橋吊、龍門吊司機安全規(guī)范操作識別及語音提醒系統(tǒng)探討

摘要：前些年，由于碼頭起重設(shè)備操作司機未嚴(yán)格按設(shè)備操作規(guī)程操作，導(dǎo)致了一些意外情況發(fā)生，造成了一些不必要的損失，因此有必要通過技術(shù)改進強化起重設(shè)備操作司機的安全操作意識。改進后的系統(tǒng)能智能識別起重設(shè)備操作司機是否按規(guī)范作業(yè)操作;及時用語音提醒起重設(shè)備操作司機，有助于糾正不安全操作行為;實時記錄不安全行為類型，為后續(xù)起重設(shè)備操作司機操作安全評估提供數(shù)據(jù)支持，十分適用于碼頭起重設(shè)備安全作業(yè)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：常見安全操作問題;智能識別;語音提醒

0? ? 引言

隨著我國進入“穩(wěn)中求進”的經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，安全生產(chǎn)成為經(jīng)濟、社會持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。鑒于港口起重作業(yè)的特殊性，如何做好港口起重作業(yè)安全工作，一直是各層級領(lǐng)導(dǎo)的重要關(guān)切事項。物的安全是起重作業(yè)安全基礎(chǔ)，由于海潤集裝箱碼頭目前集中于內(nèi)貿(mào)作業(yè)，面臨作業(yè)船舶、集裝箱、鈕鎖等老、舊、變形各種復(fù)雜情況，在這種安全生產(chǎn)基礎(chǔ)較差的條件下，安全生產(chǎn)還需聚焦于“人的因素”。當(dāng)新增的智能識別程序識別出操作司機存在典型的幾類不規(guī)范操作時，不僅可及時用語音進行提醒，還可在CMS里自動記錄對應(yīng)的警告信息，實時記錄不安全行為類型，為后續(xù)起重設(shè)備操作司機操作安全評估提供數(shù)據(jù)支持，以便進行司機安全操作相關(guān)問題的教育、考核。起重設(shè)備操作司機良好的、合乎規(guī)范的起重設(shè)備操作習(xí)慣，有利于公司“安全第一、預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針落地。

1? ? 存在的問題

前些年，有些港口由于起重設(shè)備操作司機未嚴(yán)格按設(shè)備操作規(guī)程操作，導(dǎo)致了一些意外情況發(fā)生，造成了一些不必要的損失。主要存在以下幾種常見問題：

（1）存在集裝箱起吊未確認問題。曾經(jīng)有橋吊未執(zhí)行起吊30 cm確認動作，把船上最海側(cè)要起吊集裝箱下一層的集裝箱鉤掛后掉落海里，物的不安全是主因（起吊的集裝箱與下一層集裝箱之間的一側(cè)鈕鎖黏連），橋吊未執(zhí)行起吊30 cm確認動作是事故誘因;對場內(nèi)龍門吊也一樣，30 cm確認動作是可減少或避免事故損失的重要措施，也有相關(guān)事故案例：由于拖車忘了解除車架與箱子間旋鎖，龍門吊未30 cm確認直接起吊至較高位置，把車架連同拖車一起吊起后，車架與箱子間旋鎖不堪負重先單邊斷再另一邊斷，導(dǎo)致車架連同拖車一起側(cè)翻。

（2）存在減速區(qū)域依賴設(shè)備自動減速功能作業(yè)的問題。未主動控制手柄進行減速操作，若設(shè)備減速功能意外失效，容易造成不必要的損失。

（3）存在未著箱（特別是小車或起升機構(gòu)還在運行時）進行吊具開閉鎖操作的問題。

（4）存在龍門吊檢測到軌道有異物保護停止，操作司機由于觀察視野不全面，盲目打旁路強行走大車的問題。

2? ? 方案與實施

針對上述幾種常見問題，我們的方案是在設(shè)備原有電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加橋吊、龍門吊司機安全規(guī)范操作識別程序邏輯設(shè)計、語音提醒模塊，并在CMS里新增相關(guān)警告顯示信息，遠程采集CMS非規(guī)范操作記錄數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計等。安全規(guī)范操作識別程序邏輯能智能識別橋吊和龍門吊操作司機是否按規(guī)范操作，如起吊時是否進行安全確認、減速區(qū)是否主動減速、進行開閉鎖變換動作請求時的操作條件是否滿足要求、龍門吊走大車檢測到軌道有異物時提醒等四種情況，通過司機室內(nèi)新增的語音提醒模塊，能自動進行相應(yīng)語音提醒，強化司機安全操作意識，減少因不規(guī)范操作引起的安全隱患，達到防患于未然的目的。

2.1? ? 軟件程序設(shè)計方案

由于我港口起重設(shè)備PLC種類繁多，程序體現(xiàn)方式也多種多樣（梯形圖、語句表、功能塊等），為適用各型PLC，下面各方案中不以具體的程序來框定想法，而采用通用設(shè)計思路來表達，例圖的程序作為理解設(shè)計思路的參考。

（1）智能識別橋吊司機是否做好30 cm安全確認操作。

通過采集吊具開閉鎖、著箱信號，結(jié)合司機各種操作指令如開閉鎖指令、吊具升/降指令，根據(jù)起升實時位置與相關(guān)指令動作瞬時記憶位置相對行程情況，應(yīng)用閉鎖吊箱起升判斷、開鎖空吊具起升判斷、司機操作是否符合30 cm安全確認操作模型判斷等程序智能識別司機是否做好30 cm確認操作。具體邏輯思路如下：首先進行吊箱下降并著箱后第一次開鎖動作鎖存記憶，目的是判斷脫箱操作，非第一次脫箱操作（比如開鎖狀態(tài)多次對箱操作）不作起吊確認要求;其次把第一次開鎖動作鎖存記憶和吊箱閉鎖信號作為并列條件，結(jié)合司機控制的吊具起升指令，當(dāng)著箱信號消失瞬間作鎖存記憶，該鎖存記憶為起吊鎖存，起吊鎖存記憶動作時，復(fù)位上面第一次開鎖動作鎖存記憶，同時用上升沿瞬間對當(dāng)時的起升高度進行記憶，并把實時的起升高度與記憶的高度不斷進行比較計算，即開始實時計算起吊后的起升高度差值，當(dāng)差值大于設(shè)定的、概念上的“30 cm”高度范圍數(shù)值且起吊鎖存記憶還處于動作狀態(tài)時，我們判斷為司機未做好30 cm確認操作，使相應(yīng)警告繼電器動作，司機室響起“請30 cm確認”語音提醒;當(dāng)實時計算的起吊后起升高度差值還小于設(shè)定的、概念上的“30 cm”高度范圍數(shù)值時，司機有控制手柄歸零使吊具停止上升的情況，如起升機構(gòu)制動器抱閘信號或起升實時速度約等于零或司機操作控制的起升手柄歸零超過設(shè)定時間，則復(fù)位起吊鎖存記憶，我們判斷為司機已做好30 cm確認操作，從而不會觸發(fā)警告繼電器動作。當(dāng)然，只要司機有控制手柄歸零使吊具停止上升的情況，如起升機構(gòu)制動器抱閘信號或起升實時速度約等于零或司機操作控制的起升手柄歸零超過設(shè)定時間，就復(fù)位所有相關(guān)鎖存記憶，包括警告繼電器，為下次的操作檢測做準(zhǔn)備。例圖如圖1所示。

對圖1解說如下：第一、第二段程序吊箱下降并著箱后第一次開鎖動作鎖存記憶，目的是判斷脫箱操作正常開鎖狀態(tài)判斷，第三段為閉鎖狀態(tài)下或前面開鎖脫箱鎖存動作情況下，司機控制吊具起升，當(dāng)著箱信號消失瞬間，進行起吊鎖存（DB11），同時復(fù)位第二段開鎖脫箱鎖存;第四、五段是起吊鎖存DB11為1瞬間，把吊具起升高度記憶起來放在DW2存儲器里，第六、七段是起吊鎖存DB11為1時，比較起升實時速度是否等于零;第八段把實時的起升高度與記憶的高度不斷進行比較計算，即開始實時計算起吊后的起升高度差值;第九、十段是當(dāng)實時計算的起吊后起升高度差值還小于設(shè)定的、概念上的“30 cm”高度范圍數(shù)值時，司機有控制手柄歸零使吊具停止上升的情況，如起升機構(gòu)制動器抱閘信號或起升實時速度等于零或司機操作控制的起升手柄歸零超過設(shè)定時間3 s，則復(fù)位起吊鎖存記憶，我們判斷為司機已做好30 cm確認操作，從而不會觸發(fā)警告繼電器動作;當(dāng)差值大于設(shè)定的、概念上的“30 cm”高度范圍數(shù)值（DB12=1）且起吊鎖存記憶DB11=1即還處于動作狀態(tài)時，我們判斷為司機未做好起吊確認操作，使相應(yīng)警告繼電器動作。

圖2為司機操作是否符合起吊確認操作模型判斷程序框圖。

（2）智能識別司機是否做到不依賴于設(shè)備自身減速功能，主動控制手柄給定速度進行減速操作。

通過采集起升和小車實時速度信息，結(jié)合司機各種操作指令如吊具升/降指令、小車前進/后退控制指令、吊具升/降和小車前進/后退速度指令，根據(jù)吊具和小車各機構(gòu)各處減速區(qū)域數(shù)據(jù)情況，應(yīng)用吊具下降位置與速度匹配判斷、吊具上升位置與速度匹配判斷、小車前進/后退位置與速度匹配判斷智能識別司機是否做到不依賴于設(shè)備自身減速功能，主動控制手柄給定速度進行減速操作。具體邏輯思路如下：首先根據(jù)不同設(shè)備手柄控制給定對應(yīng)速度情況，合理設(shè)定檢測值，把實時的起升（小車）手柄給定與設(shè)定的檢測值不斷進行比較，同時也把起升（小車）實時的速度與減速檢測點相適應(yīng)的設(shè)定值不斷進行比較，當(dāng)起升（小車）運行在設(shè)備預(yù)設(shè)減速位置時，如果司機控制的起升（小車）手柄給定速度小于設(shè)定值或?qū)嶋H對應(yīng)機構(gòu)運行速度低于對應(yīng)的設(shè)定值，可以認為司機有在減速區(qū)主動減速操作;相反地，當(dāng)起升（小車）運行在設(shè)備預(yù)設(shè)減速位置時，如果司機控制的起升（小車）手柄給定速度大于設(shè)定值且實際對應(yīng)機構(gòu)運行速度高于對應(yīng)的設(shè)定值，則認為司機沒在減速區(qū)做主動減速操作，觸發(fā)“請減速”警告繼電器動作，司機室響起“請減速”語音提醒。

（3）智能識別橋吊、龍門吊司機在作業(yè)時是否按照集裝箱開閉鎖操作規(guī)范來進行操作。

通過采集吊具開閉鎖信號、著箱信號、松繩信號、重量傳感器信息、起升和小車實時速度信息，結(jié)合司機各種操作指令如開閉鎖指令、吊具升/降指令、小車前進/后退控制指令，根據(jù)吊具開閉鎖操作必須在有確認著箱，而且無吊具升降、無小車運行等工況下才能進行，應(yīng)用吊具開閉鎖狀態(tài)和指令結(jié)合著箱變化狀態(tài)與司機各種指令匹配判斷等程序智能識別司機是否按規(guī)范執(zhí)行集裝箱開閉鎖操作。具體邏輯思路如下：首先不斷檢測起升機構(gòu)和小車機構(gòu)運行是否處于零速以及吊具下負載是否小于合適的設(shè)定值。吊具開（閉）鎖操作指令出現(xiàn)時需滿足如下條件：1）起升機構(gòu)和小車機構(gòu)運行處于零速、吊具下負載小于合適的設(shè)定值;2）有著箱信號或吊具上架松繩信號;3）無吊具升降、無小車運行等任何工況;4）有開鎖或閉鎖正常信號情況下，司機室主控、吊具模式以及吊具油泵合信號都正常。符合上述條件，判斷為正常開閉鎖操作，否則判斷為非正常開閉鎖操作，鑒于有些設(shè)備開閉鎖指令是開關(guān)形式（不是按鈕形式）的，還要對指令進行優(yōu)化，比如采用從改變指令狀態(tài)開始計時，在一段時間內(nèi)才有效（或旋鎖狀態(tài)對應(yīng)后失效）進行優(yōu)化，當(dāng)不滿足上述條件時有吊具開（閉）鎖操作指令變化（出現(xiàn)），則觸發(fā)“未著箱不能開閉鎖”警告繼電器動作，司機室響起“未著箱不能開閉鎖”語音提醒。

（4）智能識別龍門吊司機走大車操作時是否按照軌道有異物需要主動避障的操作規(guī)范來進行作業(yè)。

采集龍門吊大車軌道方向障礙物檢測信號和側(cè)向糾偏激光防撞檢測信號等，當(dāng)保護程序引發(fā)大車非司機操作停止時，能通過程序識別是否是因大車軌道方向障礙物引起，如果是，通過語音告知司機“軌道有異物”，防止個別司機盲目打防撞旁路而引發(fā)不必要的事故。司機還控制大車手柄想繼續(xù)行走時，能持續(xù)播放“軌道有異物請注意”提醒語音。

2.2? ? 實施情況

2.2.1? ? 程序編輯實施

根據(jù)不同PLC型號，把程序設(shè)計方案轉(zhuǎn)換為相應(yīng)PLC程序下載進PLC。

2.2.2? ? 自動進行語音提醒

預(yù)先進行語音模塊錄入，通過PLC輸出控制語音輸出觸發(fā)，當(dāng)新增的智能識別程序識別出操作司機未做30 cm安全確認操作動作時，司機室里新增的語音播報揚聲器就會發(fā)出“請30 cm確認”提醒語音;當(dāng)智能識別出減速區(qū)司機未主動減速時，揚聲器就會發(fā)出“請減速”提醒語音;當(dāng)智能識別出不正常的司機開閉鎖操作時，揚聲器就會發(fā)出“未著箱不能開閉鎖”提醒語音;當(dāng)檢測到龍門吊軌道有異物而司機繼續(xù)走大車時，揚聲器發(fā)出“軌道有異物請注意”等提醒語音。

2.2.3? ? CMS里記錄非規(guī)范作業(yè)操作

當(dāng)新增的智能識別程序識別出操作司機存在上述不規(guī)范操作時，不僅用語音進行提醒，還在CMS里自動記錄對應(yīng)的警告信息，實時記錄不安全行為類型，通過數(shù)據(jù)跟蹤采集，結(jié)合操作司機作業(yè)班次、人員信息，為后續(xù)評估操作司機是否安全操作提供了數(shù)據(jù)支持，方便了司機安全操作教育、考核。

3? ? 效果

（1）通過語音提醒強化起重設(shè)備操作安全意識。

（2）實時記錄不安全行為類型，為起重設(shè)備操作司機的操作安全評估與考核提供數(shù)據(jù)支持。查閱CMS里非規(guī)范作業(yè)操作記錄發(fā)現(xiàn)，剛開始設(shè)計程序摸底、未加裝語音提醒時，大部分起重設(shè)備操作司機幾乎每吊都未有效執(zhí)行起吊30 cm確認操作;加裝語音提醒功能后，非規(guī)范作業(yè)操作記錄量一天比一天明顯減少，特別是在最初十天左右，數(shù)量驟減明顯，隨著時間的推移，慢慢發(fā)現(xiàn)后續(xù)只有個別起重設(shè)備操作司機存在非規(guī)范作業(yè)操作，以CMS記錄表單匯總數(shù)據(jù)為依據(jù)，對司機進行安全操作教育、考核，效果明顯。

4? ? 結(jié)語

安全始于物，止于人，“安全第一、預(yù)防為主”，物的不安全是安全風(fēng)險的根源，但人的規(guī)范安全行為能減少、減輕甚至避免很多安全問題，從多角度、多方位加強起重設(shè)備操作司機安全操作管控，可以從“人的因素”這一源頭上降低碼頭安全作業(yè)風(fēng)險。

收稿日期：2020-01-10

作者簡介：鐘增軍（1979—），男，福建武平人，研究方向：港口設(shè)備PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、維修和變頻器故障檢修。