伴隨國家進出口貿(mào)易的增加，各國間的貨物運輸急劇增加，隨著而來的港口裝卸設(shè)備正向著自動化、高速化、大型化以及重型化方向發(fā)展，以有效提高港口裝卸作業(yè)的效率。為了保障安全生產(chǎn)，降低安全事故發(fā)生率，對大型起重機械的安全監(jiān)控管理勢在必行。國家安全監(jiān)管總局、國家質(zhì)檢總局也于2011 年開始要求逐步實現(xiàn)在大型起重機械上加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，特別要求針對造船門式起重機先行試點，并明確了到2014年對造船門式起重機實行強制加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)功能要求 為了實現(xiàn)對造船門式起重機運行狀況的有效監(jiān)控及安全狀況的有效管理，安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能必須達到以下要求:

( 1) 應(yīng)能監(jiān)測直接關(guān)系到起重機使用狀況，可能導(dǎo)致安全事故的起重機運行的參數(shù)，包括起重量、 起升高度、各小車運行行程、大車運行偏斜、風(fēng)速、同 一或不同軌道運行機構(gòu)安全距離、操作指令、工作時 間及累計工作時間、工作循環(huán)及累計工作循環(huán)。

( 2) 應(yīng)能監(jiān)控易導(dǎo)致安全事故的工作機構(gòu)及裝 置的工作狀態(tài)，包括起升機構(gòu)制動器狀態(tài)、抗風(fēng)防滑裝置狀態(tài)、聯(lián)鎖保護( 包括門限位及各機構(gòu)之間的 運行聯(lián)鎖) 狀態(tài)、供電電纜卷筒狀態(tài)。

（3) 應(yīng)具有對起重機運行狀態(tài)及故障信息進行 實時記錄及歷史追溯的功能。

（4）應(yīng)具有對起重機運行狀態(tài)及故障信息即時 進行遠距離傳輸?shù)墓δ堋?span>

(5) 應(yīng)具有對起重機運行狀態(tài)進行判斷，對可 能發(fā)生的危險進行預(yù)警及止停的功能。

系統(tǒng)模型 造船門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)模型見圖 1。

在該系統(tǒng)模型的各信息采集單元中，起重量、起升高度、各小車運行行程、大車運行偏差、風(fēng)速、運行機構(gòu)安全距離這幾個單元采集的是模擬量，均可以借助造船門式起重機現(xiàn)有的儀器儀表上的傳感器來采集。如起重量可以通過起重量限制器中的壓力傳感器來獲取，起升高度可以通過卷筒上的角位移傳感器來獲取，各小車運行行程、大車運行偏斜、運行機構(gòu)安全距離都可以通過各運行機構(gòu)上的位移 傳感器來獲取，風(fēng)速可以通過風(fēng)速報警器來獲取。 獲取的這些模擬信號通過 A /D 轉(zhuǎn)換以后輸入信息處理單元。 操作指令、工作時間、工作循環(huán)這3個采集單元 是直接采集數(shù)字信號，其中操作指令可以從起重機 操縱系統(tǒng)中讀取，工作時間和工作循環(huán)可以利用系統(tǒng)本身進行計數(shù)獲取。

起升制動器狀態(tài)、抗風(fēng)防滑裝置狀態(tài)、聯(lián)鎖保護 裝置狀態(tài)、供電電纜卷筒狀態(tài)這幾個采集單元需要采集的只是一些表征狀態(tài)的開關(guān)量，可以通過裝置本身設(shè)置的觸碰開關(guān)或者加裝觸碰開關(guān)得到。 這樣，在不改變起重機本身操控系統(tǒng)及基本不增加外設(shè)的情況下，就能獲取需要的所有信息，把這些信息輸入信息處理單元，就能得到一組反映起重機運行安全狀況的數(shù)據(jù)。 利用這些數(shù)據(jù)通過信息顯示單元就可以把起重機的運行狀況用圖表或者動畫的方式直觀地反饋給操縱者。把這些數(shù)據(jù)與一些事先設(shè)置好的門檻值對比，根據(jù)對比結(jié)果通過控制輸出單元給操縱系統(tǒng)信號，警示或者強制停止一些可能導(dǎo)致危險的操作。

信息存儲單元則可以把這些數(shù)據(jù)完整的保存，保證通過該單元所存儲的信息能對起重機之前的運行狀況進行追溯。該單元存儲的數(shù)據(jù)隨時可以通過信號導(dǎo)出接口導(dǎo)出，而且在存儲單元容量接近限值時，能提醒管理人員進行導(dǎo)出。為了實現(xiàn)對整個造船廠的起重機實行集中監(jiān)控管理及方便監(jiān)管部門需要介入監(jiān)管時可以隨時介入，系統(tǒng)還設(shè)置了遠程傳輸單元。通過該單元，可以把數(shù)據(jù)實時地傳輸給遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)一個重點設(shè)備的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

重要應(yīng)力測量 為了確保造船門式起重機的運行安全，有必要測量并且監(jiān)控造船門式起重機各個重要部位的關(guān)鍵應(yīng)力。當(dāng)作用在一個平面上的力與此平面成切向時，一個剪切應(yīng)力會生成出來。比如，某轉(zhuǎn)軸用于連接工作機械以及驅(qū)動機械，當(dāng)轉(zhuǎn)軸受某力矩作用時 會產(chǎn)生一個剪切方向的應(yīng)力，見圖 2。根據(jù)理論力學(xué)的相關(guān)知識，轉(zhuǎn)軸內(nèi)最大應(yīng)變應(yīng)當(dāng)與軸向的夾角成 45°，并且此應(yīng)力會令軸的外部由正方形逐漸形成平行四邊形?；谝陨戏治?，轉(zhuǎn)軸上的應(yīng)變片應(yīng)該分布在與轉(zhuǎn)軸軸線的夾角成 45°的方位。在這種方式下，電橋中對角線上的電壓大小只與轉(zhuǎn)軸上的作用力導(dǎo)致電阻 MD 的變化有關(guān)，可完全排除溫度參數(shù)的影響。

測量轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩時，粘貼在軸上的應(yīng)變片會跟隨轉(zhuǎn)軸一同運動，因此這些應(yīng)變片應(yīng)該連接在部件上靜態(tài)安裝的設(shè)備上面。理論上，完成此連接方式采用4個滑環(huán)即可。對于載頻電橋而言，若給電橋施加交流電壓，那么在此電橋?qū)蔷€方向同 樣會產(chǎn)生交流電壓。這樣借助一種特殊的變壓器， 采取耦合方式可以把供電的電壓進行非接觸式輸入，同時亦可以非接觸式輸出測試的信號。

結(jié)語 本文所介紹的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是實現(xiàn)對造船門式起重機這類重點大型設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控管理的一個基本模型。由于該模型充分利用了現(xiàn)階段造船門式起重機上普遍配備了的設(shè)備裝置，達到了預(yù)期的安全監(jiān)控目標(biāo)，使得該系統(tǒng)模型極具經(jīng)濟性和可操作性，易于在現(xiàn)役造船門式起重機上大面積推廣。 但是，由于該系統(tǒng)是通過對運行狀態(tài)的監(jiān)控來回避安全風(fēng)險的，并未直接監(jiān)控起重機結(jié)構(gòu)本身的狀況，使得本系統(tǒng)缺乏對可能出現(xiàn)的危險因素的前 瞻性。為了彌補這一缺點，后續(xù)的研究應(yīng)該考慮加入直接監(jiān)控起重機鋼結(jié)構(gòu)狀態(tài)和焊縫狀態(tài)的單元， 重點是要找到一個合適的能夠在起重機復(fù)雜的工作條件下穩(wěn)定、長期采集鋼結(jié)構(gòu)狀態(tài)和焊縫狀態(tài)的傳感裝置