隨著我省經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以港口起重機(jī)為主的大型起重機(jī)械數(shù)量逐年上升，有些省內(nèi)內(nèi)沒有安全監(jiān)控管理系統(tǒng)制造和驗證的試點單位，技術(shù)力量較為薄弱。在省內(nèi)大型起重機(jī)械中，港口起重機(jī)數(shù)量最多、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)也都比較復(fù)雜，因此選擇此類起重機(jī)進(jìn)行起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究具有典型意義。而對于港口起重機(jī)來說，金屬結(jié)構(gòu)所占的價值比例接近 50%，再加上港口惡劣工作環(huán)境（海風(fēng)腐蝕）和頻繁的作業(yè)，起重機(jī)容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕和疲勞裂紋一旦發(fā)生事故，將可能造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。  由于港口起重機(jī)缺乏簡便、有效的監(jiān)管技術(shù)手段，重要零部件和安全裝置失效等帶病作業(yè)時有發(fā)生，容易發(fā)生港口起重機(jī)事故。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的智能化港口起重機(jī)監(jiān)測和管理系統(tǒng)，對金屬結(jié)構(gòu)腐蝕、重要零部件和安全裝置失效等高風(fēng)險要素進(jìn)行監(jiān)測，是實現(xiàn)起重機(jī)安全先進(jìn)有效的技術(shù)手段?；谖锫?lián)網(wǎng)構(gòu)筑的港口起重機(jī)安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，能夠有效預(yù)防港口物流事故的發(fā)生和保障安全，有著重要的現(xiàn)實意義和社會價值。

一、基于物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)功能定位 港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)是運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用傳感器各模塊實時監(jiān)控采集起重機(jī)的起吊重量、工作幅度、吊鉤高度、回轉(zhuǎn)角度、工作環(huán)境風(fēng)速等多項與重量、高度、角度、風(fēng)速安全相關(guān)的作業(yè)工況數(shù)據(jù)，為安全監(jiān)管提供所需的港口起重機(jī)運行數(shù)據(jù)采集、港口起重機(jī)故障實時傳輸、監(jiān)控和防范等功能。其主要服務(wù)功能有：

（1）實時監(jiān)控采集：監(jiān)控采集港口起重機(jī)起吊重量、高度、角度、回轉(zhuǎn)、風(fēng)速安全相關(guān)的作業(yè)工況數(shù)據(jù)，全面了解港口起重機(jī)運行信息。

 （2）故障實時顯示：大液晶顯示屏，界面以數(shù)值、文字、圖形等方式實時顯示當(dāng)前實際工作參數(shù)和港口起重機(jī)額定工作能力參數(shù)，更直觀的了解港口起重機(jī)工作狀態(tài)。

（3）故障實時報警：當(dāng)港口起重機(jī)重量起吊實際起重量超過 95%額定起重量時，可遠(yuǎn)程發(fā)出重量聲光報警信號；當(dāng)實際工作幅度接近設(shè)定的最小工作幅度和最大工作幅度時，發(fā)出幅度聲光報警信號；當(dāng)有工況參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的限定值時儀表輸出安全控制信號，確保施工安全。

（4）故障應(yīng)急處置：當(dāng)港口起重機(jī)出現(xiàn)異常時，監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程鎖機(jī)的功能可以在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)監(jiān)控端對任何地點的起重機(jī)進(jìn)行控制鎖機(jī)，如發(fā)現(xiàn)異常情況即可遠(yuǎn)程控制機(jī)重機(jī)作業(yè)，真正起到監(jiān)控和防范的功能。

（5）數(shù)據(jù)追憶：內(nèi)置 USB 接口可隨時導(dǎo)出數(shù)據(jù)，通過對記錄數(shù)據(jù)的分析可以完整的還原港口起重機(jī)作業(yè)狀況，有助于調(diào)查事故原因及認(rèn)定事故責(zé)任。

（6）定位功能：配備 GPS 定位模塊，可實時定位港口起重機(jī)所在的地理位置；并通過 GPRS模塊將現(xiàn)場工況參數(shù)實時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器；使用單位通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺即可監(jiān)控任何地點的港口起重機(jī)作業(yè)。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)功能定位，遠(yuǎn)程服務(wù)平臺分感知層、客戶端應(yīng)用層、管理層等，通過接收前端無線傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，實現(xiàn)港口起重機(jī)安全運行可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)計如圖 1 所示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

 

 

由圖 1 可以看出，系統(tǒng)架構(gòu)分為 5 層：第一層為感知層，主要是通過接收現(xiàn)場地傳感器采集的無線傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，實現(xiàn)港口起重機(jī)安全運行可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括各個測點及傳感器的數(shù)據(jù)、GPS的定位信息等。第二層為網(wǎng)絡(luò)層，主要由運營商提供的互聯(lián)網(wǎng)、移動公網(wǎng)或無線物聯(lián)專網(wǎng)構(gòu)成，用于傳輸數(shù)據(jù)；第三層為客戶端應(yīng)用層，用戶在使用遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺時，只需要有一臺能穩(wěn)定正常接入互聯(lián)網(wǎng)的電腦即可實現(xiàn)；第四層為協(xié)議層，港口起重機(jī)使用單位按其標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)協(xié)議與監(jiān)管層進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；第五層是管理端，監(jiān)管層輸入平臺賬號及帳號密碼即可了解任何地點的起重設(shè)備實時工況、歷史工況等，并具有遠(yuǎn)程控制鎖機(jī)功能。遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)可以按用戶的要求設(shè)計專屬的登錄界面。

三、應(yīng)用案例

港口起重機(jī)在作業(yè)過程中，當(dāng)港口起重機(jī)發(fā)生超載、風(fēng)速過大、超速墜落等風(fēng)險時，港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)前端各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息實時傳輸至平臺，并按照設(shè)置的分級風(fēng)險響應(yīng)級別發(fā)出預(yù)警，同時記錄語音和視頻信息通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控港口起重機(jī)使用單位客戶端或監(jiān)管機(jī)構(gòu)，圖 2 所示即為港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)原理圖 [6]。

 

 

從圖 2 可以看出，港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)采用風(fēng)速位移、振動、速度等傳感器采集港口起重機(jī)的運行狀態(tài)參數(shù)，從而確定港口起重機(jī)工作異常的故障信息，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸與控制。

 

本研究成果對港口及其他行業(yè)起重機(jī)的監(jiān)管、檢測、安全生產(chǎn)及維修維護(hù)優(yōu)化提供了重要的技術(shù)支撐，并已應(yīng)用于福州港、泉州港、莆田港等20多家港口企業(yè)和省內(nèi)外30多家起重機(jī)生產(chǎn)維修及特種設(shè)備檢驗機(jī)構(gòu)，對起重機(jī)的安全性和可靠性作出科學(xué)評價分析, 提出優(yōu)化的維修、改造與更新策略，受到用戶廣泛好評。 我國擁有200多萬臺起重機(jī)，其中港口大型起重機(jī)2萬多臺，一半以上的港口大型起重機(jī)已使用十年以上，其金屬結(jié)構(gòu)、重要部件和電氣系統(tǒng)都有不同程度的損傷, 安全隱患嚴(yán)重。其他如核電、石化、鐵路、建筑等行業(yè)的起重機(jī)也存在類似情況，本研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。

四、結(jié)  語

基于物聯(lián)網(wǎng)的港口起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)，在行業(yè)中具有引領(lǐng)、示范和輻射作用，推廣應(yīng)用不僅可提升港口、冶金等行業(yè)起重機(jī)使用的安全性和可靠性，更能提升大型起重機(jī)的

安全管理和維修維護(hù)水平，保證設(shè)備  安全運行，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步；提高檢測精度與效率，降低成本、節(jié)約資源；促進(jìn)港口建設(shè)，對區(qū)域經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展和社會