大型起重机械的安全监控及网络控制研究

赵 军 江苏省特种设备安全监督检验研究院连云港分院 222004

【文章摘要】

随着中国建筑业的飞速发展，制造业的不断升级，作为承担工程建设、货物运输、装卸的重要工具--- 大型起重机械，向大型化、连续化、高速化和自动化方向发展，通过网络控制对于大型起重机械进行安全监控，可以大大降低事故率，将成为大型起重机械发展的必然趋势。

【关键词】

大型；起重机械；安全监控；网络控制

0 引言

大型起重机械对于场地、空间、机械的移动范围、载荷量都有明确的限制和要求，因此，起重机械的主要结构都是由高强度的金属结构来制作支持骨架。但是在实际操作过程中，这些机械金属部分的支架在承载自重以及外部荷载的过程中，由于不规范操作、安全控制系统不严密、机械保养不充分等问题经常导致机械故障和安全事故。

1 大型起重机械的安全监控体系

起重机械是建筑施工、安装工程、货物运输、港口码头经常用到的建筑工具之一，在工程建设、货物装卸等产业中扮演着重要的角色，重型起重机体积庞大，操作复杂，设备特殊而且作业危险性较高，是我国需要重点实施安全监察的几种大型机械之一。因此，大型起重机除了在设计和生产的时候需要考虑安全因素，在使用中也需要建立一个良好的安全监控体系。大型起重机械的使用者必须在有关部门的监督下，建立一套完善的起重机械安全监控体系。

1.1 大型起重设备安全监控的必要性

1.1.1 国家政策要求规定

大型起重设备安装安全监控体系是国家政策的规定，早在2011 年3 月，地方政府有关部门为贯彻《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》的有关规定，保证大型起重机械安全运转，防止起重机械事故，出台了《关于印发（大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案）的通知》，对大型起重机械的安全监控管理系统提出了安全监察的要求。同时对具体工作日程进行了安排，明确了检查原则、检查范围。《通知》中指出，需要对下列四类大型起重机械进行检查：200 吨以上通用门式起重机、60 吨及以上船厂门座式起重机及架桥机、港口门座起重机、2000 吨米及以上普通塔式起重机。具体的检查将按照“三步走”的战略，并于2015 年年底，完成所有的安全检查工作，达到《通知》的要求。

1.2 基于起重机械实时监控的安全控制系统研究

1.2.1 系统概况

我院研究的起重机械安全监控系统主要基于起重机械实时监控，可以在监控起重机械的安全状况、现场监控、数据传输、故障维修、效率统计等方面发挥重要作用，在数据的采集、分析、处理中，迅速、准确得出结论，并以报表方式输出，极大地提高了管理人员的工作效率，降低了工作量，提高了对事故的预防和处理能力。

1.2.2 安全监管的平台

大型起重机械构建的安全控制系统主要分为两个部分，一个是安全监管平台，一个是安全集成控制平台。总体结构可以参考下图1 了解。

作为系统的主题之一，安全监管平台主要采用分级处理的方式对安全问题进行监管，处理的内容有：数据分析、视频采集等，对大型机械实现了集远程传输、监控、管理、服务于一体，建立了基于互联网体系的安全监管的平台。

在具体操作中，系统的安全监管的平台主要从以下几个方面进行操作：

(1) 实现了地图阅读，系统自带全国起重机地标、起重机械的位置分布以及该地区的起重机械的实时安全状况；

(2) 实时监测，系统可以随时调动全部起重机械的分布情况，同时对起重设备的运行、机械安全参数、工作视频以及历史维修数据都可以进行数据调出；

(3) 预警系统，系统可以对所控制得大型起重设备警戒参数进行设定，区分警戒级别，采用国际先进的预警设备和通讯设备全方位的预警，并进行危机处理指导。同时，通过远程指挥、语音、视频实现现场的调度和控制；

安全监管的平台的主要功能

1.2.3 集成控制平台

其子系统主要由：实时状态监控系统、故障报警系统、历史故障查询系统、操作记录查询系统、设备控制、监控系统构成。结合当前的技术发展，为今后控制平台的扩展预留了接口与空间，方便后期的使用和升级。

2 大型起重机械的网络控制理论

2.1 起重机械现状与展望

2.1.1 运输控制技术的现状

我国的大型起重机械工作效率低下。对工人工作经验的依赖较为严重，工作方法创新能力不足，第二、操纵者的故障处

图1 总体结构图248

科学论坛

Science Forum

电子制作

理能力不足，一般来讲，大型起重设备的体积较为庞大，占地面积也很大，各种操纵按钮和开关距离较远，现行的机器设备人工维修起来十分不便。而且，对于设备维修者来讲，由于不能准确获取装卸机械的实时耗能和作业量情况，在维修过程中就需要对各个部位都进行测试和检修，这极大延长了维修的时间。

2.1.2 网络化控制的意义

对大型起重机械进行网络化控制体系的升级，就可以将原有的工地、港口的起重机械和工作人员纳入一个统一的管理体系中来，使其各负其责。同时，通过网络的检测和互联网络接入, 起重操作系统可以和物流系统进行对接，实现信息与操作的有机统一，极大地提高了设备的利用效率，缩短了起重机械分派的时间。

2.2 网络化控制的概论

2.2.1 网络化控制的建立步骤

建立完善的网络控制和监控体系，需要分三步进行，具体来讲，就是要构建三级网络架设。

首先，建立第一级的网络体系，即底层设备网络。这层网络主要作用是连接Al/AO、I/O 等模拟或数码设备，方便现场控制设备的检测和运行。

第二，建立连接主要控制设备PLC、常态监控站、触屏操作系统的第二级网络系统，也就是中层控制网络。

第三，建立第三级网络体系，即高层信息管理体系。对后台设备、中控室工作人员进行监控和分析，同时这一层可以连入外网，或者接入到中枢的管理层中，方便管理人员对数据的提取和分析。

2.2.2、网络控制单机智能化技术概论

（1）单机网络控制

现代起重机械的单机控制系统一般都是使用PLC 为控制中枢，为了保证服务器、整机故障显示、工作量管理显示、以及起重机维护保养等工作，还需要增设CMS 系统（起重机管理系统)。通过PLS、CMS 之间的相互交流，丰富系统内部的信息流通。整台起重机上有三个层次的通讯。分别是：分散输入、输出部分与PLC 间的通讯、PLC 与驱动器之间的通讯、PLC 与CMS 之间的通讯。图3 充分展示了三层网络通讯之间的关系和连接原理。

（2）PL 与其他现场设备的通讯

我国的大型起重设备单机控制系统由于技术水平达不到，大多采用集中式基架扩展电缆来实现。但是这种模式使用的电缆较多，费用较高，而且由于铺设时被固定住，不利于后期维护和维修。而国外同行业已经改变了标准的开放形式，使用总线系统连接组件Simatciet500 分布式I/ O, 解决了机械自动化控制的问题。这种控制器、FO 模块之间进行单线连接，直接通向控制现场的总线。I/0 模块可安装在开关、传感器和执行区域附近，实现本地转换各种信号，集中处理各种问题。

（3）PLC 与管理中枢的通讯

PLC 与管理中枢的通讯主要由一系列的软件来完成。它具有以下的特点：

1）丰富的介面操作功能。根据人体工程学设计的人机界面可以快速让工作人员找到各种功能键；界面内部安排了自由存储的图形库；可以处理各种图片、音频、视频等多媒体数据；灵活简单的对变量进行定义和处理；反映历史数据。

2）通讯及时迅速。该软件最主要的优势就是具有强大的数据采集能力，细致的硬件测试与检查手段，可以有效地抵抗木马、病毒、黑客的入侵；同时支持远程援助、数据记忆、故障智能排除等功能。在高配置的基础上，可以实现即时通讯功能。

2.2.3 网络控制多机智能化技术

大型起重机械在局域网建立后, 可通过网络控制系统软件的有线、无线传输功能实现总控制台任意时间、地点查询，以及检查与控制其他地区的设备。通过网络控制实现管理者和生产者远程交流，使得信息可视化, 并根据不同的权限进行不同的操作。图4 是起重设备网络控制的原理。

3 结论

随着智能化、网络化技术的发展, 实现大型起重机械的网络化安全监控管理将是广大企业实现安全生产的重要组成部分。从技术手段上完善使用环节安全监管，创新使用环节安全监管机制，从而遏制重特大事故的发生，是我国未来安全生产必然趋势

【参考文献】

[1] 赵艳萍. 设备管理与维修[M]. 北京：化学工业出版社，2004.

[2] 应去非. 机电设备安全操作及保养规程汇编[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

[3] 任玉华，于景华. 浅谈起重机械的安全管理[J]. 建筑机械 2012，7 (上半月刊).

【作者简介】

赵军，1969.01，男，江苏连云港人，高级工程师, 研究方向: 特种设备检验技术研究

图3 三层通讯网络结构示意图

图4 多机网络控制结构图249

科学论坛

Science Forum

电子制作