桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法及系统与流程

本发明属于冶金铸造及熔融金属，具体涉及一种桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法及系统。

背景技术：

1、在炼钢厂的加料跨与钢水跨等核心作业区域，通常配置有至少两台260吨级及以上的冶金铸造桥式起重机（简称行车），承担铁水包、钢水包吊运及废钢加料等关键任务。熔融金属具有极高危险性，一旦因碰撞导致钢水包脱落或泼溅，极易引发灾难性火灾、爆炸及群死群伤事故。目前，行业主要采用的激光测距防撞系统存在显著缺陷：一方面，炼钢环境内充斥的烟尘、水蒸气及氧化铁皮粉尘易附着激光镜面，导致信号衰减甚至中断，且轨道长期重载碾压产生的磨损、沉降及旁弯会使行车轨迹偏离直线，致使激光束在30米以上长距离传输中易偏离接收靶面，引发误报或漏报；另一方面，现有系统多采用10米报警、5米停车等固定距离阈值，难以匹配260t级行车满载钢水包时的巨大惯性及熔融金属液面晃动的安全限制，会因过于保守导致频繁误停车而降低生产效率，或因紧急制动预留距离不足引发追尾风险。同时多车作业时司机视野受限，尤其在被邻车遮挡的场景下无法获知前方隐藏交通状况，现有系统缺乏跨车间信息共享与协同决策能力，依赖司机喊话协调的模式效率低下且安全隐患突出。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法及系统，能够适应恶劣环境、具备动态风险评估能力并实现多车信息共享与协同控制。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法，方法包括如下步骤：

3、跨间每台行车独立获取本车的实时运行速度、实时载重及实时雷达定位，以得到的本车的实时运行参数和实时位置；

4、每台行车基于预设的动态制动距离模型，根据本车的实时运行速度、实时载重计算本车的安全制动距离；

5、各行车通过协同通信模块获取跨间其他行车的实时运行参数及实时位置，以得到本车与其他行车的实时间距；

6、每台行车根据本车的安全制动距离，以及本车与其他行车的实时间距，确定分级安全防护阈值；

7、根据本车与其他行车的实时间距与分级安全防护阈值的比对结果，执行对应的分级控制策略，且在控制过程中引入防晃约束逻辑，限制速度变化率以满足熔融金属吊运的防晃要求；

8、每台行车根据相向会车的冲突预判结果，控制本行车按预设蠕动速度完成错车；

9、基于多车数据共享机制，在每台行车驾驶室的人机交互界面同步显示跨间所有行车的实时位置，以及被邻车遮挡的行车的虚拟标识。

10、其中，动态制动距离模型的计算公式为：

11、（1）

12、其中，

ssafe为安全制动距离，

v为本车实时运行速度，

tresp为系统固有响应时间，

μ为基于实时载重修正的等效摩擦系数，

g为重力加速度；

13、实时载重通过车载重量传感器实时采集得到；

14、分级安全防护阈值随安全制动距离动态调整。

15、其中，分级控制策略包括：

16、当本车与其他行车的实时间距大于第一预设倍数的安全制动距离时，触发一级预警，控制驾驶室内声光报警器间歇鸣响，人机交互界面显示黄色预警标识；

17、当实时间距小于等于第一预设倍数的安全制动距离且大于第二预设倍数的安全制动距离时，触发二级减速，强制限制本车运行速度至预设低速档位，禁止司机手动加速；

18、当实时间距小于等于第二预设倍数的安全制动距离时，触发三级急停，切断本车变频器并控制本车制动器抱死；

19、其中，第一预设倍数大于1，第二预设倍数等于1；

20、防晃约束逻辑为：在执行减速控制时，限制加加速度不超过预设阈值，以确保熔融金属包摆动角度不超过±2°。

21、其中，每台行车根据相向会车的冲突预判结果，控制本行车按预设蠕动速度完成错车，包括：

22、实时计算本车与相向行驶的行车的运行轨迹重叠区域及预计相遇时间；

23、若判定两车无法在安全距离外停止，则减速至蠕动速度；每台行车的蠕动速度根据熔融金属包防晃要求动态以及每台实行车的时载重确定，取值范围为额定运行速度的5%~10%；

24、在两台行车完成错车且间距大于安全阈值后，解除速度限制，恢复正常运行控制权限。

25、其中，被邻车遮挡的行车的虚拟标识的生成步骤包括：

26、每台行车通过协同通信模块获取邻车的实时运行参数及邻车感知范围内的障碍物信息；

27、若判定邻车后方存在未被本车雷达直接探测到的行车，则在本车驾驶室的人机交互界面的对应位置以红色虚线框形式标注未被本车雷达直接探测到的行车，并同步显示其与本车的实时间距。

28、本发明还提供了一种桥式起重机跨间多车协同防碰撞系统，用于实现上述的桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法；系统包括：

29、雷达定位模块，用于采集跨间每台行车的实时位置数据；雷达定位模块内包括多径抑制算法，以滤除厂房钢结构反射产生的虚假定位信号；

30、数据处理模块，设置于跨间每台行车的车载控制端；数据处理模块与雷达定位模块通信连接；数据处理模块用于运行动态制动距离模型，并根据本车的实时运行速度、实时载重计算安全制动距离，并确定分级安全防护阈值；

31、分级控制模块，设置于跨间每台行车的车载控制端；分级控制模块与本行车上的数据处理模块电连接；分级控制模块用于根据本车与其他行车的实时间距与分级安全防护阈值的比对结果，输出控制信号至本行车变频器及制动器，执行分级安全防护动作；分级控制模块内包括防晃约束逻辑，以限制速度变化率；

32、协同通信模块，用于实现跨间各行车的数据处理模块之间的实时数据交互，以及跨间各行车的数据处理模块与地面调度系统的数据交互；

33、人机交互模块，设置于每台行车的驾驶室内；人机交互模块与跨间各行车的数据处理模块电连接；人机交互模块用于显示跨间所有行车的实时位置，以及被邻车遮挡的隐蔽障碍物的虚拟标识。

34、其中，雷达定位模块包括：多台毫米波雷达基站以及雷达反射标签；

35、多台毫米波雷达基站固定安装于跨间的两端及中间转折位置，采用调频连续波测距体制；

36、雷达反射标签包括角反射器阵列，固定安装于每台行车的主梁中部，避开高温辐射区域；

37、多径抑制算法包括：预存厂房钢结构的先验地图，将雷达探测的点云数据与先验地图比对，滤除坐标匹配厂房钢结构的固定虚假反射点，仅保留对应雷达反射标签的移动点云数据。

38、其中，还包括重量传感器；重量传感器设置于行车上，并与本车的数据处理模块电连接；重量传感器用于实时采集本车的吊运载重，并传输至数据处理模块，以修正动态制动距离模型中的等效摩擦系数；

39、协同通信模块包括：沿厂房柱列间隔布置的多个无线接入单元；多个无线接入单元组成无线网状网（mesh）；无线网状网与每台行车的数据处理模块以及地面调度系统通信连接；无线网状网的数据传输延迟不大于50ms。

40、其中，分级控制模块包括：

41、变频器控制单元，与本车的数据处理模块及本车变频器电连接，用于根据分级控制策略输出频率调节信号，限制本车运行速度；

42、制动器控制单元，与本车的数据处理模块及本车液压推杆制动器电连接，用于根据分级控制策略输出抱闸控制信号；

43、声光报警单元，安装于本车驾驶室内，与本车的数据处理模块电连接，用于根据分级控制策略触发对应预警声响及灯光。

44、其中，人机交互模块包括触控显示屏，触控显示屏上包括：

45、跨间俯视平面示意图区，包括本车绿色实心图标、其他邻车黄色实心图标、被邻车遮挡的行车的红色虚线框图标，以及以本车为中心的动态安全半径圈；

46、本车实时运行参数显示区，包括实时速度、实时载重、与最近行车的实时间距数值；

47、报警信息提示区，用于显示本车当前预警等级及对应的处置提示。

48、有益效果：

49、本发明所提供的桥式起重机跨间多车协同防碰撞方法及系统，首先通过动态制动距离模型结合本车实时运行速度、实时载重自适应计算安全制动距离，突破了传统防撞系统固定距离阈值的局限，精准匹配大吨位冶金铸造起重机满载钢水包时的大惯量制动特性，既避免了阈值过严导致的频繁误停车，又杜绝了阈值不足引发的制动不及风险；其次依托跨间多车实时数据交互机制，可精准获取全跨所有行车的运行参数与位置信息，配合人机交互界面中被邻车遮挡车辆的虚拟标识显示，彻底消除了传统调度模式下的视觉盲区，有效规避了突发的碰撞隐患；同时在控制逻辑中嵌入熔融金属吊运专用的防晃约束规则，通过限制速度变化率避免急加减速引发钢水包摆动超限，从工艺层面契合冶金起重机安全规范要求；此外通过相向会车冲突预判与预设蠕动速度错车机制，替代了传统会车场景下的急停急启操作，既保障了会车过程的绝对安全，又减少了设备启停损耗与作业中断。本发明实现了跨间多车的智能协同调度，在筑牢熔融金属吊运安全防线的同时，显著提升了加料跨、钢水跨等高负荷作业场景的运行效率，完全适配冶金铸造场景的恶劣环境与严苛安全要求。