CraneRanger防碰撞系统的原理和应用
- 关键词：超声波,,CraneRagner,防碰撞,,RTG,换能器
- 作者：丁振杰
- 摘要：本文阐述了CraneRanger的工作原理、特点、安装和应用。
CraneRanger是西门子公司所设计的专用于大型港口机械（简称：大车，比如：RTG、RMG、OHBC等）比如：防碰撞用途的物位测量仪器，它采用超声波回声测距的原理。一般一套CraneRanger防碰撞系统有一台CraneRanger变送器和两个超声波换能器组成，可以实现大车左右两个运动方向的防碰撞保护。
目前国内的港口机械制造业发展迅猛，也诞生很多国际领先的明星企业，比如：上海振华港机。为了更好地满足很多港口码头对港口机械的防碰撞要求，很多港口机械制造商和码头的用户(比如：集装箱码头等)需要一种能够安全可靠、维护量低的防碰撞系统来满足这一需求；而CraneRanger则是满足这一要求的最理想的专业选择。
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目前，CraneRanger在上海振华港机、美国Noell等公司被广泛采用，同时这一产品也是港口机械防碰撞应用领域中，市场占有率最高的产品之一。
二、工作原理
CraneRanger是基于超声波回波测距的原理。CraneRanger通过换能器发射一种超声波脉冲，通过空气的传播，在被测物体（其他大车）的表面上产生发射回波，发射波的能量被换能器接收到，并转换为电脉冲信号。超声脉冲来回传播的时间与声脉冲传播距离成正比，测出声脉冲行程时间，就可据之算出超声波换能器和其他港机设备的距离，并转换为供显示的距离信号、mA电流输出、继电器动作信号。
L=C×Δt
式中：C －超声波在空气中传播速度
Δt －超声脉冲来回传播时间
L －与被测大车的距离
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反射回波信号由CraneRanger的声智能回波处理软件进行处理。过滤从真正的防撞物体的反射波、环境噪声、电磁干扰波、随机的干扰回波的混合回波中，采样真正的反射回波。
在超声波换能器中内置了热敏电阻，用于检测空气温度，然后在计算时修正声速值，使CraneRanger的测量精度更高，而且可以很好地适应不同的环境。
三、组成和特点
一套CraneRanger大车防撞系统一般是由一台CraneRanger变送器和两个XLT-60超声波换能器组成。
它的主要特点是：
1、 采用了先进的声智能®回波处理软件
这一技术可以使CraneRanger能够识别各种虚假回波。比如：
随机发生的干扰回波。如果有人在超声波换能器边上走过，CraneRanger因为采用一些先进地回波处理算法（比如：窗口锁定处理技术、回波统计算法、窄波过滤器、回波整形技术等），智能化消除这种干扰回波的影响，使CraneRanger具备更高的可靠性。
电磁噪声产生的干扰回波。港机设备的应用不同于普通的工业应用，这些设备会产生很强的电磁场，有时候通过的工作电流高达几百个安培。所产生的强磁场会大大增加超声波变送器的电磁噪声，往往会使正常的回波信号“淹没”在噪声中，而无法正常识别障碍物的回波信号而产生误动作或不动作，达不到防撞的目的。CraneRanger的电路结构设计大大降低了由于电磁场产生的噪声，同时应用多种TVT（回波抑制曲线）技术（一般在防撞应用采用“自动斜坡”—Slopes TVT曲线）抑制了噪声的强度，使有效信号被识别出来。
回波图形可以使用Dolphin Plus或SuperSonex软件来读取（如图3）。
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CraneRanger可以同时连接两路通道（换能器）进行工作。两个换能器的工作状态有一组三触点继电器控制，该继电器可以通过客户系统的设定和系统输入，来控制继电器的开关，已决定选择哪一路换能器进行工作（左、右两路），因此，CraneRanger在同一时间只会有一个通道进行工作，在大车向某一个方向运动对该方向进行保护（减速、锁死），而不会影响另一个方向的运动。而且，在非轨道式大车（比如：RTG轮胎吊）停止、横向移动、旋转、转向时，CraneRanger也不会产生误动作而锁死大车的运动。
3、极快速的距离检测模式
大车的移动速度不同于普通的物位的变化速度。一般的过程工业的物位变化速度不会很快，一般在1m~10m/分钟之间；而大车（RTG）的移动速度可以达到100~120m/分钟，因此对防撞系统提出更高的要求。采用特殊的设计技术的CraneRanger可以完成最高速度达17m/s的移动速度的距离检测，而且准确度和可靠性也能得到很好地保证。
4、高技术含量的Echomax系列超声波换能器
与CraneRangerr配套的是专用的Echomax系列中的XLT-60换能器（如图5）。该型号的换能器不同于常见的活塞式超声波换能器，它采用了市场上很少见的采用曲线式振荡器（如图4）的全铝金属制换能器。如图。
它具有以下优点：
§ 波束角小。小至5º，可以最大程度地避开周围的干扰物；
§
 1、石英< |