时，光幕的整体性就会遭到破坏，在接收单元就会产生变化，物体就会被检测出来。

在钢管横移车上安装安全光幕，使其检测范围覆盖到车的两侧，这样当人员出现在运输车的两侧时，就会触发光幕报警。报警信号传递到PLC 中，根据预先设定的程序，车辆将停止运动，这样就避免人员与车辆的接触。当人员脱离光幕的范围之后，PLC 发出指令，控制车辆继续前行，这样可以有效的保证人员的安全。由于工厂环境的特殊性，在原来光幕报警的基础上还可以增加一定的声音报警，这样可以有效地将警情传达到车间，对其他人员发出警告，防止其他人出现意外情况。

3.3 设备的防护

为了更加有效地对设备进行防护，在钢管横移车的控制手段中要增加人机界面，这样可以有助于工作人员确切了解钢管位置信息以及钢管横移车的位置信息。在必要的条件下可以进行人工手动操作，从而确保钢管横移车的运行安全。为了降低钢管横移车在运行中的运动冲击，需要对钢管横移车增加减速机构，这样可以减轻钢管横移车在速度转变过程中受到的运动冲击，提高钢管横移车的使用寿命。如果钢管横移车完全处于自动控制的情况下，将无法实现车辆的及时变速，从而增加钢管横移车的运行危险。因此，钢管横移车的控制系统中就需要增加人工操作系统，能够有效地避免出现运动超速的情况。如果出现运动超速，操作人员可以使用人工操作的手段控制目标位置，通过点击按钮实现运动速度的改变，使其能够按照平稳的速度进行加速、减速，减少对于工位的冲击，从而有效地保护机械设备，提高机械设备的使用效率，降低维修维护成本。