起重機(jī)械是港口裝卸作業(yè)的重要設(shè)備種類之一，其起重能力從十幾噸已經(jīng)發(fā)展到數(shù)百噸，并且有繼續(xù)向大型化和自動化的方向發(fā)展趨勢。由大型起重機(jī)械導(dǎo)致的各類安全事故時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)和社會造成巨大的損失。因此，提高大型起重機(jī)安全管理手段，采取積極有效技術(shù)改造措施，預(yù)防事故發(fā)生減少經(jīng)濟(jì)損失已迫在眉睫。根據(jù)“關(guān)于公布《安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的大型起重機(jī)械目錄》和做好 2015 年大型起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用與試點(diǎn)工作的通知”（質(zhì)檢辦特聯(lián)[2015]192 號）的要求：對 100t 及以上通用門式起重機(jī)、60t及以上門座起重機(jī)（含船廠門座起重機(jī)、港口門座起重機(jī)、電站門座起重機(jī)）、315t 米及以上普通塔式起重機(jī)、1,000t 米及以上電站塔式起重機(jī)、200t 及以上履帶起重機(jī)和所有纜索起重機(jī)等超大型起重設(shè)備，自本文印發(fā)之日起，新制造和安裝的上述產(chǎn)品，依據(jù)《GB/T  28264-2017 起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。要落實(shí)國家對大型起重機(jī)械安全生產(chǎn)的相關(guān)要求，必須對起重機(jī)的使用過程進(jìn)行有效監(jiān)管，把故障和隱患做到杜微慎防，才能切實(shí)控制起重機(jī)械運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)因素和安全事故。

現(xiàn)有額定起重量 600t 超大型門座起重機(jī)一臺，其不但具有起重量大的特點(diǎn)，而且其作業(yè)范圍大，機(jī)構(gòu)多，構(gòu)成復(fù)雜，主要用于特大型結(jié)構(gòu)件海運(yùn)裝卸作業(yè)，日常使用頻次較普通門座起重機(jī)低但其對吊裝過程的安全性要求非常高，因此安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是非常必要和有益的，我港歷時(shí)數(shù)年，逐步完善安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，對安全生產(chǎn)起到了良好的作用，本文以此應(yīng)用為例，對安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行探討。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)行國標(biāo)《GB/T 28264-2017 起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》要求，門座起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)由硬件和軟件組成。結(jié)構(gòu)模式上由信息采集單元、信息處理單元、控制輸出單元、信息存儲單元、信息顯示單元、信息輸出接口單元等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式圖如圖一。

     本系統(tǒng)對起重機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行 24h 實(shí)時(shí)監(jiān)控，涵蓋司機(jī)操作時(shí)涉及安全的所有重點(diǎn)信息。主要包括姿態(tài)信息（大車行程、回轉(zhuǎn)角度、吊鉤幅度、起升行程和起重力矩）、操作危險(xiǎn)報(bào)警控制（超載超高超幅超速保護(hù)、起升機(jī)構(gòu)制動器開閉、防風(fēng)防滑、門限位、機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖、大車防撞、卷纜保護(hù)等）、運(yùn)行操作記錄（電機(jī)啟停、高壓操作、主令操作等）、作業(yè)環(huán)境及關(guān)鍵場景記錄（軌道、吊鉤吊點(diǎn)、作業(yè)場所）。可以對以上信息進(jìn)行儲存和分析，通過對數(shù)據(jù)的分析，可排查判斷故障、預(yù)估配件使用壽命、優(yōu)化設(shè)備巡檢方案等，為起重機(jī)的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)功能采用組態(tài)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)模塊子系統(tǒng)構(gòu)成，包括主監(jiān)控系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)既能獨(dú)立運(yùn)行，也能互聯(lián)互通，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性。

1．主監(jiān)控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)安裝在電氣室，包括電控柜、通訊網(wǎng)橋、PLC、觸控顯示器、報(bào)警器、UPS、溫控器、外接傳感器等，主監(jiān)控系統(tǒng)為整個(gè)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的一級監(jiān)控層。 電控柜按照電氣設(shè)計(jì)和接線要求，將電源、通訊網(wǎng)橋、PLC、溫控系統(tǒng)、保護(hù)電氣和其他輔助設(shè)備組裝在柜中。電控柜通過串口服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、PLC 等，將各子系統(tǒng)、主系統(tǒng)與各種外接信號用以太網(wǎng)通訊、RS232 通訊、RS485 通訊等方式聯(lián)合到一起。PLC 作為主系統(tǒng)的信息處理中心，將所有采集的信息進(jìn)行解析、分析、運(yùn)算、緩存、控制和處理，并對子系統(tǒng)輸出聲光報(bào)警等控制信號。 觸控顯示器安裝在電控柜的面板上，可簡潔明了的查看整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)查看、配置參數(shù)、管理系統(tǒng)等各種操作功能。監(jiān)控界面顯示的內(nèi)容和布局，遵循簡潔直觀實(shí)用的原則，符合起重機(jī)司機(jī)和電氣人員的操作需求設(shè)計(jì)。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可長期保存，數(shù)據(jù)超容后自動循環(huán)覆蓋保存。

2．參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)

超大型門座起重機(jī)有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、行走四大機(jī)構(gòu)，但其起升機(jī)構(gòu)有主鉤、副鉤、索具鉤三個(gè)獨(dú)立機(jī)構(gòu)，電氣控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要監(jiān)測的狀態(tài)點(diǎn)和參數(shù)點(diǎn)較多，電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)有的監(jiān)控信號采集源，考慮到經(jīng)濟(jì)和安全的因素，直接在電氣房內(nèi)通過RS232 通訊與原電氣控制系統(tǒng)的 PLC 通訊，獲取原電氣系統(tǒng)中已采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，且僅從原電氣系統(tǒng) PLC 中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，不參與原機(jī)程序控制，無安全和故障風(fēng)險(xiǎn)。 實(shí)時(shí)監(jiān)控包括當(dāng)前風(fēng)速；主鉤、副鉤和索具鉤的載荷、額載、載荷率、力矩控制；單個(gè)傳感器重量數(shù)據(jù)；吊鉤高度、幅度；大車在軌道上的行程和防撞距離和起重機(jī)回轉(zhuǎn)角度等。操作指令包括主鉤、副鉤、索具鉤、大車行走、大車變幅手令開關(guān)的操作狀態(tài)和檔位。運(yùn)行統(tǒng)計(jì)功能包括開始工作時(shí)間、累計(jì)工作時(shí)間、工作循環(huán)。歷史數(shù)據(jù)包括狀態(tài)、參數(shù)和報(bào)警的記錄保存功能，支持多種形式報(bào)警。

3．狀態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)

監(jiān)控參數(shù)子系統(tǒng)信號獲取來源，包括通過 PLC 直接獲取各路信息采集源的信號、通過 RS485 信號從力矩限制器儀表和通過 RS232 從原電氣系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)。 監(jiān)控狀態(tài)的內(nèi)容，包括主副起升和索具鉤各機(jī)構(gòu)制動器的開閉、防爬器、門限位聯(lián)鎖保護(hù)、起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走四大機(jī)構(gòu)的運(yùn)行聯(lián)鎖、大車行走在軌道上與左右兩側(cè)的防碰、當(dāng)前吊鉤的使用工況、供電電纜卷筒的左右張緊限位、各吊鉤起升超速以及上下限終點(diǎn)限位等。 門限位聯(lián)鎖保護(hù)在上機(jī)人員必過的三道門（登機(jī)門、回轉(zhuǎn)門、機(jī)房門）加裝感應(yīng)開關(guān)，信號通過 PLC 處理后傳給觸控顯示器顯示。若門被打開則系統(tǒng)會同步顯示打開門的情況并進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒司機(jī)有人員登機(jī)。通過這個(gè)功能的增加，可以記錄人員的登機(jī)離機(jī)時(shí)間，使司機(jī)及時(shí)掌握作業(yè)重的人員登機(jī)情況，降低人員意外事故風(fēng)險(xiǎn)，也可以作為統(tǒng)計(jì)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4．視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

根據(jù)本門座起重機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以解決操作者視野受限的問題，尤其可以方便地觀察到船艙內(nèi)部的情況，在門式起重機(jī)行走移動時(shí)，也可以實(shí)時(shí)觀察軌道運(yùn)行線附近的情況。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由以下五部分組成： 視頻采集：視頻采集攝像頭分三處安裝，一處是在象鼻梁頭部安裝一部自動穩(wěn)定攝像系統(tǒng)，帶有不銹鋼防護(hù)罩，防護(hù)等級達(dá)到 IP65，滿足遠(yuǎn)距離強(qiáng)震動等設(shè)備特性，起重機(jī)業(yè)時(shí)攝像始終保持豎直向下，自清潔與紅外線補(bǔ)光，駕駛員通過屏幕可向下觀看吊鉤運(yùn)動情況，彌補(bǔ)司機(jī)視線盲區(qū)，提高生產(chǎn)效率，降低安全隱患。二是在司機(jī)室頂部安裝 2 臺高清攝像頭，實(shí)現(xiàn)超大廣角監(jiān)控，可監(jiān)控岸邊和船艙等作業(yè)區(qū)域情況。四個(gè)門腿位置各安裝一個(gè) 200 萬像素高清攝像頭，對設(shè)備行走軌道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止設(shè)備在行走作業(yè)時(shí)發(fā)生碰撞。圖像最大影像分辨率 1,600×1,200，圖像清晰細(xì)膩，并帶有紅外監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)夜間無障礙監(jiān)控。 視頻存儲管理：視頻有存儲系統(tǒng)采用軟硬件一體化設(shè)計(jì)，融合了集群應(yīng)用，負(fù)載均衡結(jié)構(gòu)化存儲技術(shù)，對外提供高性能高可靠不間斷的視頻、圖像存儲和業(yè)務(wù)訪問的服務(wù)，配 8路網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)和 2T 硬盤，提供 VGA/HDMI 多種輸入輸出接口。支持錄像拷貝，回放等功能，視頻存儲 7 天以上，超期視頻能自動覆蓋。 控制器系統(tǒng)：可控制整體監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面多路控制及切換，調(diào)控?cái)z像頭轉(zhuǎn)向，畫面變焦，雨刷調(diào)控等功能為一體，操作簡單。 視頻顯示：采用工業(yè)監(jiān)視器，可抗擊震動、高溫等惡劣環(huán)境，監(jiān)視器加設(shè)穩(wěn)定支撐裝置，可實(shí)現(xiàn)全方位角度調(diào)整，安裝在駕駛臺側(cè)方，方便作業(yè)司機(jī)隨時(shí)觀察作業(yè)情況。 信號傳輸：采用網(wǎng)絡(luò)接收攝像機(jī)傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，通過網(wǎng)絡(luò)利用 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行傳輸，中心滑環(huán)處采用無線網(wǎng)絡(luò)對接，數(shù)據(jù)傳輸采用專用通訊電纜，有效防止設(shè)備信號干擾。

四、系統(tǒng)功能擴(kuò)展

此次改造過程中，除滿足《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系》要求外，我們應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺和可視化網(wǎng)絡(luò)編程框架技術(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)出云端系統(tǒng)可視化系統(tǒng)，使得系統(tǒng)界面快捷直觀，數(shù)據(jù)安全可靠實(shí)時(shí)性高，且易拓展易維護(hù)。既可單機(jī)運(yùn)行也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，具備多種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方式，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架方式主要分三級，本地單機(jī)系統(tǒng)、終端服務(wù)器平臺、云端和 app 應(yīng)用程序。對應(yīng)的系統(tǒng)方案有本地單機(jī)方案，本地單機(jī)—終端服務(wù)器—局域網(wǎng)瀏覽器方案，本地單機(jī)—終端服務(wù)器—廣域網(wǎng)app 方案。實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能后，可將實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史查詢等，與終端服務(wù)器安全監(jiān)控管理平臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障信息、業(yè)務(wù)、維護(hù)信息等，都可以直接通過終端服務(wù)器平臺進(jìn)行訪問查詢即遠(yuǎn)程監(jiān)控。應(yīng)用時(shí)可根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和項(xiàng)目需求及預(yù)算，選擇最佳的組網(wǎng)方案。

五、結(jié)語

在順應(yīng)企業(yè)提高本質(zhì)安全管理的背景下，起重機(jī)安全監(jiān)管理控系統(tǒng)應(yīng)用了集散控制系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)信息管理等先進(jìn)技術(shù)，通過監(jiān)視、控制、管理等手段，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、安全預(yù)警、實(shí)時(shí)監(jiān)視、狀態(tài)記錄和歷史追溯等功能。全面直觀高效的監(jiān)控起重機(jī)運(yùn)行，提高了起重機(jī)運(yùn)行的安全性、可控性和經(jīng)濟(jì)性。