為保障大型起重機(jī)/履帶吊等大型設(shè)備長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，本文依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系(GB/T28264－2017)，結(jié)合實(shí)際情況和客戶需要，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了大型起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，并進(jìn)行工程應(yīng)用。實(shí)踐證明，研制的系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作方便，可為保障大型起重機(jī)的安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

一、安全監(jiān)控管理系統(tǒng)需求分析

結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng) (GB/ T28264－2017)和實(shí)際工況的要求，將系統(tǒng)基本功能需求總結(jié)為如下幾點(diǎn):

第一，具有對(duì)大型起重機(jī)械關(guān)鍵參數(shù)和狀態(tài)(起重量、起升高度、風(fēng)速、運(yùn)行行程、大車運(yùn)行偏斜、大車小車的防碰撞、操作指令、工作時(shí)間等)的信息采集、顯示及超限報(bào)警功能，可對(duì)故障信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和歷史追溯;

第二，系統(tǒng)信息的采集滿足實(shí)時(shí)性要求，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)具備原始完整性，且數(shù)據(jù)儲(chǔ)存時(shí)間不少于30 天，視頻存儲(chǔ)不低于72 小時(shí)。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具備編號(hào)、時(shí)間和日期;

第三，具有故障自診斷功能，在開(kāi)機(jī)時(shí)有自檢程序，系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，除發(fā)出報(bào)警外還顯示故障狀態(tài);

第四，系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，能夠遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，滿足起重機(jī)遠(yuǎn)程管理的需求。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

大型起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件主要由傳感器、信號(hào)采集單元和監(jiān)控主機(jī)等組成。其中傳感器采集起重量、起升高度等監(jiān)控參數(shù)/ 狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào);信號(hào)采集單元采集門(mén)式起重機(jī)PLC 和增加的傳感器輸出的電壓、電流等模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并將其傳輸至監(jiān)控主機(jī);監(jiān)控主機(jī)主要進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的圖形化顯示及數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)。三、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集起重量的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)各類起重機(jī)的具體結(jié)構(gòu)形式，起重量限制器有旁壓式、軸銷式、軸承座式、魚(yú)背式、板環(huán)式等結(jié)構(gòu)形式的傳感器。最常采用軸銷電阻應(yīng)變片式傳感器是測(cè)量鋼絲繩的張力變化，軸銷式傳感器是測(cè)量軸承、滑輪等構(gòu)件的徑向載荷或鋼絲繩張力的專用傳感器。軸傳感器既能起到替代定滑輪原有軸的功能，又能安裝在結(jié)構(gòu)中作徑向力測(cè)量，起到稱重測(cè)力傳感器的作用，從而使整個(gè)稱重測(cè)力控制系統(tǒng)的機(jī)械部件大大簡(jiǎn)化。風(fēng)速監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)速參數(shù)的測(cè)量主要是用螺旋槳風(fēng)速傳感器。螺旋槳風(fēng)速傳感器由螺旋槳葉片、傳感器軸、傳感器支架及磁感應(yīng)線圈等組成。它利用流動(dòng)空氣的動(dòng)能來(lái)推動(dòng)傳感器的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，利用磁石環(huán)抗磁芯子，不用接觸就能檢測(cè)出螺旋槳轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，有良好的可靠性和耐久性， 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的飛散效果使空氣中的塵粒無(wú)法附著在葉輪上，使塵粒對(duì)傳感器部件的影響減至最小，平時(shí)幾乎不需維護(hù)和保養(yǎng)。同一軌道安全距離監(jiān)測(cè)。同一軌道安全距離監(jiān)測(cè)使用激光測(cè)距傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。激光傳感器工作時(shí)，先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此，它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。起升高度/ 下降深度、運(yùn)行行程監(jiān)測(cè)。起升高度/ 下降深度以及行程監(jiān)測(cè)使用多圈絕對(duì)值編碼器對(duì)這部分監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)光電編碼器，因其每一個(gè)位置絕對(duì)唯一、抗干擾、無(wú)須掉電記憶，已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長(zhǎng)度測(cè)量和定位控制。其相對(duì)于增量型傳感器，絕對(duì)值編碼器本身可以記錄位置，不用擔(dān)心斷電后的記錄保存問(wèn)題。絕對(duì)值編碼器幾乎可以不考慮速度、干擾等問(wèn)題，只要編碼器停止在某個(gè)位置，不論轉(zhuǎn)動(dòng)中受到什么影響，最后總能顯示當(dāng)前的位置。關(guān)鍵狀態(tài)量監(jiān)測(cè)。起重裝備關(guān)鍵狀態(tài)主要通過(guò)起重裝備的限位開(kāi)關(guān)、接觸器狀態(tài)或者直接對(duì)起重機(jī)控制系統(tǒng)的PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取獲得。起重裝備監(jiān)控狀態(tài)主要為開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)，來(lái)源于操作指令狀態(tài)、門(mén)限位、聯(lián)鎖報(bào)警、電纜卷筒限位、電纜卷筒過(guò)松過(guò)緊、行程限位、起升制動(dòng)器狀態(tài)、抗風(fēng)防滑狀態(tài)等。接觸器狀態(tài)主要通過(guò)對(duì)接觸器加裝輔助觸點(diǎn)進(jìn)行接觸器狀態(tài)讀取，輔助觸點(diǎn)常開(kāi)或常閉的狀態(tài)是與接觸器狀態(tài)保持一致的，對(duì)輔助觸點(diǎn)的常開(kāi)或常閉狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 可以直接獲取到接觸器的實(shí)際狀態(tài)，從而可以反映出起重裝備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

四、工程應(yīng)用

大型起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)在中船重工門(mén)座起重機(jī)上開(kāi)展了工程應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察實(shí)際情況，現(xiàn)有的門(mén)座式起重機(jī)械管理系統(tǒng)已在主起升、副起升上安裝起重量和幅度傳感器，并且其輸出已接入儀表———力矩限制器中。但該儀表沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)輸出接口，無(wú)法將起重量、幅度和力矩這三種信號(hào)傳輸至監(jiān)控主機(jī)中，因此，需要改造儀表，改造后的儀表除滿足現(xiàn)有功能外，還帶有4－20 mA 模擬量接口或DP 通信接口，通過(guò)該接口可將主起升和副起升的起重量、幅度和力矩信號(hào)傳輸至起重機(jī)的PLC 中。針對(duì)該起重機(jī)目前沒(méi)有高度、運(yùn)行行程及防撞、風(fēng)速等監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，加裝了監(jiān)測(cè)主起升以及副起升的高度編碼器、監(jiān)測(cè)大車行程及變幅機(jī)構(gòu)的編碼器及激光測(cè)距儀和帶模擬量輸出的風(fēng)速儀。同時(shí)對(duì)起重裝備現(xiàn)有傳感系統(tǒng)通過(guò)與PLC 通信進(jìn)行讀取，保證整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整和可靠。

針對(duì)視頻監(jiān)控，在吊點(diǎn)和大車兩端安裝攝像頭，并在司機(jī)室加裝硬盤(pán)錄像機(jī)和顯示器，對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)以及周圍環(huán)境情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

五、小結(jié)本文根據(jù)特種設(shè)備檢驗(yàn)規(guī)則及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了大型起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試與驗(yàn)證，具有較高的精度和可靠性。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，解決了大型起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，為保障起重機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)手段。