大型起重機械的安全監控及網絡控制研究

【文章摘要】
隨著中國建筑業的飛速發展，制造業的不斷升級，作為承擔工程建設、貨物運輸、裝卸的重要工具--- 大型起重機械，向大型化、連續化、高速化和自動化方向發展，通過網絡控制對于大型起重機械進行安全監控，可以大大降低事故率，將成為大型起重機械發展的必然趨勢。
【關鍵詞】
大型；起重機械；安全監控；網絡控制
0 引言
大型起重機械對于場地、空間、機械的移動范圍、載荷量都有明確的限制和要求，因此，起重機械的主要結構都是由高強度的金屬結構來制作支持骨架。但是在實際操作過程中，這些機械金屬部分的支架在承載自重以及外部荷載的過程中，由于不規范操作、安全控制系統不嚴密、機械保養不充分等問題經常導致機械故障和安全事故。
1 大型起重機械的安全監控體系
起重機械是建筑施工、安裝工程、貨物運輸、港口碼頭經常用到的建筑工具之一，在工程建設、貨物裝卸等產業中扮演著重要的角色，重型起重機體積龐大，操作復雜，設備特殊而且作業危險性較高， 是我國需要重點實施安全監察的幾種大型機械之一。因此，大型起重機除了在設計和生產的時候需要考慮安全因素，在使用中也需要建立一個良好的安全監控體系。大型起重機械的使用者必須在有關部門的監督下，建立一套完善的起重機械安全監控體系。
1.1 大型起重設備安全監控的必要性
1.1.1 國家政策要求規定
大型起重設備安裝安全監控體系是國家政策的規定，早在2011 年3 月，地方政府有關部門為貫徹《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》的有關規定，保證大型起重機械安全運轉，防止起重機械事故，出臺了《關于印發（大型起重機械安裝安全監控管理系統實施方案）的通知》，對大型起重機械的安全監控管理系統提出了安全監察的要求。同時對具體工作日程進行了安排，明確了檢查原則、檢查范圍。《通知》中指出，需要對下列四類大型起重機械進行檢查：200 噸以上通用門式起重機、60 噸及以上船廠門座式起重機及架橋機、港口門座起重機、2000 噸米及以上普通塔式起重機。具體的檢查將按照“三步走”的戰略，并于2015 年年底，完成所有的安全檢查工作，達到《通知》的要求。
1.2 基于起重機械實時監控的安全控制系統研究
1.2.1 系統概況
我院研究的起重機械安全監控系統主要基于起重機械實時監控，可以在監控起重機械的安全狀況、現場監控、數據傳輸、故障維修、效率統計等方面發揮重要作用，在數據的采集、分析、處理中，迅速、準確得出結論，并以報表方式輸出，極大地提高了管理人員的工作效率，降低了工作量，提高了對事故的預防和處理能力。
1.2.2 安全監管的平臺
大型起重機械構建的安全控制系統主要分為兩個部分，一個是安全監管平臺，一個是安全集成控制平臺。總體結構可以參考下圖1 了解。
作為系統的主題之一，安全監管平臺主要采用分級處理的方式對安全問題進行監管，處理的內容有：數據分析、視頻采集等，對大型機械實現了集遠程傳輸、監控、管理、服務于一體，建立了基于互聯網體系的安全監管的平臺。
在具體操作中，系統的安全監管的平臺主要從以下幾個方面進行操作：
(1) 實現了地圖閱讀，系統自帶全國起重機地標、起重機械的位置分布以及該地區的起重機械的實時安全狀況；
(2) 實時監測，系統可以隨時調動全部起重機械的分布情況，同時對起重設備的運行、機械安全參數、工作視頻以及歷史維修數據都可以進行數據調出；
(3) 預警系統，系統可以對所控制得大型起重設備警戒參數進行設定，區分警戒級別，采用國際先進的預警設備和通訊設備全方位的預警，并進行危機處理指導。同時，通過遠程指揮、語音、視頻實現現場的調度和控制；
安全監管的平臺的主要功能
1.2.3 集成控制平臺
其子系統主要由：實時狀態監控系統、故障報警系統、歷史故障查詢系統、操作記錄查詢系統、設備控制、監控系統構成。結合當前的技術發展，為今后控制平臺的擴展預留了接口與空間，方便后期的使用和升級。
2 大型起重機械的網絡控制理論
2.1 起重機械現狀與展望
2.1.1 運輸控制技術的現狀
我國的大型起重機械工作效率低下。對工人工作經驗的依賴較為嚴重，工作方法創新能力不足，第二、操縱者的故障處
圖 1 總體結構圖
理能力不足，一般來講，大型起重設備的體積較為龐大，占地面積也很大，各種操縱按鈕和開關距離較遠，現行的機器設備人工維修起來十分不便。而且，對于設備維修者來講，由于不能準確獲取裝卸機械的實時耗能和作業量情況，在維修過程中就需要對各個部位都進行測試和檢修，這極大延長了維修的時間。
2.1.2 網絡化控制的意義
對大型起重機械進行網絡化控制體系的升級，就可以將原有的工地、港口的起重機械和工作人員納入一個統一的管理體系中來，使其各負其責。同時，通過網絡的檢測和互聯網絡接入, 起重操作系統可以和物流系統進行對接，實現信息與操作的有機統一，極大地提高了設備的利用效率，縮短了起重機械分派的時間。
2.2 網絡化控制的概論
2.2.1 網絡化控制的建立步驟
建立完善的網絡控制和監控體系，需要分三步進行，具體來講，就是要構建三級網絡架設。
首先，建立第一級的網絡體系，即底層設備網絡。這層網絡主要作用是連接Al/AO、I/O 等模擬或數碼設備，方便現場控制設備的檢測和運行。
第二，建立連接主要控制設備PLC、常態監控站、觸屏操作系統的第二級網絡系統，也就是中層控制網絡。
第三，建立第三級網絡體系，即高層信息管理體系。對后臺設備、中控室工作人員進行監控和分析，同時這一層可以連入外網，或者接入到中樞的管理層中，方便管理人員對數據的提取和分析。
2.2.2、網絡控制單機智能化技術概論
（1）單機網絡控制
現代起重機械的單機控制系統一般都是使用PLC 為控制中樞，為了保證服務器、整機故障顯示、工作量管理顯示、以及起重機維護保養等工作，還需要增設CMS 系統（起重機管理系統)。通過PLS、CMS 之間的相互交流，豐富系統內部的信息流通。整臺起重機上有三個層次的通訊。分別是：分散輸入、輸出部分與PLC 間的通訊、PLC 與驅動器之間的通訊、PLC 與CMS 之間的通訊。圖3 充分展示了三層網絡通訊之間的關系和連接原理。
（2）PL 與其他現場設備的通訊
我國的大型起重設備單機控制系統由于技術水平達不到，大多采用集中式基架擴展電纜來實現。但是這種模式使用的電纜較多，費用較高，而且由于鋪設時被固定住，不利于后期維護和維修。而國外同行業已經改變了標準的開放形式，使用總線系統連接組件Simatciet500 分布式I/ O, 解決了機械自動化控制的問題。這種控制器、FO 模塊之間進行單線連接，直接通向控制現場的總線。I/0 模塊可安裝在開關、傳感器和執行區域附近，實現本地轉換各種信號，集中處理各種問題。
（3）PLC 與管理中樞的通訊
PLC 與管理中樞的通訊主要由一系列的軟件來完成。它具有以下的特點：
1）豐富的介面操作功能。根據人體工程學設計的人機界面可以快速讓工作人員找到各種功能鍵；界面內部安排了自由存儲的圖形庫；可以處理各種圖片、音頻、視頻等多媒體數據；靈活簡單的對變量進行定義和處理；反映歷史數據。
2）通訊及時迅速。該軟件最主要的優勢就是具有強大的數據采集能力，細致的硬件測試與檢查手段，可以有效地抵抗木馬、病毒、黑客的入侵；同時支持遠程援助、數據記憶、故障智能排除等功能。在高配置的基礎上，可以實現即時通訊功能。
2.2.3 網絡控制多機智能化技術
大型起重機械在局域網建立后, 可通過網絡控制系統軟件的有線、無線傳輸功能實現總控制臺任意時間、地點查詢，以及檢查與控制其他地區的設備。通過網絡控制實現管理者和生產者遠程交流，使得信息可視化, 并根據不同的權限進行不同的操作。圖4 是起重設備網絡控制的原理。
3 結論
隨著智能化、網絡化技術的發展, 實現大型起重機械的網絡化安全監控管理將是廣大企業實現安全生產的重要組成部分。從技術手段上完善使用環節安全監管，創新使用環節安全監管機制，從而遏制重特大事故的發生，是我國未來安全生產必然趨勢
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