摘要：随着新的集装箱码头不断建成，大量新培养桥吊司机上岗作业。由于技术不熟练导致操作失误、安全事故频发。针对该问题，从事故的预防出发，研制了监测吊具倾斜和桥吊起升安全保护系统，保障码头关键设备处于良好安全的运行状态。

关键词：集装箱岸边起重机 安全 保护 吊具 防过倾

l． 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 开发原因

自2003年以来，上海地区陆续有外高桥4期、5期，洋山1期、2期、3期A标、3期B标等多个大型集装箱码头相继建成投产，同时原外高桥l期、2期、3期等集装箱码头也在不断增添岸桥，目前岸桥总数已急剧上升超过135台。大量技术熟练的桥吊司机先后被支援给各大新码头。近年来，上海沪东集装箱有限公司也抽调了大量技术熟练的桥吊司机支援洋山港码头，而大量新培养的桥吊司机由于技术生疏导致的操作失误、安全事故频发。例如，桥吊司机由于操作失误，吊具锁钮钩箱，仍继续起升使得吊具严重倾斜，导致起升钢丝绳从滑轮中跳槽等，造成钢丝绳报废，直接经济损失达10万元。

根据上海沪东集装箱公司新司机多、桥吊作业密度高的特点，公司技术人员认为有必要通过科学技术手段，控制上述事故发生。在2008年研制开发了 桥吊起升防过倾安全保护装置 ．它可为桥吊现场作业提供安全技术防范，提升安全技术管理水平，保障码头关键设备处于良好安全的运行状态，为公司安全生产保驾护航。

2． 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 研制

2．1 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 结构图

设计开发了 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 ，如图l所示。装置安装在桥吊上吊架上，吊具倾斜角度数据可通过传感器模块采集、预处理，转化为串口信号，转人到数据微处理模块处理，最后将数据输出至桥吊PLC控制器，PLC根据与预先设计的安全作业工况进行对比，从而判定设备运行的状态。一旦超过安全设定值，在司机室控制台上立即报警提示，同时PLC马上发出停止运行指令，当倾斜角度值在或恢复到设定值区域内，设备进人正常工作。

2．2传感处理模块选型

研制 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 的关键，就是要选择合适的高精度角度传感器。通过对市场现有高精度角度传感器产品调查研究发现，芬兰VTI公司利用MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM)微电子技术开发的SCA100T高精度角度传感器，体积小，重量仅1.2g。MEMS技术是2l世纪前沿技术，利用MEMS技术可以在硅芯片上加工开发出完整的微电子机械系统，包含微型传感器、微型机械结构、信号处理和控制电路、通讯接口等于一体的微型器件，把信息系统的微型化、多功能化、智能化和可靠性水平提高到新的高度。

2．3SCA100T双轴高精度角度传感器简介

该器件结构原理见图1，内部包含一个硅敏感微电容传感器和一个ASIC专用集成电路，ASIC电路集成了EEPROM存储器、信号放大器、A/D转换器、温度传感器和SPI串行通讯接口，组成了一个完整的数字化传感器。它在温度和时间方面的可靠性和稳定性极高，具有仪表级的良好性能。其广泛的温度范围、高负荷和高抗震性、低噪音、高分辨率以及较强的抗冲击性能使之在双轴平台调平、倾斜测量、垂直方向各种角度测量方面得到广泛应用，也非常适合集装箱桥吊作业工况要求。

2.4SCA100T结构和特性

*XY双轴高分辨率双向测量

*串行外部接口(SPI)兼容，输出倾角和温度信号

*单电源+5VDC供电，工作电流3mA

*量程 30( 0.5g)或 90( 1.0g)

*输出灵敏度4V／g( 0．5g)或2V／g( 1．0g)

*最高分辨率为0．0008 ，零点温漂少于0．1mg／℃

*模拟量输出和11位数字量输出

*AD转换时间50ms

*内置温度传感器和温度补偿

*数字激活内部故障自测试(self-test)

*噪声低，工作温度范围宽(-40℃~+125℃)

*可承受超过20000g的机械冲击。

器件采用塑料SMD封装，DIL-12脚，无铅回流焊接。见图2。

2．5SCA100T工作原理

SCA100T是一种静态加速度传感器，其工作原理就是利用测量重力加速度的分量，当传感器静止时，即当传感器传感轴设置为与重力矢量垂直时，作用在它上面的只有重力加速度。重力和传感器之间夹角就是倾斜角a，以传感器x轴为例，加速度信号输出与重力加速度之间关系如下：ax=g*sina，式中ax表示加速度输出，g为重力加速度，a是倾斜角度。为了计算倾斜角度，可通过反正弦方程求解：a=arcsin(ax／g)，这样可得出实际测量角度值。当SCA100T传感器传感轴与重力矢量垂直时，即与水平面平行时，SCA100T传感器对倾斜角度变化的灵敏度达到最高，而当SCA100T传感器传感轴与重力方向一致时，对倾斜角度变化的灵敏度为最低。SCA100T传感器的传感轴安装为与测量倾斜仪轴向垂直，采用双轴(X、Y轴)测量值合成计算倾斜角度，在小倾角测量时，具有高分辨率和高精度的特点，这与桥吊吊具运行工况相符合。该传感器每介轴可以检测1～90之间倾角，所对应的输出电压为0．5～4．5V。该传感器也是一种极距变化型电容式传感器，可根据所受重力的大小而改变电容两极板间的距离，使其电容随之变化，最终导致输出电压的变化。

同时利用内置的温度传感器对倾斜角处理单元进行温度补偿，获得更精确的角度值。微处理模块将与SCA100T的SPI通讯接口对应连接起来，以SCA100T本身带有的SPI通讯格式读取倾角数据，然后利用串口转换芯片以RS485或RS232通讯协议格式输出，微处理模块将计算处理结果输出给桥吊PLC控制器，根据设定安全倾斜角度，达到控制吊具起升、下降安全保护作用。

3． 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 实际应用及其作用

3．1装置实际应用

集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 由SCA100T双轴高精度角度传感器、通讯转换模块、数据微处理模块、变压器等组成。研制中对装置采取特殊密封保护，使之达到IP65防雨水等级，装置安装在桥吊吊具上架平台，利用吊具电缆传输信号至桥吊PLC。同时对桥吊PLC逻辑控制程序进行了编辑改进，使之与桥吊作业联锁保护，即当SCA100T传感器倾斜角度值(X或Y轴)超出设定值 2．5 (可按各公司工况需要自行设定)，立即在司机控制台上报警提示，同时停止设备运行，司机此时只有通过旁路作业模式进行操作，当SCA100T传感器倾斜角度值小于设定角度值后，才能恢复正常作业模式。还对吊具正常作业时瞬时晃动可能产生倾斜角度大于设定角度的情况，对控制程序进行了逻辑编辑优化，规避装置误动作的发生。

3．2装置主要作用：

1)控制吊具倾斜角度在安全范围，避免了传统吊具突发倾斜导致钢丝绳跳槽事故发生；

2)在吊具倾斜挂舱或卡槽超过设定值瞬时，立即报警提示并自动停止起升或下降，防止事态进一步扩大，起到安全保护作用；

3)对因货物偏载(没有超载)而导致吊具过度倾斜现象进行安全保护；

4)规避以往司机误操作导致桥吊吊具严重倾斜现象发生。譬如在装船过程中，司机由于估计有误、注意力不集中或瞬时突风等各种原因，使得吊具上集装箱底部内沿或外沿一侧与已堆放好的集装箱上部边缘侧相碰擦，如果下降速度过快极有可能产生不可预计的事故。

5)可对吊装晃动要求较严格的大型贵重物件或危险品实施个性化调整，可实时设定吊具倾斜安全角度，使得吊具平稳起升下降，达到安全保护作用。

4．结束语

上海沪东集装箱有限公司自2008年11月在部分桥吊上安装了 集装箱岸边起重机吊具防过倾安全保护系统 ，运行情况稳定、精度高、响应快、耗电省、成本较低，适合集装箱作业环境要求，该系统在实际应用中，避免了多起潜在事故，起到了安全保护作用，已成为一种安全技术防护措施，具有良好的社会效益和经济效益。