摘要：
针对八钢炼铁分公司焦化分厂新建干熄焦系统投运后频繁出现电机车与其他移动设备发生碰撞事故，利用工业蓝牙技术设计出一种立体交叉作业环境防事故控制装置。它不但可以避免人为操作因素发生的可能，而且结构简单，极大减少安装时间和材料，可以实现设备自由移动的需求。本文就这种立体交叉作业环境防事碰撞控制设计进行论述，介绍了软硬件相结合的现代控制技术在立体交叉作业环境作业防碰撞控制中的综合运用及设计思想。
关键词： 立体交叉移动设备；防碰撞装置； PLC；工业蓝牙技术
1.前言
目前，在我国大型冶金、工矿企业中，有一些运输设备是操作人员在操作室内人工作业，由于生产任务的逐年提高，劳动强度越来越大，稍微出现精力不集中就会出现与协同作业的乡邻运动设备发生碰撞，所造成的设备损坏采购成本是相当昂贵的，这还不算事故停机成本。最大限度改善作业环境、稳定生产、减少移动设备碰撞造成的减产、设备损坏，追求设备的本质化安全已经成为企业面的课题。
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2.存在问题
焦化四大车熄焦车2009年3月提升机放焦罐时空罐落在运行的熄焦车满灌事故; 干熄焦操作工在手动操作提升机时，未得到中控工回复的情况下就进行了提升机操作，这时另外一台机车正好要从1期提升机架下穿过到2期区域，造成空罐落在行驶机车的装满红焦罐车上，空罐卡阻在炙热的满灌内。不仅造成停产而且使大型设备焦罐变形损坏。另外一起事故：四大车熄焦车在干熄焦APS夹紧装置没有收回来时穿越行驶，将APS夹紧装置撞毁。
交叉作业设备防撞控制是设备本质化安全的需要，其设计目标是避免2个干熄焦交叉作业环境下相邻熄焦车、提升机焦罐、APS夹紧装置发生碰撞。以此可以在立体交叉作业环境的移动设备的联锁控制推广实施。
3.设计思路和应用
每台熄焦车的防碰撞控制由以下几部分组成:相邻作业设备运行状态信号的读取发送的工业蓝牙无线设备，现场电气原件（APS夹紧装置位置检测的磁开关、熄焦车发射允许提升机工作的按钮开关）、移动设备的PLC系统、现场总线系统、干熄焦控制室PLC系统等。设置在干熄焦中控室的PLC与3台熄焦车、2台提升机、2套APS夹紧装置通过菲尼克斯电气的工业蓝牙技术进行通讯互相获得信息达到防撞目的。
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4. 功能实现的关键
熄焦车是由操作工人人工操作完成的工作，其他作业环境的信息靠眼看、耳听判断、无线对讲通讯，但是一时的疏忽大意就会造成事故的发生。实现自动判断的防撞控制，关系到日常生产作业的本质化安全。设计多台熄焦车、提升机、APS夹紧装置位置协同作业防撞控制时，要将以上关联设备的每个动态状态或位置信息准确传递到对方控制连锁系统，由基于自动控制系统（L1）实现自动防撞控制功能。
4.1 移动设备获取作业环境内其他设备状态的实现
移动设备能够在作业过程中获取相关联设备的运行状态及位置，才能实现本质化安全的防碰撞控制。没有实现无人操作的机车等移动设备，它的控制全在运动的机车内，与车外取得联系，需大范围的铺设可以移动的电缆，用这种常规方法很难到达。实现的关键在于本质化安全控制结合无线技术应用，能够使数据通过电磁波在开放的立体空间内传输。选择蓝牙无线技术可以在不使用电缆的情况下点对点或多点对点交换信号。通过收发器可以传达数字量信号，也可以传达模拟量信号。这对于小数据包的周期性传输提供最佳解决方案。蓝牙通讯系统示意图如下：
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蓝牙通讯系统示意图
4.2 相关范围内其他运动设备动作位置采集与交换
控制线路及软件编程实现防碰撞：在对于协同作业相关作业环境内，利用蓝牙（蓝牙是能够在金属环境和高干扰等级下进行非常可靠的数据传输的标准化无线技术）将相关联的动作活动位置信号采集传输到协同作业系统的LOGO/PLC/DCS，当本地控制系统得到相邻运动设备信息如焦炉熄焦车运行过程中，不会与没有收回的APS夹紧装置、提升机正在下降中的焦罐与运行的电机车焦罐落在一起发生碰撞，达到碰撞干扰情况出现时，则进行“警停报警”，并使得控制系统立即停止运行。
5 系统改造设备在可靠性方面应考虑的问题
在工业应用中，传输系统的可靠性是第一位的。我们工作的环境，有无线对讲机的通讯信号、有变频器的谐波干扰信号等等，工业领域无线技术应用的最重要的先决条件是它能够具有与有线方式在恶劣条件下相同可靠性和更高的灵活性。它的使用频率不能与工作环境内的其他无线设备设施冲突及相互干扰。该项目中选择的蓝牙无线通信方式，采用了FHSS（跳频扩频技术）
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由于数据被分割为非常小的数据包，在不同频率的通道内发送，所以，即使发生冲突，也可以在很短的时间内（微秒）更改发射通道，菲尼克斯的蓝牙设备采用的ISM 2.4G免费频段，并在835M Hz的范围内均分了79个通道供蓝牙通讯使用（见下图）
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在选择数据传输距离时，要从分考虑遮挡物对信号的衰减以及在传播路径上发生反射、折射，其中混凝土墙板、起重机物体的信号衰减达20-30dB，衰减传输达2-20米。所以在安装上我们选择了模块内置，天线外置的安装方式，见下图
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6．结束语
立体交叉作业环境作业防碰撞控制实现了设备自由移动的需求，它是利用工业蓝牙技术完成的一种防碰撞控制装置。可以有效地避免事故的发生和扩大。可应用于冶金、煤炭、矿山、货运仓储等行业自动控制系。它的成功应用证明了无线技术在工业领域作为无线网络基础设施以及在移动传输控制方面的价值。同时也需要我们技术工作者不断挖掘出更多、更好的应用方案及领域。
参考文献 《工业无线测控传输及通讯技术》菲尼克斯电气中国
作者：佘林林， 女， 45岁， 大专，电气高级工程师 乌鲁木齐(830022)新疆八一钢铁公司炼铁分公司
