隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，起重機(jī)被應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中，尤其是能源、電力、石化、冶金、交通等領(lǐng)域，起重機(jī)械得到空前的發(fā)展。起重機(jī)械逐漸向自動化、專業(yè)化、智能化的方向發(fā)展，對起重機(jī)械的要求也越來越嚴(yán)格。起重機(jī)作為一種被各行業(yè)廣泛應(yīng)用的大型機(jī)械設(shè)備，其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)在高強(qiáng)度的工作下難免發(fā)生電氣或者結(jié)構(gòu)類的故障，一旦發(fā)生事故，可能帶來不可估量的損失。因此，必須通過全面的監(jiān)測與可行的措施來保證起重機(jī)的安全性與可靠性。據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的數(shù)據(jù)可知，2012年，全國共發(fā)生228起特種設(shè)備事故，導(dǎo)致292人死亡，354人受傷。特種設(shè)備死亡率為0.517／萬臺，其中起重機(jī)械事故數(shù)和死亡人數(shù)所占比重最大，分別占比33.3％、44.2％。2006年某電廠60Ｔ門起機(jī)因大風(fēng)發(fā)生側(cè)翻，造成７死９傷重大人身傷亡事故；2013年湖北漢川電廠１＃機(jī)組的塔式起重機(jī)安裝時坍塌，造成４死２重傷事故。一起起大型起重設(shè)備事故案例表明：必須對特種設(shè)備的安全性進(jìn)行實時監(jiān)測，并通過一定的報警形式通知現(xiàn)場工作人員及時處理相關(guān)問題，避免事故再次發(fā)生，從而減少不必要的人身傷害，降低事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。因此，2012年，國家質(zhì)檢總局針對起重機(jī)生產(chǎn)的安全性相繼出臺了一些要求和規(guī)范，要求每臺大型起重機(jī)必須加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，能夠監(jiān)控起重機(jī)工作工程，并記錄起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)。

據(jù)統(tǒng)計，門式起重機(jī)在起重機(jī)領(lǐng)域所占比例達(dá)到八成以上。近幾十年來，我國起重機(jī)產(chǎn)品只注重數(shù)量和實用性的發(fā)展，缺少相關(guān)的安全監(jiān)控措施，大部分設(shè)備僅僅安裝了起升重量限制傳感器，缺少比較完善的工況監(jiān)測與故障診斷分析系統(tǒng)，存在非常嚴(yán)重的安全問題。在生產(chǎn)和檢查時，用戶只能憑借肉眼和經(jīng)驗來判斷起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這樣必然存在嚴(yán)重的安全隱患，同時起重機(jī)維檢也具有一定的盲目性。為了改變?nèi)鄙儆行ПO(jiān)測手段的現(xiàn)狀，有必要加大起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)力度，并對起重機(jī)運(yùn)行各參數(shù)進(jìn)行全面的實時監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行故障診斷與分析，并進(jìn)一步提高起重機(jī)設(shè)備的監(jiān)管技術(shù)和維檢手段。

本項目就解決此類問題而展開的，通過與某特院深入交流，并結(jié)合生產(chǎn)實際需求，針對門式起重機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與故障分析技術(shù)展開研宄。WFD8300項目的開發(fā)與實施滿足起重機(jī)安全監(jiān)測管理系統(tǒng)規(guī)范，彌補(bǔ)國內(nèi)對門起機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)與故障診斷分析術(shù)的不足。  國內(nèi)外研究綜述：起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀：起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，主要用于起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的采集、實時狀態(tài)監(jiān)測、故障信息實時報警與記錄、起重機(jī)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)統(tǒng)計以及整機(jī)設(shè)備使用狀況分析，還可通過對監(jiān)測對象歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷分析，從而判別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與故障類型，從而給出合適的解決方案，來保障起重機(jī)安全生產(chǎn)。對于起重機(jī)監(jiān)測管理系統(tǒng)的研宄和開發(fā)，國外大型起重設(shè)備制造商在上世紀(jì)80年代己經(jīng)取得巨大的技術(shù)成果。德國LITBHERR司開發(fā)的LIKAS系統(tǒng)具有監(jiān)視、力矩限制、作業(yè)空間限制、防碰撞與數(shù)據(jù)記錄分析等多個子系統(tǒng)，居于國際先進(jìn)水平，用戶可根據(jù)需求設(shè)置個性化模塊，甚至開發(fā)新的可控制系統(tǒng)以滿足其現(xiàn)場操作的需求。ABB公司開發(fā)的基于GPS數(shù)據(jù)傳輸與衛(wèi)星定位的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)F(xiàn)場采集終端獲取的實時數(shù)據(jù)打包后通GPS衛(wèi)星定位和無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)上傳到監(jiān)控總站，具有遠(yuǎn)程實時狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷分析功能。美國CRANE公司研制的基于衛(wèi)星的Enthenet和移動基站接入技術(shù)的起重機(jī)無線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了“點對點”的智能監(jiān)測，能夠?qū)ζ鹬貦C(jī)狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)測，并且具有安裝容易、使用靈活、系統(tǒng)性能高等特點。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，更多的新技術(shù)也開始應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)，多機(jī)聯(lián)合監(jiān)測的智能系統(tǒng)逐漸取代了單機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，同時隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)也隨之應(yīng)運(yùn)而生。雖然國內(nèi)對起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)研究起步較晚，但也取得了長足的發(fā)展與進(jìn)步。特別是隨著傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及云計算技術(shù)的發(fā)展，起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的研究也取得了巨大的進(jìn)步。太原科技大學(xué)開發(fā)的基于Web平臺的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實現(xiàn)了同時在線監(jiān)測多臺塔機(jī)，此外該系統(tǒng)還能對多臺塔機(jī)進(jìn)行集中管理。東南大學(xué)研發(fā)的基于C/S架構(gòu)的門式起重機(jī)在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，通過無線采集卡將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮魇冶O(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)測起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，通過視頻與報警信息掌握現(xiàn)場設(shè)備實時狀況。同時，能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對起重機(jī)齒輪箱故障進(jìn)行診斷分析，其對起重機(jī)狀態(tài)實現(xiàn)了較全面的監(jiān)測和報警，并提出基于AR建模的VPMCD方法，能夠高效、快速的針對齒輪箱故障進(jìn)行診斷。武漢科技大學(xué)研制的起重機(jī)無線監(jiān)測及安全評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了無線技術(shù)下對起重機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)實現(xiàn)了起重機(jī)的安全評估，在一定程度上具有較高的監(jiān)測和安全評估精度和使用性。北京郵電大學(xué)開發(fā)了一套基于Nodｅ．js的針對城市功能設(shè)施的溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了對供熱系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，和數(shù)據(jù)庫的分布式集群布置，滿足了高并發(fā)和高性能的功能需求。

綜上所述，國內(nèi)的起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)主要是基于C/S架構(gòu)，且相當(dāng)部分僅監(jiān)測起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)等部分結(jié)構(gòu)，而對于起重機(jī)其他的參數(shù)鮮有涉及，比如起重機(jī)大小車驅(qū)動電機(jī)電流、大小車行車位移、起升梁、行走支架以及起升機(jī)構(gòu)齒輪箱。對這些關(guān)鍵部位缺少有效的監(jiān)測手段，也是導(dǎo)致起重機(jī)事故多發(fā)的原因。國內(nèi)的監(jiān)測系統(tǒng)不但沒有全面的對這些參數(shù)進(jìn)行有效的監(jiān)測和后續(xù)的分析，而且在數(shù)據(jù)的傳輸、保存、分析與后續(xù)的管理上仍有不足。

起重機(jī)故障診斷相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀.

故障診斷技術(shù)，主要是系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析，它在工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。上世紀(jì)年代60末，美國的航天軍工獲得飛速發(fā)展，但也出現(xiàn)一系列故障問題，這促使故障診斷技術(shù)的誕生。美國科學(xué)家積極參與該技術(shù)的研究開發(fā)，并使其診斷技術(shù)具有全球領(lǐng)先的地位。60年代末70年初，英國和日本也相繼開展診斷技術(shù)的研宄工作，并應(yīng)用到本國產(chǎn)品中，促使了診斷技術(shù)的推廣和發(fā)展。這一期間，麻省理工也開始研發(fā)故障診斷系統(tǒng)并應(yīng)用于電路系統(tǒng)中，該系統(tǒng)能夠模仿可能導(dǎo)致故障的原因。日本Mitsuse公司、荷蘭ROYAL PHILIPS公司以及美國ＧＭ公司都開發(fā)了系列故障診斷分析產(chǎn)品，并應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)。通過研宄，不難發(fā)現(xiàn)，歐美及日本在故障診斷方面起步早、發(fā)展快，且在相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位我國故障診斷研究工作始于上世紀(jì)八十年代，為預(yù)防生產(chǎn)中故障的發(fā)生以及提髙生產(chǎn)效率，原國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展委員會于1973年提出對設(shè)備進(jìn)行故障診斷，并納入了相關(guān)條例中，隨后相關(guān)行業(yè)部門以及高等科研院校開展了系列研宄工作，并與國際先進(jìn)企業(yè)與機(jī)構(gòu)進(jìn)行交流和合作。

清華大學(xué)研制的門式起重機(jī)故障分析系統(tǒng)以及南京航空航天大學(xué)開發(fā)的大型起重機(jī)齒輪箱故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)等能夠正確、快速定位故障位置，有效的分析故障類型并給出合理的維修建議簡單實用，便于操作。此外，東南大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及華中科技大學(xué)等高校也開發(fā)研制了類似的診斷系統(tǒng)。其中，東南大學(xué)設(shè)備監(jiān)控與故障診斷研宄所長期以來一直從事設(shè)備監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的研究與開發(fā)，該所研發(fā)的MFD、WFD等系列產(chǎn)品實現(xiàn)了對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測及故障診斷功能，能夠通過本地數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)到本地監(jiān)測中心，使用戶在本地就可以對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與初步的故障診斷。同時，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程專家會診[Z1] 中心，幫助企業(yè)遠(yuǎn)程對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測及故障診斷。上海交通大學(xué)研發(fā)的基于Ｗｅｂ平臺的大噸位履帶起重機(jī)故障診斷系統(tǒng)，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對故障樹分析法進(jìn)行改進(jìn)，并可通過瀏覽器實現(xiàn)起重機(jī)的故障診斷分析，還集成了多種故障診斷方法，該系統(tǒng)具有平臺無關(guān)性好、重用性高等特點。總體來說，我國機(jī)械故障診斷理論及技術(shù)研究在工程實際應(yīng)用上與國際先進(jìn)水平有一定差距，但是一直緊跟國際先進(jìn)水平的步伐多樣化的起重機(jī)產(chǎn)品出現(xiàn)的故障類型也呈多樣化的態(tài)勢，因此必須采取合適診斷方法解決多種故障問題。我國故障診斷理論方法研宄始于上世紀(jì)70年代末，經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，相關(guān)成熟的理論方法和成果相繼出現(xiàn)。常用的故障診斷方法有：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法、基于專家系統(tǒng)的診斷方法、基于FTA的診斷方法等。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)于上世紀(jì)80年代末由Venkata-subramanian等人引入到故障診斷領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有自適應(yīng)識別和自組織能力，能夠模擬“人腦”進(jìn)行工作，它能夠根據(jù)提供的知識不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)，減少錯誤的判斷，還能夠記憶學(xué)習(xí)的知識并學(xué)以致用，還可根據(jù)周圍環(huán)境自動調(diào)整以解決各種問題。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)作為一種新型的理論技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于信號處理、模式識別以及專家系統(tǒng)等領(lǐng)域。

基于FTA的診斷方法：FTA（故障樹分析技術(shù)）是上世紀(jì)６０年代初由美國貝爾電話公司研發(fā)的，具有邏輯型強(qiáng)、簡單、直接的特點，且其考慮問題的邏輯思維與人類相似，因此很容易讓人接受。最初其被應(yīng)用于危險行業(yè)的安全可靠性評估，后來由于其診斷結(jié)果能夠準(zhǔn)確、安全、高效反映系統(tǒng)的弱點所在，因此被廣泛應(yīng)用于危險設(shè)備的故障分析領(lǐng)域。它通過故障樹簡化后的結(jié)構(gòu)圖描述了故障樹從整體到局部的關(guān)系模型，有利于從人為因素和環(huán)境因素等方面來分析各個部分對故障的影響。但是故障樹分析法也存在一定的缺點，主要體現(xiàn)在構(gòu)造故障樹的工作繁多開發(fā)人員必須具備較高知識水平，難度較大。

基于專家系統(tǒng)的診斷方法：從上世紀(jì)６０年代始，專家系統(tǒng)一直是應(yīng)用最廣泛的診斷方法之一。專家系統(tǒng)，是根據(jù)領(lǐng)域內(nèi)的專門知識進(jìn)行推理，故障癥狀與已知故障事實進(jìn)行相似性分析，并與使用者進(jìn)行“交流”，從而給出合理的診斷結(jié)果,為使用者決策提供建議。目前專家系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航天航空、電力化工、機(jī)械船舶等行業(yè)的故障診斷領(lǐng)域，并與其他檢測技術(shù)相結(jié)合使工程安全生產(chǎn)得到保證一直以來旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障分析方法都是故障監(jiān)測與診斷技術(shù)的核心。隨著起重機(jī)械設(shè)備的快速發(fā)展，其旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分的功率和載荷變得越來越大，對其安全性要求也越來越高。通常起重機(jī)這樣的大型設(shè)備需要監(jiān)測的參數(shù)包括電壓、電流、應(yīng)力、振動以及噪聲等，需要有效的信號處理技術(shù)與理論方法，從復(fù)雜的信號中提取故障信號特征以發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題。

故障信號分析是對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)利用經(jīng)典譜與現(xiàn)代譜等分析方法處理故障信號，提取出故障特征。旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分的故障診斷及分析的發(fā)展過程中，人們探索出了一系列的診斷分析方法。早期在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障分析中發(fā)揮了重大作用的經(jīng)典信號分析方法，都是基于傅里葉變換的，適用于平穩(wěn)信號。如李曉虎等人對頻譜分析方法在齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用研究這些方法主要包括：時域分析（自相關(guān)分析、互相關(guān)分析）、頻域分析（功率譜分析、倒譜分析、包絡(luò)譜分析、互譜分析）等。對于起重機(jī)械其振動信號大多數(shù)為時變信號或非平穩(wěn)信號，不適用傳統(tǒng)的經(jīng)典信號分析方法，因此，又出現(xiàn)了小波分析（線性）與維格納分布（非線性）等現(xiàn)代譜分析技術(shù)利用時頻分析方法，識別短持續(xù)時間正弦波、線性調(diào)頻脈沖等特殊信號，有效的提出故障特征，因而在故障診斷、信號處理分析、圖像識別、語音分析、股票等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用起重機(jī)齒輪箱工作時振動信號復(fù)雜，混合了各個嚙合齒輪的特征信號、行走機(jī)構(gòu)與起升機(jī)構(gòu)等的噪聲信號，必須研究有效的故障診斷技術(shù)來從復(fù)雜信號中提取故障特征，從而有效診斷出齒輪箱故障以避免事故的發(fā)生。隨著近幾年計算機(jī)技術(shù)以及人工智能的發(fā)展，整個診斷領(lǐng)域也朝著智能診斷方向發(fā)展，朝著融合多種信息源、經(jīng)驗知識與理論方法緊密結(jié)合、混合智能診斷、基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)助診斷以及基于云計算、云存儲的遠(yuǎn)程監(jiān)測與智能診斷方向發(fā)展。