1、超声波传感器在蒂森旅客登机桥设备中的应用王小舟(广州市新白云国际机场空港设备技术发展有限公司)摘 要:本文介绍登机桥设备与飞机舱门对接时，使用超声波传感器无接触的距离检测方案，该系统采用德国 PEPPERL+FUCHS 公司提供的超声波传感器，在旅客登机桥设备中多点、多方向超声回波检测。检测的数据传送给 PLC 逻辑处理，来控制旅客登机桥设备安全运行。关键词：超声波传感器 旅客登机桥设备 变频器及 PLC 控制系统前 言：近年来随着民航业不断发展，国家对机场的硬件建设及安全运营高度重视，目前机场已成为重要的航空港口，旅客登机桥设备为方便、舒适、安全、快捷的输送旅客起到了主导作用。以前国内外生产
2、的旅客登机桥设备，控制检测开关都采用机械限位开关或光电检测开关，在旅客登机桥设备与飞机舱门对接时，由于机械限位开关的检测距离受到一定限制，登机桥接机口在对接飞机门时，限位开关摆臂经常与飞机接触，使限位开关的摆臂变形下落；光电开关检测信号时，容易遭到飞机的爆闪灯和各类航空保障设备的闪光灯外界源干扰，加上机场粉尘较多，短时间内灰尘和油污容易遮住光电开关镜片。从而给旅客登机桥设备造成带故障运行安全隐患，加大了我们现场设备技术维修人员的困难，设备运行时频繁发生故障， （统计数据显示：2004 年 08 月至 2005 年 08 月，31 台旅客登机桥设备年故障次数达到 105019 起，严重超出了公司
3、规定的设备故障率指标，导致航班进出港时间延误，从而对机场、航空公司带来巨大的经济损失，影响航空服务质量及航空安全） 。调查发现旅客登机桥设备有碰撞飞机事件，其主要原因是设备的安全保护措施没有到位。碰撞部位有飞机的发动机、机翼、飞机舱门等。为此，本文提出了采用超声波传感器无接触的距离检测与 PLC 控制，提高登机桥设备的安全性能。论文内容：1、超声波传感器基本原理：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领
4、很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波传感器以优异的性能广泛地应用在恶劣、复杂的工业环境中，特别是可以用来检测一些具有表面反射特性的材料或者需要精确测量的场合。超声波介质的特点使其能工作在普通传感器不能胜任的工作环境中。更值得提及的是，目标物的颜色、环境的噪声以及空气中的灰尘都不会影响传感器的功能。超声波传感器提供一种无接触的距离检测方案，并以其较长和较宽
5、的检测范围帮助解决了许多实际应用的难题。超声波检测弥补了接近原理和光电原理检测的不足。相比于电感式或电容式接近开关它更适合需要更长感应距离的检测应用中；相比于光电传感器它更耐脏且适应不同外形物体的检测。超声波传感器特别适合检测高密度和有良好声波反射特性的物体。超声波传感器利用压电陶瓷作为声波的发射器和接收器。超声波换能器能够嵌装在传感器壳体里的聚氨基甲酸泡沫中，不漏水。12、旅客登机桥设备主要部件及功能介绍：旅客登机桥是连接候机大厅与飞机舱门之间的机坪移动式活动通道。此设备能为旅客提供一个不受恶劣天气条件影响的上下飞机的安全环境，确保旅客在正常或紧急情况下都能登上或离开飞机。（1） 、旅客登机
6、桥结构及功能，主要部件如图 1 所示：固定端后立柱： 是与地面基础预埋的地脚螺栓连接支撑着旋转平台的部件； 旋转平台组件： 与候机楼柔性连接、走廊、圆形大厅。该组件的设计将保证不会有任何负载或振动从登机桥传到候机楼；伸缩活动通道： 分为 A 段（最小） 、B 段（三节桥的中段，两节桥的最大端） 、C 段（三节桥的最大端）在横截面部分是长方形的，伸缩活动通道的侧壁可以是玻璃结构，也可以是钢结构。能根据停靠飞机的不同位置，伸缩至相应的长度；液压升降系统： 是为登机桥提供垂直方向运动的构件，由液压系统及升降油缸等部件组成，使登机桥能以最佳的高度泊靠不同的飞机；轮架行走系统： 是为登机桥提供水平方向运
7、动的构件，由行走电机、减速箱、轮架和实心橡胶轮胎等部件组成，使登机桥能以最快和最安全的速度泊靠飞机；工作服务梯： 是提供给登机桥设备操作、维修、机务等工作人员进出的服务梯通道。桥头接机口： 在登机桥泊靠飞机时，控制登机桥行走、升降并直接与飞机接触的部件即为接机口。由操控台、接机雨篷、可调节的接机地板、自动调平装置等部件组成。保证登机桥与飞机之间只有软接触，并方便旅客的上下。同时，并留有维修人员和机务人员进出的服务梯门。（2） 、轮架行走系统控制主电路图介绍：行走系统是实现旅客登机桥设备前进、后退、左右旋转的重要组成部分。分别用两台 Schneider Electric 公司 ATV-28 系列
8、变频器来控制行走系统左右两台 5.5KW 三相异步电机，PA 与 PB 接制动电阻 82 Ohm，用变频器的故障继电器辅助触点给 PLC 信号，来检测变频器故障状态。主电路如图 2 所示：其基本工作原理：操作控制台上的操纵手柄，通过 PLC 的 DC+24V 逻辑信号控制左右两台行走电机前进、后退、左右 90 度旋转及速度， 、登机桥前进到伸长减速接近开关或后退到缩短减速接近开关时，低速前 1进或后退； 、登机桥前进到伸长限位接近开关或后退到缩短限位接近开关时，停止 2前进或后退； 、登机桥前进到伸长超行程限位开关或后退到缩短超行程限位开关时， 3停止运行，只能用旁路开关； 、登机桥靠近距离飞
9、机仓门 1.5M 时，登机桥只能低速 4桥头接机口 伸缩活动通道旋转平台组件固定端后立柱工作服务梯液压升降系统行走系统（图 1）登机桥结构图2前进； 、登机桥接机口检测开关接触飞机时，停止前进，只能后退； 、登机桥检 5 6测到距离飞机发动机 1.5M 时，停止前进，只能后退； 、登机桥检测到距离飞机机翼 73M 时，登机桥停止前进，只能后退； 轮架角度向左至+90 度接近开关时停止旋转向 8左旋转，只能反方向旋转； 轮架角度向右至-90 度接近开关时停止旋转向左旋转， 9只能反方向旋转。3、PLC 逻辑控制系统：蒂森公司旅客登机桥设备使用的是法国 Schneider Electric TE
10、公司的 TSX 系列 PLC可编程序控制器。整个 PLC 可编程序控制器框架如图 3 所示： EAPS：TSX PSY1610M 模块是电源模块；EA1：TSX P57103M 模块是 CPU 模块；EA1.1：TSX DEY64D2K 模块是一种采用正逻辑 24 VDC 64 通道连接器离散量输入模块；EA1.2：TSX DEY32D2K 模块是一种采用正逻辑 24 VDC 32 通道连接器离散量输入模块；EA1.3：TSX DSY64T2K 模块是一种用于直流电的 64 通道连接器离散量晶体管输出模块；EA1.4：TSX AEY800 模块是 4-20mA 模拟量输入模块。 该 PLC 程
11、序控制器采用模块紧凑行设计。PLC 控制器的电源是 DC24V，离散量I/O 口模块带 HE10 连接器，I/O 口模块的通道具有自诊断功能，能够使技术维修人员快速方便的检修故障。4、 旅客登机桥设备行走检测控制系统原来设计接机口检测到距离飞机舱门 1.5 米时，登机桥减速前进，采用机械限位开关检测信号；检测距离机翼 1.5 米/飞机发动机 3 米时，登机桥停止前进，采用的是光电检测传感器；登机桥的高度数据参数的测量采用电位器。（图 2）登机桥行走系统主电路控制原理图（图 3）PLC 框架图（1） 、登机桥设备行走系统的控制要求：、检测登机桥设备距离机翼3 米时停止前进（DC24V 开关量数子
12、信号） ；、检测登机桥距离发动机1.5 米时停止前进（DC24V 开关量数子信号） ；、检测登机桥距离舱门1.5 米时减速前进（DC24V 开关量数子信号） ；、检测登机桥高度数据是 0-6 米（4-20mA 模拟量信号） 。通过以上分析，为了满足登机桥设备原有的控制要求，最终考虑到现有软件及硬件资源，为进一步提高设备的安全性能和降低故障率。旅客登机桥设备与飞机舱门对接时，使用超声波传感器无接触的距离检测方案。如图 4 所示 ：（2） 、超声波传感器选型按照登机桥设备原来的设计的控制要求及根据超声波的结构原理,选用以下超声波型号来替换,具体如下：、UH3-KHD2-4E5/1 个是分别连接机翼
13、保护超声波传感器的分析仪：传感器设在现场，分析在开关柜中进行，传感器类型为 UB500/UB2000/UB4000/UB6000-30GM-H3。这些传感器自身不具备分析电路。分析仪为每个传感器通道产生发射脉冲，然后接收回声信号并根据声波行程时间计算输出探测范围，探测范围 50m/2000m/4000m/6000m。每个通道分配有一个开关输出口；、UB4000-30GM-E5-V15/2 个登机桥距离飞机机翼3 米或距离飞机发动机1.5 米时，登机桥设备停止前进，该传感器特性：开关输出、5 种不同的输出功能可共选择、设定输入、可以同步、可以关闭传感器、温度补偿、对压缩空气不敏感。技术参数：检测
14、范围 200-4000mm、盲区 0-200mm、标准检测板 100mm x 100mm、换能器频率约 85kHz、响应时间约 325ms;、UB2000-30GM-E5-V15/1 个登机桥离飞机门1.5 米时，登机桥设备减为最低速度前进，该传感器特性：开关输出、5 种不同的输出功能可选用、设定输入、可以同步、可以关闭传感器、温度补偿、对压缩空气不敏感。技术参数：检测范围 802000mm、调节范围 1202000mm、盲区 080mm、标准检测板 100mm X 100mm、换能器频率约 180kHz、响应时间约 150ms; 、UC6000-30GM-IUR2-V15/1 个检测登机桥离
15、机坪地面高度 0-6 米。该传感器特性：通过可编程接口使用ULTRA3000 软件进行传感器参数设定、电流和电压输出、同步功能、声波和灵敏度 1.5 米时登机桥减速前进 0-6m 登机桥高度数据检测 1.5 米时登机桥停止前进 3 米时登机桥停止前进（图 4）登机桥设备与飞机舱门对接示意图34可调、温度补偿。技术参数：检测范围 3506000mm、调节范围 4006000mm、盲区 0350mm、标准目标板 100mm X 100mm、换能频率 65kHz、响应延时最小 285ms及出厂设定 850ms。（3） 、改造后超声波检测与 PLC 控制驱动行走系统原理如图 5 所示： HMI 15
16、1 3 7 9 11 13 4 2 5 6 8 10 12 14 、连接器（P-A8/ABE-7H20E100） ； 操纵手柄， 连接器（E-A2/ABE-7H20E100） ； 超声波分析仪（UH3- 1 2 3 4KHD2-4E5） ； 3 米时登机桥停止前进超声波传感器（UB4000-30GM-E5-V15） ； 1.5 米时登机桥停止前进超声波传 5 6感器（UB4000-30GM-E5-V15） ； 连接器（P-A10/ABE-7H20E100） ； 1.5 米时登机桥减速前进（UB2000-30GM-E5- 7 8V15） ； 模拟量连接器（E-A7/ ABE-7CPA03） ；
17、0-6m 登机桥高度数据检测（UC6000-30GM-IUR2-V15） ； / TE ATV28 系 9 10 11 13列变频器； / 驱动行走系统三相异步电机。 Schneider Electric TE 公司的 TSX 系列 PLC 可编程序控制器。12 14 15HMI:ESA 触摸屏5、 结束语在旅客登机桥设备与飞机舱门对接时，采用超声波传感器无接触的距离检测方案，在2006 年 05 月改造后至 2007 年 05 月与原来相比，旅客登机桥设备年故障次数减少到为1250 次，上述改造后引起的故障至今还没有发生。设备运行安全性能大幅度的提高，这种方案现已被国内外的制造旅客登机桥设备厂家所采用。参考文献：1 倍加福超声波传感器用户手册2 蒂森旅客登机桥维护操作手册3 蒂森旅客登机桥电气图纸4 Telemecanique Unity Pro 编程的 Premium 的离散量 IO 模板用户手册（图 5）超声波检测与 PLC 控制驱动行走系统结构图5
