起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)對大型起重設(shè)備的安全工作具有重要的支持作用，因此國家對屬于特種設(shè)備的大型起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)有著完善且嚴格的管理要求?；谛袠I(yè)現(xiàn)狀本司以超大型門座式起重機為視角介紹額定起重量 600t 門座起重機上的起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)。

起重機械是港口裝卸作業(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。由大型起重機械導(dǎo)致的各類安全事故時有發(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)的大型起重機械目錄》和做好 2015 年大型起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用與試點工作的通知”（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、60t 及以上門座起重機（含船廠門座起重機、港口門座起重機、電站門座起重機）、315t 米及以上普通塔式起重機、1,000t 米及以上電站塔式起重機、200t 及以上履帶起重機和所有纜索 起重機等超大型起重設(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 起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》標準全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。要落實國家對大型起重機械安全生產(chǎn)的相關(guān)要求，必須對起重機的使用過程進行有效監(jiān)管，把故障和隱患做到杜微慎防，才能切實控制起重機械運行過程中的危險因素和安全事故。

我港現(xiàn)有額定起重量 600t 超大型門座起重機一臺，其不但具有起重量大的特點，而且其作業(yè)范圍大，機構(gòu)多，構(gòu)成復(fù)雜，主要用于特大型結(jié)構(gòu)件海運裝卸作業(yè)，日常使用頻次較普通門座起重機低，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)計和應(yīng)用進行探討。

根據(jù)現(xiàn)行國標《GB/T 28264-2017 起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》要求，門座起重機安全監(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 1 所示。

本系統(tǒng)對起重機工作狀態(tài)進行 24h 實時監(jiān)控，涵蓋司機操作時涉及安全的所有重點信息。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）、操作危險報警控制（超載超高超幅超速保護、起升機構(gòu)制動器開閉、防風(fēng)防滑、門限位、機構(gòu)聯(lián)鎖、大車防撞、卷纜保護等）、運行操作記錄（電機啟停、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、作業(yè)場所）。可以對以上信息進行儲存和分析，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，為起重機的安全運行提供數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)功能采用組態(tài)結(jié)構(gòu)，由多個模塊子系統(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)既能獨立運行，也能互聯(lián)互通，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和統(tǒng)一性。

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、報警器、UPS、溫控器、外接傳感器等，主監(jiān)控系統(tǒng)為整個安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的一級監(jiān)控層。

電控柜按照電氣設(shè)計和接線要求，將電源、通訊網(wǎng)橋、PLC、溫控系統(tǒng)、保護電氣和其他輔助設(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行解析、分析、運算、緩存、控制和處理，并對子系統(tǒng)輸出聲光報警等控制信號。

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安全監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并實現(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，遵循簡潔直觀實用的原則，符合起重機司機和電氣人員的操作需求設(shè)計。監(jiān)控數(shù)據(jù)可長期保存，數(shù)據(jù)超容后自動循環(huán)覆蓋保存。

超大型門座起重機有起升、回轉(zhuǎn)、變幅、行走四大機構(gòu)，但其起升機構(gòu)有主鉤、副鉤、索具鉤三個獨立機構(gòu)，電氣控制和機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計要求需要監(jiān)測的狀態(tài)點和參數(shù)點較多，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)進行顯示，不參與原機程序控制，無安全和故障風(fēng)險。

實時監(jiān)控包括當前風(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。運行統(tǒng)計功能包括開始工作時間、累計工作時間、工作循環(huán)。歷史數(shù)據(jù)包括狀態(tài)、參數(shù)和報警的記錄保存功能，支持多種形式報警。

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構(gòu)制動器的開閉、防爬器、門限位聯(lián)鎖保護、起升、變幅、旋轉(zhuǎn)、行走四大機構(gòu)的運行聯(lián)鎖、大車行走在軌道上與左右兩側(cè)的防碰、當前吊鉤的使用工況、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限位等。

門限位聯(lián)鎖保護是在上機人員必過的三道門（登機門、回轉(zhuǎn)門、機房門）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行聲光報警，提醒司機有人員登機。通過這個功能的增加，可以記錄人員的登機離機時間，使司機及時掌握作業(yè)重的人員登機情況，降低人員意外事故風(fēng)險，也可以作為統(tǒng)計管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

根據(jù)本門座起重機結(jié)構(gòu)特點和工作時運行狀態(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，在門式起重機行走移動時，也可以實時觀察軌道運行線附近的情況。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)，帶有不銹鋼防護罩，防護等級達到 IP65，滿足遠距離強震動等設(shè)備特性，起重機作業(yè)時攝像始終保持豎直向下，自動清潔與紅外線補光，駕駛員通過屏幕可向下觀看吊鉤運動情況，彌補司機視線盲區(qū)，提高生產(chǎn)效率，降低安全隱患。二是在司機室頂部安裝 2 臺高清攝像頭，實現(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。四個門腿位置各安裝一個200 萬像素高清攝像頭，對設(shè)備行走軌道進行實時監(jiān)控，防止設(shè)備在行走作業(yè)時發(fā)生碰撞。圖像最大影像分辨率 1,600×1,200，圖像清晰細膩，并帶有紅外監(jiān)控功能，可實現(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，融合了集群應(yīng)用，負載均衡結(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?？刂破飨到y(tǒng)：可控制整體監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控畫面多路控制及切換，調(diào)控攝像頭轉(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)司機隨時觀察作業(yè)情況。信號傳輸：采用網(wǎng)絡(luò)接收攝像機傳輸?shù)臄?shù)字視頻碼流，通過網(wǎng)絡(luò)利用 TCP/IP 協(xié)議進行傳輸，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。

此次改造過程中，除滿足《起重機械安全監(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)，進一步進行擴展，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)安全可靠實時性高，且易拓展易維護。既可單機運行也可聯(lián)網(wǎng)運行，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)方案有本地單機方案，本地單機—終端服務(wù)器—局域網(wǎng)瀏覽器方案，本地單機—終端服務(wù)器—廣域網(wǎng) app 方案。實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能后，可將實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、實時報警、歷史查詢等，與終端服務(wù)器安全監(jiān)控管理平臺實時數(shù)據(jù)通訊，所有實時數(shù)據(jù)、故障信息、業(yè)務(wù)、維護信息等，都可以直接通過終端服務(wù)器平臺進行訪問查詢即遠程監(jiān)控。應(yīng)用時可根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和項目需求及預(yù)算，選擇最佳的組網(wǎng)方案。

在國家對屬于特種設(shè)備的大型起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)有著完善且嚴格的管理要求的背景下，起重機安全監(jiān)管理控系統(tǒng)行業(yè)先進技術(shù)，通過安全保護、安全預(yù)警、實時監(jiān)視、狀態(tài)記錄和歷史追溯等功能，支持起重機安全高效的運行。