在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上開展了對(duì)大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的性能評(píng)估工作。梳理了當(dāng)前大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的適用技術(shù)以及應(yīng)用特點(diǎn)，總結(jié)了系統(tǒng)的軟硬件配置差異， 分析了技術(shù)推廣中存在的問題。

在起重機(jī)上安裝系列傳感器、監(jiān)控儀表形成安全監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)保障起重機(jī)安全運(yùn)行具有重要意義， 也是勢(shì)在必行的有效措施。對(duì)于大型起重機(jī)， 由于其起重量大、跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用環(huán)境苛刻、事故危害更大等原因， 其安全性更加引起使用和監(jiān)管部門的關(guān)注， 故大型起重機(jī)安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)更加顯得重要。

　   近年來， 總局逐步深入企業(yè)調(diào)研， 針對(duì)大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)展開了示范試點(diǎn)工作， 組織開展了對(duì)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的研究及制修訂工作不斷完善標(biāo)準(zhǔn)體系。

起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)的監(jiān)控、系統(tǒng)的性能要求、試驗(yàn)方法和系統(tǒng)的檢驗(yàn)。２０１６ 年３ 月， 國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)頒布新修訂的特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范ＴＳＧ Ｑ７０１５ －２０１６ 枟起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則和ＴＳＧ Ｑ７０１６ －２０１６ 枟起重機(jī)械安裝改造重大修理

監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則， 公布了安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的起重運(yùn)輸機(jī)械的大型起重機(jī)械目錄、明確了大型起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的項(xiàng)目、內(nèi)容、方法和要求， 并規(guī)定了新出廠和在用起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)限。

起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是指對(duì)起重機(jī)工作過程進(jìn)行監(jiān)控， 能夠?qū)χ匾\(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)進(jìn)行記錄并管理的系統(tǒng)， 主要是為保證起重機(jī)械運(yùn)行的安全性、可控性以及可管理性而設(shè)計(jì)研發(fā)的設(shè)備管理解決方案。ＧＢ／Ｔ ２８２６４—２０１２ 中提到，起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是電氣控制系統(tǒng)的一部分， 非獨(dú)立產(chǎn)品。它指的是電氣控制系統(tǒng)必須具備此功能， 對(duì)于新制造的起重機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)必

須選用具有本標(biāo)準(zhǔn)功能要求的電氣控制系統(tǒng)； 對(duì)于舊設(shè)備， 如果原電氣系統(tǒng)不能滿足本標(biāo)準(zhǔn)的功能要求， 則必須要改造， 直至全部更換 。

本文在廣泛調(diào)研當(dāng)前起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)使用單位、研發(fā)單位等基礎(chǔ)上， 開展了對(duì)大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的后續(xù)評(píng)估工作， 梳理了當(dāng)前大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的適用技術(shù)以及應(yīng)用特點(diǎn)， 總結(jié)了系統(tǒng)的軟硬件配置差異， 分析了技術(shù)推廣中存在的問題。

1　起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

該息采集模塊、監(jiān)控儀、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成。通過外圍元器件采集到起重機(jī)各個(gè)位置的模擬信號(hào)，并匯總到控制器， 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)傳輸?shù)奖O(jiān)控儀進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的， 主要由攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)等實(shí)現(xiàn)。

起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)組成

各個(gè)重要部分主要元器件作用外圍元器件　傳感器、編碼器、限位器、風(fēng)速儀等　采集到各種所需要的信號(hào)并匯總到控制器電控信息采集　控制器、斷路器、繼電器等　處理所采集的信號(hào)并傳輸?shù)街醒胩幚砥鞅O(jiān)控儀　工控機(jī)、ＵＰＳ 等　將采集到的所有信息存儲(chǔ)到中央處理器（工控機(jī)等）， 并通過軟件處理將起重機(jī)的狀態(tài)信息顯示處理。視頻監(jiān)控　攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)等　攝像機(jī)采集的信息顯示到司機(jī)室， 司機(jī)能實(shí)時(shí)查看機(jī)下的情況。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　在信號(hào)采集、監(jiān)控布線實(shí)施過程中， 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)相互獨(dú)立?，F(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)主要有模擬量、開關(guān)量以及視頻信號(hào)等。

數(shù)據(jù)監(jiān)控主要是模擬量和開關(guān)量， 采用各類傳感器進(jìn)行采集以及相應(yīng)的監(jiān)控記錄儀實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。而對(duì)于視頻監(jiān)控需求則采用視頻監(jiān)控器進(jìn)

行監(jiān)控。模擬量的信號(hào)采集方式是對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程的線性情況的采集； 開關(guān)量的信號(hào)采集方式是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種點(diǎn)情況采集。

模擬量信號(hào)主要來源于起重量傳感器、起重機(jī)縱移傳感器、起升高度傳感器、水平傾角傳感器、風(fēng)速儀、轉(zhuǎn)速傳感器等。開關(guān)量信號(hào)主要

來源于操作指令狀態(tài)、門限位、聯(lián)鎖報(bào)警、電纜卷筒限位、電纜卷筒過松過緊、行程限位、起升制動(dòng)器狀態(tài)、抗風(fēng)防滑狀態(tài)等。視頻信號(hào)

主要來源于吊鉤、大小車運(yùn)行狀態(tài)、駕駛室等。

安全監(jiān)控管理系統(tǒng)改造方案分析

針對(duì)起重機(jī)出廠新機(jī)，安全監(jiān)控管理系統(tǒng)都集成在電氣控制系統(tǒng)內(nèi)， 產(chǎn)品的融合性較高， 數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性、可靠性都非常高。但是， 對(duì)于未安裝監(jiān)控系統(tǒng)或已有監(jiān)控系統(tǒng)但不符合標(biāo)準(zhǔn)的舊設(shè)備，需要進(jìn)行相應(yīng)的改造。在舊設(shè)備的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)改造中，數(shù)據(jù)采集的方案是關(guān)鍵技術(shù)之一， 主要有以下幾種：

１）在獲取源ＰＬＣ 控制程序的基礎(chǔ)上，添加數(shù)據(jù)采集程序子模塊， 這種系統(tǒng)融合度高、成本低， 但存在安全風(fēng)險(xiǎn)， 可能會(huì)影響起重機(jī)控制部分， 一般不推薦。

２）保留原有的安全設(shè)備， 清除原ＰＬＣ 通訊協(xié)議與通訊地址的前提下，與原設(shè)備ＰＬＣ 系統(tǒng)通訊，采集源數(shù)據(jù)。另外， 采集新加裝的設(shè)備，然后共同將數(shù)據(jù)組態(tài)集成到監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)。

３）針對(duì)無法獲取的源數(shù)據(jù)， 保留原傳感器的情況下只更換表頭， 然后再采集數(shù)據(jù)。

４）更換傳感器， 重新采集數(shù)據(jù)。這種方式增加成本， 并且存在與原有設(shè)備數(shù)據(jù)顯示不一致的風(fēng)險(xiǎn)。

綜合以上采集方式， 對(duì)應(yīng)的改造方案總體遵循原則是采用優(yōu)先級(jí)的方式，盡量保留原有的安全設(shè)備。采集的方式為優(yōu)先： ＰＬＣ 采集； 其次：設(shè)備采集；再次保留原傳感器只更換表頭； 最后：全部更換。因此， 安全監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案主要有：

方案１：舊設(shè)備改造中， 起重機(jī)現(xiàn)有ＰＬＣ 控制系統(tǒng)在支持?jǐn)U展的前提下，擴(kuò)展以太網(wǎng)模塊、定位模塊、模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊。舊設(shè)備無法滿足國標(biāo)要求的采集信號(hào)，可通過擴(kuò)展的ＰＬＣ 模塊采集加裝傳感器（編碼器） 的信號(hào)，利用原有的ＰＬＣ作為控制器，與上位機(jī)經(jīng)常通訊數(shù)據(jù)交換。具體實(shí)施方案為：

上位機(jī)是指人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)， 屏幕上顯示各種信號(hào)變化， 一般指ＰＣ。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)， 一般是ＰＬＣ／單片機(jī)之類的。上位機(jī)一般采用工控機(jī)、

觸摸屏、ＰＣ 等。下位機(jī)一般采用ＰＬＣ、嵌入式采集控制器、單片機(jī)等。表２ 是市場(chǎng)上具有代表性的設(shè)備列表。

方案２：舊設(shè)備改造中無法直接獲取源數(shù)據(jù)的，則可根據(jù)ＰＬＣ 源碼和電氣圖紙解析數(shù)據(jù)地址獲取已有數(shù)據(jù)。加裝傳感器來獲取缺失的數(shù)據(jù)源，直接傳輸?shù)叫碌目刂破髦校?最終將完整的數(shù)據(jù)融入到安全監(jiān)控管理系統(tǒng)內(nèi)。具體實(shí)施方案如圖３所示。如果源采集設(shè)備無法達(dá)到ＧＢ／Ｔ 28264-2017 要求， 則將所有的采集設(shè)備重新加裝。

方案３： 整車電器圖紙及ＰＬＣ 原車碼源開關(guān)狀態(tài)信號(hào)點(diǎn)檢表缺失的情況下， 且符合ＧＢ／Ｔ28164-2017 的源信號(hào)不多， 導(dǎo)致需要加裝的采集量很大，則采用圖４ 所示技術(shù)路線。加裝的采集控制器在獲取源采集設(shè)備信號(hào)時(shí)， 需要明確了解源設(shè)備的通訊接口及協(xié)議。

3　系統(tǒng)差異分析

監(jiān)控系統(tǒng)的高低配置差異主要分為視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)監(jiān)控。視頻監(jiān)控部分主要差異在于是否使用工業(yè)級(jí)設(shè)備。普通民用級(jí)攝像機(jī)價(jià)格便宜， 但穩(wěn)定性差， 特別是現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備干擾和抖動(dòng)都很嚴(yán)重， 從而導(dǎo)致普通攝像系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)視頻不清楚、使用壽命縮短， 故維護(hù)成本較高。工業(yè)級(jí)攝像系統(tǒng)有專業(yè)的抗干擾和防振裝置， 能較好地記錄現(xiàn)場(chǎng)情況， 且能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。以起重機(jī)為例， 根據(jù)GB/T 28264-2017要求視頻系統(tǒng)要能看到大車剛腿與柔腿的行走區(qū)域以及吊機(jī)的情況。行走區(qū)域處理較簡單， 但吊鉤涉及到起升高度變化和小車行走， 固定角度的攝像頭無法滿足要求?？刹捎米詣?dòng)追隨攝像頭， 效果較好但是造價(jià)昂貴。也可在吊點(diǎn)采集時(shí)用手動(dòng)調(diào)節(jié)（鍵盤操作） 的攝像頭， 需求可以滿足， 價(jià)格一般， 但操作復(fù)雜。

數(shù)據(jù)監(jiān)控部分主要差異在于數(shù)據(jù)采集部分、傳感器的選型、系統(tǒng)的抗干擾性以及數(shù)據(jù)的完整性。現(xiàn)在主流的數(shù)據(jù)采集模式有基于單片機(jī)模塊的采集、嵌入式系統(tǒng)以及ＰＬＣ 系統(tǒng)的采集［４］ 。單片機(jī)模塊相對(duì)于ＰＬＣ 來說價(jià)格便宜， 適用于一些舊設(shè)備改造， 能更好地獨(dú)立于系統(tǒng)運(yùn)行。由于單片機(jī)控制對(duì)象單一， 其數(shù)據(jù)采集量有限， 接口以及儲(chǔ)存空間不足， 實(shí)現(xiàn)的功能也非常有限。采用這種模式的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性和抗干擾能力差， 而且故障率較高。一般低成本改造會(huì)采用這類方案。ＰＬＣ 系統(tǒng)是專業(yè)應(yīng)用于起重設(shè)備的電氣系統(tǒng)，其控制穩(wěn)定性和故障率都有可靠保證， 更能適應(yīng)高、低溫等惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。采用ＰＬＣ 改造的， 一般是基于原有電氣程序的， 對(duì)系統(tǒng)的功能以及運(yùn)行進(jìn)程都能得到更加直接的反饋。ＰＬＣ 用于模擬量的采集， 編碼器采集成本高， 其缺點(diǎn)是成本較高， 且對(duì)于舊設(shè)備的改造工程量較大。對(duì)于新制造的起重機(jī)械， 一般都是直接將數(shù)據(jù)監(jiān)控集成于原ＰＬＣ 電氣系統(tǒng)， 增加成本較少。所以， 專注于成套電控系統(tǒng)開發(fā)的公司一般采用這類方案， ＰＬＣ電氣系統(tǒng)以采用西門子、歐姆龍、ＧＥ 等為主。嵌入式系統(tǒng)相對(duì)于ＰＬＣ 成本低， 且能很好地彌補(bǔ)單片機(jī)的不足。

嵌入式系統(tǒng)用于存儲(chǔ)、系統(tǒng)調(diào)度比較穩(wěn)定可靠， 其功能復(fù)雜、靈活且性能高，可快捷、低成本地實(shí)現(xiàn)對(duì)舊設(shè)備的改造升級(jí)， 與不同模塊的集成度非常高， 但其控制對(duì)象有限，響應(yīng)度、可靠性、通用性都不如ＰＬＣ， 且開發(fā)周期長， 工作量大。硬件差異主要體現(xiàn)在實(shí)用、可靠、穩(wěn)定以及可持續(xù)， 故障率是評(píng)判系統(tǒng)硬件的重要因素。所以， 在傳感器、電纜傳輸、視頻監(jiān)控設(shè)備等的配套選型上， 必須符合這些要求。優(yōu)質(zhì)的傳感器產(chǎn)品有倍加福、西門子、歐姆龍等?？垢蓴_性強(qiáng)，也是體現(xiàn)系統(tǒng)性能的特點(diǎn)之一。電纜傳輸過程中采用較好的屏蔽電纜， 安裝對(duì)應(yīng)的信號(hào)隔離模塊。工業(yè)上視頻監(jiān)控的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有海康威視、大華等。軟件是客戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)體驗(yàn)的第一門戶， 包括響應(yīng)速度、處理能力、功能模塊等都直接影響用戶對(duì)系統(tǒng)的感官度。在優(yōu)秀穩(wěn)定的硬件基礎(chǔ)上，需要搭載一款優(yōu)秀的軟件才能充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用。

結(jié)束語

起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)市場(chǎng)容量大， 由于國家對(duì)相應(yīng)類型的起重機(jī)安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)尚處于試點(diǎn)狀態(tài)， 客戶群體對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知程度不相盡同。受當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)影響， 市場(chǎng)需求較為低迷。企業(yè)成本壓力大， 尤其是民營企業(yè)， 部分大型起重機(jī)械處于停用和半停用狀態(tài)。大型冶金企業(yè)、造船業(yè)等經(jīng)濟(jì)效益不佳， 資金緊張。因此，該項(xiàng)工作在很多企業(yè)尚處于起步階段。許多制造企業(yè)和起重機(jī)使用單位， 雖已安裝有起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)， 但其監(jiān)控的功能不夠完善、技術(shù)不夠先進(jìn)， 無法滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求， 亟需進(jìn)行改造升級(jí)。同時(shí)， 對(duì)于制造廠商也需要重新安裝配置新的滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。市場(chǎng)上使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)質(zhì)量參差不齊， 加之使用單位對(duì)系統(tǒng)認(rèn)知不高， 自我需求不明確， 只有經(jīng)過長期的使用過程中才能反饋系統(tǒng)質(zhì)量問題， 并逐漸對(duì)市場(chǎng)上的產(chǎn)品形成一套成熟的篩選機(jī)制。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)不是一個(gè)固定不變的產(chǎn)品，屬于定制產(chǎn)品， 可不斷擴(kuò)展延伸。用戶在使用過程中會(huì)逐步成長， 對(duì)自我需求也會(huì)不斷明確與提升， 對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)的要求也會(huì)越來越高， 逐步以自定義的形式向定制化方向發(fā)展。隨著人們對(duì)企業(yè)管理方式和生產(chǎn)方式的不斷提升， 依賴日益更新的科學(xué)技術(shù)， 未來起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)必然朝著簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可靠性高、維護(hù)方便等方向發(fā)展。其主要表現(xiàn)在智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化３ 個(gè)方面。

１）智能化主要體現(xiàn)在起重機(jī)的實(shí)時(shí)跟蹤、監(jiān)控和管理等方面。不僅對(duì)起重機(jī)整體的機(jī)械、電氣、傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與安全保護(hù)搭建信息平臺(tái)， 且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)企業(yè)的設(shè)備維護(hù)管理與數(shù)據(jù)共享。

２）集成化是以現(xiàn)代信號(hào)處理、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、微電子、多傳感技術(shù)為基礎(chǔ)， 整合多種信號(hào)、參數(shù)。現(xiàn)在的安全監(jiān)控系統(tǒng)雖然也達(dá)到了集成的結(jié)果， 但是仍舊存在不足， 比如防碰撞、部件磨損警示、工時(shí)統(tǒng)計(jì)、保養(yǎng)信息等技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。集成化還可表現(xiàn)在多機(jī)作業(yè)系統(tǒng)上， 通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把各個(gè)起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個(gè)集成系統(tǒng)， 形成不同機(jī)種的最佳匹配和組合，發(fā)揮系統(tǒng)最佳效用， 為企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

３）網(wǎng)絡(luò)化是針對(duì)多臺(tái)起重機(jī)安全群控系統(tǒng)所需的發(fā)展方向。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，未來的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，除了單臺(tái)起重機(jī)信息化管理之外，還將形成企業(yè)級(jí)、區(qū)域級(jí)網(wǎng)絡(luò)化信息監(jiān)管平臺(tái)。在某一地域內(nèi)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)下的所有起重機(jī)連接在一起 應(yīng)用成熟的云服務(wù)如阿里云等平臺(tái),實(shí)現(xiàn)用戶在不需要搭載服務(wù)器的情況下，便可隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程監(jiān)控。