針對起重事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，采用微電子技術(shù)開發(fā)了具有監(jiān)控起重機超載、超高、主梁擾度超限、制動器功能失效、斜拉歪吊和大車運行機構(gòu)不同步的監(jiān)控系統(tǒng)，并對相關(guān)工作原理進行了分析?，F(xiàn)場安裝使用表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)起重機的安全保護和實時監(jiān)控的功能。

作為工程施工所采用的主流特種設(shè)備，橋式、門式起重機在生產(chǎn)作用中一直占據(jù)核心地位，雖然橋式、門式起重機的使用大大提升了施工效率，縮短了施工工期，但操作人員不規(guī)范操作以及工況復雜所引起的工作失誤造成了大量重大施工事故，在沒有研制起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)之前，行業(yè)普遍缺乏有效的監(jiān)控措施，導致風險無預警、無溯源。不僅使施工方無法及時處理安全隱患，而且無法使安全人員追分溯源查驗設(shè)備。據(jù)此橋式、門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)應用而生。

該監(jiān)控裝置基于 ARM7 嵌入式微控制器開發(fā)術(shù)研制而成，主要包括采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、顯示工況和故障警報、停機制動五部分。

1）采集數(shù)據(jù)。依靠數(shù)據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對起重機的吊裝重量、主梁擾度、制動性能、吊繩的偏角、起吊高度和大車行走同步性能這 6 種對起重機的安全運行有重大影響的參數(shù)進行監(jiān)測。

2）處理數(shù)據(jù)。采用 PLC 控制系統(tǒng)和單片機對傳感器和數(shù)據(jù)采集卡收集到的數(shù)據(jù)進行處理。

3）顯示工況和故障警報。工況通過液晶屏顯示，故障警報則借助聲光報警裝置將電信號換成聲光信息。

4）停機制動。斷路控制器在出現(xiàn)違章作業(yè)或者發(fā)生超載時立即切斷對應的回路。

5）數(shù)據(jù)存儲。一般利用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程服務(wù)器，基于經(jīng)濟投入的考慮，選擇將數(shù)據(jù)保存在 USB 移動存儲設(shè)備。

1）起升高度監(jiān)測單元。在卷筒支座上安裝起升高度控制裝置，通過此裝置對起重機的吊鉤進行實時監(jiān)控并將高度信息傳輸?shù)斤@示器。一旦吊鉤達到限定的高度時，該裝置將軌跡信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，立即斷開起升回路停止起重機在垂直方向的動作。數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，并在顯示器上顯示起升故障。

2）起重監(jiān)測單元。在卷筒支座上安裝起重控制裝置，通過此裝置實時監(jiān)控起重機的監(jiān)控重量。一旦起重的重量超過額定起重的 95%，立即控制報警器發(fā)出起重重量已達到額定荷載的 95%；一旦起重重量超過額定起重的 105%，該裝置將起重信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，立即斷開起升回路停止起重機的起升動作。數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，并在顯示器上顯示起重故障。

3）顯示器。顯示器安裝在操控室內(nèi)，實時顯示起重機大車、小車、主起升、副起升和制動器的詳細信息，司機可以通過查看顯示器了解起重機各個單元的實時信息。

4）斜拉歪吊單元。通過在卷筒下的鋼絲繩上端安裝此裝置，監(jiān)測起重機吊鉤傾斜的角度。一旦傾斜的角度超過限定值時，該裝置將起重信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，立即斷開起升回路停止起重機的相應方向的移動。數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，并在顯示器上顯示斜拉歪吊故障。

5）制動器監(jiān)測單元。該裝置安裝在制動器內(nèi)，可以對起升制動器的制動性能進行實時監(jiān)測。一旦制動器出現(xiàn)異常下滑時（例如制動距離超過限定值），該裝置將起重信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，并在顯示器上顯示制動故障，提示工作人員進行檢修。

6）擾度監(jiān)測單元。安裝在起重機主梁的側(cè)面。通過此裝置對起重機的大梁擾度值進行實時監(jiān)測，一旦大梁的擾度值超過設(shè)定值時，該裝置將大梁擾度信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，并在顯示器上顯示大梁處于危險狀態(tài)。

7）采樣單元。該裝置安裝在大車的運行機構(gòu)上，監(jiān)測實時大跨度門式起重機行走部的同步性。一旦起重機的行走部出現(xiàn)不同步時，該裝置首先停止行走部的運行，并將行走部信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心一邊將數(shù)據(jù)進行記錄保存，一邊控制報警器發(fā)出警報，從而避免重大事故。

該系統(tǒng)采用的是安全性極高基于 μC/OS-Ⅱ的RTOS 操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)將應用分解為多個任務(wù)執(zhí)行，可以降低系統(tǒng)軟件的設(shè)計，同時為控制系統(tǒng)的實時性提供保障。多任務(wù)的設(shè)計能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。應用層的軟件選用 C 語言編程。嵌入式的應用系統(tǒng)在對任務(wù)進行劃分的時候，可以根據(jù)需求進行不同的任務(wù)劃分方案。本系統(tǒng)的首要要求是監(jiān)控的“實時性”，即保證在最壞的情況下所有的指令都能立即執(zhí)行。因此在進行任務(wù)劃分時，根據(jù)不同任務(wù)的計算量的多少來選擇合理的任務(wù)數(shù)，這樣就能盡可能地降低不同任務(wù)間的同步通 信要求，使監(jiān)控系統(tǒng)更加合理。

某工廠配有 32/5 t 橋式起重機。表 1 所示為該起重機的相關(guān)參數(shù)。將起重機監(jiān)控系統(tǒng)的各個單元在對應位置安裝完成后，接通監(jiān)控系統(tǒng)的電源，將上述相關(guān)參數(shù)錄入系統(tǒng)。在空載情況下控制主起升升至最高高度，然后在參數(shù)設(shè)置窗口校對主起升高度。采用同樣的方法 校對副起升高度。控制起重機吊起一個重量已知的物件，在參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置主起升的倍率使顯示器上顯示的重量與重物重量一致，并將拱度等參數(shù)錄入系統(tǒng)，完成初始參數(shù)的設(shè)置。

在應用監(jiān)控系統(tǒng)的一個月的時間內(nèi)，該系統(tǒng)多次發(fā)出制動器異常的警報，而且在吊運重量較小的貨物時不發(fā)出警報，只在起吊質(zhì)量較大的貨物時才發(fā)出警報，具體表現(xiàn)為重物在停止時，下滑高度過大。經(jīng)檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)是制動器的閘皮磨損嚴重并且制動器的制動力矩過小。因此，增大制動器的制動力矩并更換閘皮，經(jīng)過檢修后沒有出現(xiàn)了下滑異常的故障。經(jīng)過現(xiàn)場應用，發(fā)現(xiàn)此監(jiān)控系統(tǒng)具有如下特點：系統(tǒng)功耗低、安裝簡單、操作便捷、數(shù)據(jù)查詢快捷；基于嵌入式的微控技術(shù)，可以進行系統(tǒng)自查；監(jiān)測單元之間采用 CAN 總線連接，穩(wěn)定可靠；所有的傳輸信號采用光電隔離，可以抵抗電磁干擾。

基于以上對門式、橋式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與制造落地的分析，可知橋式、門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)可有效預警，提醒施工人員及時處理安全問題、并使施工數(shù)據(jù)管理更加高效可靠，保證施工的正常進行。