門座式起重機是碼頭船廠不可或缺的作業(yè)工具，其地位極其重要，并且門座式起重機價格昂貴，制造周期較長，安裝調(diào)試也比較耗費時間和人力，一旦發(fā)生安全事故，不僅會造成重大的經(jīng)濟損失，嚴重影響工期，并且會對現(xiàn)場的施工人員生命安全造成重大威脅。因此門座式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)就應用就顯得格外重要，對門座式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的技術改良和改造也是重中之重。

我們以60t門座式起重機為例，參照國家 GB/T 28264—2012《起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》標準的要求，針對原有的安全監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題提出合理改造方案。

60 t門座式起重機是由大車行走機構、起升機構、變 幅機構、旋轉機構組成。起重機由岸電箱提供380 V交流電電源，進線采用地溝滑觸線至總受電柜，一路經(jīng)總受電柜送至下部行走機構，一路由總受電柜經(jīng)中心滑環(huán)分配到上部機房控制箱。起重機控制系統(tǒng)采用歐姆龍PLC（Programmable Logic Con－troller，可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)，由PLC控制器、I/O 模塊、交流變頻器、變頻電機、觸摸屏顯示器以及各類型的開關裝置構成的集散式控制驅(qū)動系統(tǒng)。駕駛員通過司機室的聯(lián)動臺對起重機的動作進行控制，而所有控制及故障報警信號都是經(jīng)過PLC進行處理和發(fā)出，以實現(xiàn)所要求的各種動作。在司機室設有觸摸屏顯示器，通過駕駛員的選擇可以顯示起重機及各主要機構的運行狀態(tài)和所發(fā)生的故障。起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)是對起重機械工作過程進行監(jiān)控，能夠?qū)χ匾\行參數(shù)和安全狀態(tài)進行記錄并管理的系統(tǒng)，它是由硬件和軟件組成。60 t門座式起重機原安全監(jiān)制系統(tǒng)由PLC控制器、觸摸屏顯示器和相應的軟件系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)僅僅能從PLC 控制器提取一些開關量進行監(jiān)控，而對于起升高度、風速、旋轉角度等一些模擬量數(shù)據(jù)卻不能有效監(jiān)控。60 t門座式起重機原監(jiān)控系統(tǒng)僅有一些開關量監(jiān)控，缺少一些模擬量的監(jiān)控，同時監(jiān)控系統(tǒng)功能也不完全，缺少對歷史數(shù)據(jù)的查詢儲存功能、工作時間查詢統(tǒng)計功能、故障報警統(tǒng)計等等功能。通過與最新的安全監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范對比，門座式起重機還缺少的參數(shù)見表1。

由于60 t門座式起重機采用的是PLC控制器控制整車動作，將最大化利用原控制系統(tǒng)的電氣硬件，將在滿足達到國家安全監(jiān)控要求的基礎上，保持最小的改動。根據(jù)對起重機原安全監(jiān)控系統(tǒng)的分析，決定分2步來實現(xiàn)此次改造。

（1）從PLC控制器提取能監(jiān)控到的參數(shù)，直接通信到駕駛室的主機上。

（2）對于缺少的監(jiān)控參數(shù)，將另外安裝采集設備進行采集， 最后通信到駕駛室主機上。駕駛室的主機采用 10.4 英寸液晶顯示屏，該主機是集顯示器和處理器一起的一體化機，只要將相關的監(jiān)控參數(shù)連接到該主機上，主機可以進行計算、分析、儲存和顯示，滿足國家的安全監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

門座式起重機PLC控制器選用的是OMRON CS1G - CPU42H 型號處理器，該PLC控制器是一個獨立的集中控制器，如圖1所示。大車控制信號和上部控制信號（起升控制、變幅控制、旋轉控制）都是直接將信號接入主PLC控制器，而不是通過分布式PLC采集的，所以，直接從主PLC加裝一塊通信模塊連接到監(jiān)控系統(tǒng)主機上的，就可以將PLC控制器里面的參數(shù)提取出來，進行監(jiān)控和顯示。

門座式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)要求對大車行走位置、起升高度、旋轉角度、風速、起重量、起重力矩、相鄰起重機距離等參數(shù)進行監(jiān)控和顯示，而這些參數(shù)原PLC沒有采集，需要另外安裝相關采集設備進行采集和傳輸。通過對60 t門座式起重機結構分析，起重機大車行走和上部電器房采用中心滑環(huán)進行通電連接，且中心滑環(huán)無備用滑環(huán)，大車行走需要采集的數(shù)據(jù)無法通過實線連接到上部電器房，如果更換中心滑環(huán)則工作量和投入都比較大。綜合考慮，安全監(jiān)控系統(tǒng)采用2.4 G頻段的ZigBee（短距離無線傳輸技術）設備進行數(shù)據(jù)通信，ZigBee設備可已提供遠距離達到2 km范圍內(nèi)的通信，可以將各種數(shù)據(jù)進行實時傳輸，傳輸速率達3000 M帶寬，而且抗干擾能力強，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)通過安裝各類傳感器采集起重機的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，如圖2所示。大車行走位置和相鄰起重機距離兩個參 數(shù)均沒有相應的采集裝置，通過在大車行走安裝位置編碼器和激光測距裝置，并將采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee模塊發(fā)送給駕駛室的ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器在通過串口發(fā)送給主機，完成數(shù)據(jù)的采集。

ZigBee協(xié)調(diào)器與采集模塊基本一樣，主要區(qū)別在于協(xié)調(diào)器增加了串口轉換電路，可以通過串口和上位機通信，協(xié)調(diào)器需要定時訪問終端節(jié)點，收集采集到的原始數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給上位機。協(xié)調(diào)器要不停地對各個終端節(jié)點查詢，上傳數(shù)據(jù)，管理網(wǎng)路，是網(wǎng)絡的核心。

60 t門座式起重機建造時就沒有安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，故根據(jù)國家標準必須新裝一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)。起重機大車左右橫梁上各裝2個攝像頭，用于監(jiān)控4根軌道上的情況；起重機大臂吊鉤上部安裝1個8方向360°轉動的高清攝像頭，用于監(jiān)控吊物時的情況；起重機駕駛室安裝2個攝像頭，監(jiān)控左、右操作臺的全景，用于監(jiān)控駕駛員操作動作。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的顯示屏和視頻服務器安裝在駕駛室，供駕駛員實時察看。由于60 t門座式起重機上部和下部采用中心滑環(huán)通電連接，中心滑環(huán)已沒有多余的環(huán)進行有線連接，所以大車4路視頻信號只能采用無線方式傳至視頻服務器，具體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

通過對60 t門座式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的改造，不僅從PLC控制器提取出了要監(jiān)控的參數(shù)，還通過加裝一些采集設備和通信設備，使新的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)達到了國標的要求，能夠全方位保證起重機設備的安全運行，能夠提供門座式起重機安全狀態(tài)的實時預警和控制，是集精密測量、人工智能、自動控制等多種新技術于一體的信息管理系統(tǒng)。門座式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)主界面可以清楚的顯示所監(jiān)控的參數(shù)，給駕駛員一個比較直觀的顯示。通過多重窗口和動態(tài)查看，只需點擊鼠標就可以輕松地查看起重機的運行狀態(tài)，進行參數(shù)監(jiān)控，歷史操作和故障查詢，如圖4和圖5所示。

       技術改良和改造過后的門座式安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了操作安全控制、危險臨界報警、現(xiàn)場實時顯示和數(shù)據(jù)記錄保存等功能，完全符合GB/T 28264— 2012《起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的標準。新的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)還預留了遠程模塊接口，后續(xù)只需要加裝遠程無線傳輸定位模塊，可以將起重機的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，工作人員和管理人員可以在辦公室通過聯(lián)網(wǎng)查看起重機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。