天車防撞器的工作原理是通過多維度感知、智能分析決策與動態執行控制的協同運作,實現對天車(橋式 / 門式起重機)運行過程中碰撞風險的實時監測、預警及主動干預,核心邏輯可拆解為以下三個關鍵環節:
一、目標感知與信息采集:實時捕捉空間位置與運動狀態
防撞器的核心是通過傳感器獲取天車與周圍障礙物(如其他天車、軌道端點、廠房立柱、地面設備等)的相對位置、距離及運動參數,主流技術路徑包括:
激光測距技術:
激光發射器向目標發射激光脈沖,通過接收反射信號的時間差(或相位差)計算距離,精度可達 ±1cm,適用于直線軌道上的天車對向或同向運行場景,能快速識別 50 米內的固定 / 移動目標。
毫米波雷達技術:
發射 24GHz 或 77GHz 頻段的電磁波,通過多普勒效應檢測目標的相對速度和距離,不受雨、霧、粉塵、強光等環境干擾,適合冶金、礦山等惡劣工況,可同時追蹤 8 個以上移動目標。
UWB(超寬帶)定位技術:
通過天車與軌道沿線部署的錨點之間的無線信號傳輸,實現三維空間內的厘米級定位,結合預設的軌道坐標,精準判斷天車是否進入危險區域,多用于多臺天車交叉作業的復雜場景。
輔助傳感補充:
部分系統集成傾角傳感器(監測天車傾斜狀態)、載重傳感器(結合負載調整安全閾值)、編碼器(記錄天車運行速度與位移),為風險評估提供多維度數據。
安全距離動態計算:
控制器根據天車當前運行速度(速度越快,安全距離越大)、負載重量(重載需更長制動距離)、軌道坡度等參數,自動計算 “安全閾值”(如預警距離、減速距離、緊急停車距離)。
例:空載天車以 5m/min 速度運行時,安全距離可能設為 3 米;滿載以 10m/min 運行時,安全距離自動擴展至 8 米。
軌跡預測與沖突判斷:
通過持續監測目標(如另一臺天車)的運動方向和速度,預測未來 3-5 秒的運行軌跡,若兩條軌跡存在交叉且距離小于安全閾值,則判定為 “高風險”。
多級風險分級:
系統將風險劃分為 “無風險”“預警”“減速”“緊急停車” 四級,避免單一閾值導致的誤判或反應滯后。
預警階段:
當距離接近安全閾值但未達危險值時,啟動聲光報警(如紅色警示燈閃爍、蜂鳴器高頻鳴叫),同時在操作室顯示屏上顯示目標距離和方位,提醒操作人員手動避讓。
減速階段:
若距離持續縮小至 “減速閾值”,控制器通過工業總線(如 PROFINET、Modbus)向天車驅動系統發送信號,自動降低電機轉速(如從額定速度的 100% 降至 30%),延長制動緩沖時間。
緊急停車階段:
當距離進入 “危險閾值”(如小于 2 米且仍在靠近),系統直接控制制動器動作,切斷動力電源,強制天車停止運行,響應時間通常≤0.5 秒,遠快于人工反應(1-2 秒)。
聯動協同控制:
對于多臺天車共享軌道的場景,系統可通過無線通信(如 4G、LoRa)實現天車之間的信息互通,當一臺天車觸發預警時,另一臺天車同步收到信號并主動減速,形成 “雙向協同防護”。
總結
一、目標感知與信息采集:實時捕捉空間位置與運動狀態
防撞器的核心是通過傳感器獲取天車與周圍障礙物(如其他天車、軌道端點、廠房立柱、地面設備等)的相對位置、距離及運動參數,主流技術路徑包括:
激光測距技術:
激光發射器向目標發射激光脈沖,通過接收反射信號的時間差(或相位差)計算距離,精度可達 ±1cm,適用于直線軌道上的天車對向或同向運行場景,能快速識別 50 米內的固定 / 移動目標。
毫米波雷達技術:
發射 24GHz 或 77GHz 頻段的電磁波,通過多普勒效應檢測目標的相對速度和距離,不受雨、霧、粉塵、強光等環境干擾,適合冶金、礦山等惡劣工況,可同時追蹤 8 個以上移動目標。
UWB(超寬帶)定位技術:
通過天車與軌道沿線部署的錨點之間的無線信號傳輸,實現三維空間內的厘米級定位,結合預設的軌道坐標,精準判斷天車是否進入危險區域,多用于多臺天車交叉作業的復雜場景。
輔助傳感補充:
部分系統集成傾角傳感器(監測天車傾斜狀態)、載重傳感器(結合負載調整安全閾值)、編碼器(記錄天車運行速度與位移),為風險評估提供多維度數據。
二、智能分析與風險決策:動態判斷碰撞可能性
傳感器采集的原始數據(距離、速度、位置等)會傳輸至核心控制器,通過算法模型進行實時分析,判斷是否存在碰撞風險,關鍵邏輯包括:安全距離動態計算:
控制器根據天車當前運行速度(速度越快,安全距離越大)、負載重量(重載需更長制動距離)、軌道坡度等參數,自動計算 “安全閾值”(如預警距離、減速距離、緊急停車距離)。
例:空載天車以 5m/min 速度運行時,安全距離可能設為 3 米;滿載以 10m/min 運行時,安全距離自動擴展至 8 米。
軌跡預測與沖突判斷:
通過持續監測目標(如另一臺天車)的運動方向和速度,預測未來 3-5 秒的運行軌跡,若兩條軌跡存在交叉且距離小于安全閾值,則判定為 “高風險”。
多級風險分級:
系統將風險劃分為 “無風險”“預警”“減速”“緊急停車” 四級,避免單一閾值導致的誤判或反應滯后。
三、執行控制與聯動響應:主動干預避免碰撞
當控制器判定存在碰撞風險時,會觸發分級響應機制,通過與天車原有控制系統聯動,實現從預警到強制制動的閉環控制:預警階段:
當距離接近安全閾值但未達危險值時,啟動聲光報警(如紅色警示燈閃爍、蜂鳴器高頻鳴叫),同時在操作室顯示屏上顯示目標距離和方位,提醒操作人員手動避讓。
減速階段:
若距離持續縮小至 “減速閾值”,控制器通過工業總線(如 PROFINET、Modbus)向天車驅動系統發送信號,自動降低電機轉速(如從額定速度的 100% 降至 30%),延長制動緩沖時間。
緊急停車階段:
當距離進入 “危險閾值”(如小于 2 米且仍在靠近),系統直接控制制動器動作,切斷動力電源,強制天車停止運行,響應時間通常≤0.5 秒,遠快于人工反應(1-2 秒)。
聯動協同控制:
對于多臺天車共享軌道的場景,系統可通過無線通信(如 4G、LoRa)實現天車之間的信息互通,當一臺天車觸發預警時,另一臺天車同步收到信號并主動減速,形成 “雙向協同防護”。
總結
天車防撞器的工作原理本質是 **“感知 - 分析 - 執行” 的閉環控制系統 **:通過高精度傳感器 “看見” 風險,通過智能算法 “判斷” 風險,通過聯動控制 “化解” 風險,最終實現從 “被動承受事故” 到 “主動預防事故” 的轉變,尤其在多設備密集作業、復雜工業環境中,大幅提升了天車運行的安全性與效率。