Dalam bidang industri metalurgi, pelabuhan, manufaktur mesin, jembatan dan gantry crane, sebagai peralatan penanganan material inti, pengoperasian yang aman secara langsung memengaruhi efisiensi produksi dan keselamatan personel. Dalam beberapa tahun terakhir, TSG 51-2023 "Peraturan Teknis tentang Keselamatan Derek" yang dikeluarkan oleh Administrasi Negara untuk Regulasi Pasar secara jelas mengharuskan jembatan dan gantry crane harus dilengkapi dengan "dua bentuk perangkat pembatas ketinggian yang berbeda". Peraturan ini telah menarik perhatian tinggi dari industri.
1. Risiko keselamatan dan keterbatasan teknis sistem batas tunggal
1.1 Analisis kasus kecelakaan umum
Pada tahun 2020, sebuah jembatan derek milik perusahaan baja mengalami kegagalan akibat korosi pada batang penghubung pembatas palu berat mekanis, yang mengakibatkan tali kawat putus setelah kait didorong ke atas, yang menyebabkan kerugian ekonomi langsung sebesar 2,8 juta yuan. Investigasi kecelakaan menunjukkan bahwa peralatan tersebut hanya dilengkapi dengan satu perangkat pembatas mekanis, dan periode perawatannya melebihi persyaratan spesifikasi. Kasus serupa menyumbang 37% kecelakaan derek dalam lima tahun terakhir, yang menyoroti kerentanan sistem perlindungan tunggal.
1.2 Mekanisme kegagalan sistem tunggal
Perangkat pembatas mekanis tradisional memiliki mode kegagalan seperti oksidasi kontak, kelelahan pegas, dan ketahanan terhadap kemacetan mekanis, dan efisiensi kegagalan tahunannya sekitar 1,5×10^-4. Meskipun pembatas elektronik memiliki akurasi yang lebih tinggi, ia menghadapi masalah seperti gangguan elektromagnetik (EMI), penyimpangan sensor, dan penuaan saluran. Statistik menunjukkan bahwa di antara kegagalan sistem tunggal, perangkat mekanis menyumbang 58% dan perangkat elektronik 42%, membuktikan bahwa setiap teknologi tunggal memiliki cacat bawaan.
2. Prinsip komplementaritas teknis sistem redundan ganda
2.1 Solusi komposit mekanik-elektronik
Solusi arus utama saat ini mengadopsi kombinasi batas mekanis palu berat dan batas elektronik enkoder putar. Sistem mekanis secara langsung memutus sirkuit daya melalui mekanisme tuas, dan waktu responsnya <200 ms; sistem elektronik memantau ketinggian secara real time melalui PLC, dan perlindungan ganda membentuk mekanisme pemutusan "hard + perlindungan lunak. Eksperimen menunjukkan bahwa kombinasi ini dapat mengurangi kemungkinan kegagalan sistem hingga 1,2×10^-8, mencapai tingkat keamanan SIL3. Industri sangat khawatir.
3. Poin-poin penting integrasi sistem dan implementasi rekayasa
3.1 Desain posisi instalasi yang dioptimalkan
Menurut GB/T 3811-2008, batas utama harus ditetapkan pada ≥100 mm dari titik batas atas, dan interval batas sekunder harus ≥50 mm. Dalam proyek aktual, disarankan untuk mengadopsi tata letak batas depan mekanis + batas belakang elektronik untuk memastikan bahwa urutan pemicu mematuhi logika keselamatan peringatan-perlambatan-pemotongan.
3.2 Desain logika kontrol
(Gambar 1) Menunjukkan loop kontrol batas ganda yang umum: sistem elektronik memicu peringatan dini dan melambat saat mencapai nilai yang ditetapkan sebesar 95%, dan sistem mekanis langsung memutus daya angkat pada 100%. Kedua sistem diberi daya secara independen, dan sinyal dihubungkan ke relai pengaman melalui kabel keras untuk menghindari malfungsi yang disebabkan oleh kegagalan PLC.
4. Strategi manajemen siklus hidup penuh
4.1 Sistem pemeliharaan preventif
Tetapkan rencana perawatan berdasarkan FMECA: komponen mekanis memeriksa kebebasan hubungan dan status kontak setiap bulan; sistem elektronik memeriksa pergeseran titik nol dan stabilitas sinyal setiap kuartal. Setelah kelompok pelabuhan menerapkan sistem, batas MTBF sistem ditingkatkan dari 1200 jam menjadi 4500 jam.
4.2 Jalur peningkatan cerdas
Teknologi pemantauan IoT diperkenalkan untuk memantau status komponen mekanis melalui sensor getaran, dan sensor suhu melacak kondisi kerja komponen elektronik. Analisis big data dapat memprediksi 85% potensi kegagalan 14 hari sebelumnya, sehingga tercapai transisi dari perawatan rutin ke perawatan prediktif.
5. Manfaat ekonomi dan nilai sosial
Investasi awal sistem batas ganda meningkat sekitar 15%, tetapi dapat mengurangi tingkat kecelakaan hingga 92%. Mengambil contoh derek jembatan seberat 50 ton, kerugian ekonomi yang dapat dihindari sepanjang siklus hidup adalah 2,3 kali lipat nilai peralatan. Lebih jauh lagi, konfigurasi ini telah mendorong peningkatan teknologi industri manufaktur derek Tiongkok, menjadikan kinerja keselamatan peralatan domestik memenuhi persyaratan standar EN13001 UE.
