大型起重機(jī)械的安全監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)控制研究

【文章摘要】
隨著中國建筑業(yè)的飛速發(fā)展，制造業(yè)的不斷升級，作為承擔(dān)工程建設(shè)、貨物運(yùn)輸、裝卸的重要工具--- 大型起重機(jī)械，向大型化、連續(xù)化、高速化和自動化方向發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)控制對于大型起重機(jī)械進(jìn)行安全監(jiān)控，可以大大降低事故率，將成為大型起重機(jī)械發(fā)展的必然趨勢。
【關(guān)鍵詞】
大型；起重機(jī)械；安全監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)控制
0 引言
大型起重機(jī)械對于場地、空間、機(jī)械的移動范圍、載荷量都有明確的限制和要求，因此，起重機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)都是由高強(qiáng)度的金屬結(jié)構(gòu)來制作支持骨架。但是在實(shí)際操作過程中，這些機(jī)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(guī)范操作、安全控制系統(tǒng)不嚴(yán)密、機(jī)械保養(yǎng)不充分等問題經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)械故障和安全事故。
1 大型起重機(jī)械的安全監(jiān)控體系
起重機(jī)械是建筑施工、安裝工程、貨物運(yùn)輸、港口碼頭經(jīng)常用到的建筑工具之一，在工程建設(shè)、貨物裝卸等產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色，重型起重機(jī)體積龐大，操作復(fù)雜，設(shè)備特殊而且作業(yè)危險性較高， 是我國需要重點(diǎn)實(shí)施安全監(jiān)察的幾種大型機(jī)械之一。因此，大型起重機(jī)除了在設(shè)計和生產(chǎn)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(jiān)控體系。大型起重機(jī)械的使用者必須在有關(guān)部門的監(jiān)督下，建立一套完善的起重機(jī)械安全監(jiān)控體系。
1.1 大型起重設(shè)備安全監(jiān)控的必要性
1.1.1 國家政策要求規(guī)定
大型起重設(shè)備安裝安全監(jiān)控體系是國家政策的規(guī)定，早在2011 年3 月，地方政府有關(guān)部門為貫徹《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》的有關(guān)規(guī)定，保證大型起重機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)，防止起重機(jī)械事故，出臺了《關(guān)于印發(fā)（大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案）的通知》，對大型起重機(jī)械的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)提出了安全監(jiān)察的要求。同時對具體工作日程進(jìn)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(jī)械進(jìn)行檢查：200 噸以上通用門式起重機(jī)、60 噸及以上船廠門座式起重機(jī)及架橋機(jī)、港口門座起重機(jī)、2000 噸米及以上普通塔式起重機(jī)。具體的檢查將按照“三步走”的戰(zhàn)略，并于2015 年年底，完成所有的安全檢查工作，達(dá)到《通知》的要求。
1.2 基于起重機(jī)械實(shí)時監(jiān)控的安全控制系統(tǒng)研究
1.2.1 系統(tǒng)概況
我院研究的起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)主要基于起重機(jī)械實(shí)時監(jiān)控，可以在監(jiān)控起重機(jī)械的安全狀況、現(xiàn)場監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、故障維修、效率統(tǒng)計等方面發(fā)揮重要作用，在數(shù)據(jù)的采集、分析、處理中，迅速、準(zhǔn)確得出結(jié)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(yù)防和處理能力。
1.2.2 安全監(jiān)管的平臺
大型起重機(jī)械構(gòu)建的安全控制系統(tǒng)主要分為兩個部分，一個是安全監(jiān)管平臺，一個是安全集成控制平臺。總體結(jié)構(gòu)可以參考下圖1 了解。
作為系統(tǒng)的主題之一，安全監(jiān)管平臺主要采用分級處理的方式對安全問題進(jìn)行監(jiān)管，處理的內(nèi)容有：數(shù)據(jù)分析、視頻采集等，對大型機(jī)械實(shí)現(xiàn)了集遠(yuǎn)程傳輸、監(jiān)控、管理、服務(wù)于一體，建立了基于互聯(lián)網(wǎng)體系的安全監(jiān)管的平臺。
在具體操作中，系統(tǒng)的安全監(jiān)管的平臺主要從以下幾個方面進(jìn)行操作：
(1) 實(shí)現(xiàn)了地圖閱讀，系統(tǒng)自帶全國起重機(jī)地標(biāo)、起重機(jī)械的位置分布以及該地區(qū)的起重機(jī)械的實(shí)時安全狀況；
(2) 實(shí)時監(jiān)測，系統(tǒng)可以隨時調(diào)動全部起重機(jī)械的分布情況，同時對起重設(shè)備的運(yùn)行、機(jī)械安全參數(shù)、工作視頻以及歷史維修數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)出；
(3) 預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)可以對所控制得大型起重設(shè)備警戒參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，區(qū)分警戒級別，采用國際先進(jìn)的預(yù)警設(shè)備和通訊設(shè)備全方位的預(yù)警，并進(jìn)行危機(jī)處理指導(dǎo)。同時，通過遠(yuǎn)程指揮、語音、視頻實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的調(diào)度和控制；
安全監(jiān)管的平臺的主要功能
1.2.3 集成控制平臺
其子系統(tǒng)主要由：實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、故障報警系統(tǒng)、歷史故障查詢系統(tǒng)、操作記錄查詢系統(tǒng)、設(shè)備控制、監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展，為今后控制平臺的擴(kuò)展預(yù)留了接口與空間，方便后期的使用和升級。
2 大型起重機(jī)械的網(wǎng)絡(luò)控制理論
2.1 起重機(jī)械現(xiàn)狀與展望
2.1.1 運(yùn)輸控制技術(shù)的現(xiàn)狀
我國的大型起重機(jī)械工作效率低下。對工人工作經(jīng)驗(yàn)的依賴較為嚴(yán)重，工作方法創(chuàng)新能力不足，第二、操縱者的故障處
圖 1 總體結(jié)構(gòu)圖
理能力不足，一般來講，大型起重設(shè)備的體積較為龐大，占地面積也很大，各種操縱按鈕和開關(guān)距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)行的機(jī)器設(shè)備人工維修起來十分不便。而且，對于設(shè)備維修者來講，由于不能準(zhǔn)確獲取裝卸機(jī)械的實(shí)時耗能和作業(yè)量情況，在維修過程中就需要對各個部位都進(jìn)行測試和檢修，這極大延長了維修的時間。
2.1.2 網(wǎng)絡(luò)化控制的意義
對大型起重機(jī)械進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制體系的升級，就可以將原有的工地、港口的起重機(jī)械和工作人員納入一個統(tǒng)一的管理體系中來，使其各負(fù)其責(zé)。同時，通過網(wǎng)絡(luò)的檢測和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入, 起重操作系統(tǒng)可以和物流系統(tǒng)進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)信息與操作的有機(jī)統(tǒng)一，極大地提高了設(shè)備的利用效率，縮短了起重機(jī)械分派的時間。
2.2 網(wǎng)絡(luò)化控制的概論
2.2.1 網(wǎng)絡(luò)化控制的建立步驟
建立完善的網(wǎng)絡(luò)控制和監(jiān)控體系，需要分三步進(jìn)行，具體來講，就是要構(gòu)建三級網(wǎng)絡(luò)架設(shè)。
首先，建立第一級的網(wǎng)絡(luò)體系，即底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。這層網(wǎng)絡(luò)主要作用是連接Al/AO、I/O 等模擬或數(shù)碼設(shè)備，方便現(xiàn)場控制設(shè)備的檢測和運(yùn)行。
第二，建立連接主要控制設(shè)備PLC、常態(tài)監(jiān)控站、觸屏操作系統(tǒng)的第二級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是中層控制網(wǎng)絡(luò)。
第三，建立第三級網(wǎng)絡(luò)體系，即高層信息管理體系。對后臺設(shè)備、中控室工作人員進(jìn)行監(jiān)控和分析，同時這一層可以連入外網(wǎng)，或者接入到中樞的管理層中，方便管理人員對數(shù)據(jù)的提取和分析。
2.2.2、網(wǎng)絡(luò)控制單機(jī)智能化技術(shù)概論
（1）單機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制
現(xiàn)代起重機(jī)械的單機(jī)控制系統(tǒng)一般都是使用PLC 為控制中樞，為了保證服務(wù)器、整機(jī)故障顯示、工作量管理顯示、以及起重機(jī)維護(hù)保養(yǎng)等工作，還需要增設(shè)CMS 系統(tǒng)（起重機(jī)管理系統(tǒng))。通過PLS、CMS 之間的相互交流，豐富系統(tǒng)內(nèi)部的信息流通。整臺起重機(jī)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(qū)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(wǎng)絡(luò)通訊之間的關(guān)系和連接原理。
（2）PL 與其他現(xiàn)場設(shè)備的通訊
我國的大型起重設(shè)備單機(jī)控制系統(tǒng)由于技術(shù)水平達(dá)不到，大多采用集中式基架擴(kuò)展電纜來實(shí)現(xiàn)。但是這種模式使用的電纜較多，費(fèi)用較高，而且由于鋪設(shè)時被固定住，不利于后期維護(hù)和維修。而國外同行業(yè)已經(jīng)改變了標(biāo)準(zhǔn)的開放形式，使用總線系統(tǒng)連接組件Simatciet500 分布式I/ O, 解決了機(jī)械自動化控制的問題。這種控制器、FO 模塊之間進(jìn)行單線連接，直接通向控制現(xiàn)場的總線。I/0 模塊可安裝在開關(guān)、傳感器和執(zhí)行區(qū)域附近，實(shí)現(xiàn)本地轉(zhuǎn)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(diǎn)：
1）豐富的介面操作功能。根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計的人機(jī)界面可以快速讓工作人員找到各種功能鍵；界面內(nèi)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(shù)據(jù)；靈活簡單的對變量進(jìn)行定義和處理；反映歷史數(shù)據(jù)。
2）通訊及時迅速。該軟件最主要的優(yōu)勢就是具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，細(xì)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(yuǎn)程援助、數(shù)據(jù)記憶、故障智能排除等功能。在高配置的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)即時通訊功能。
2.2.3 網(wǎng)絡(luò)控制多機(jī)智能化技術(shù)
大型起重機(jī)械在局域網(wǎng)建立后, 可通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)軟件的有線、無線傳輸功能實(shí)現(xiàn)總控制臺任意時間、地點(diǎn)查詢，以及檢查與控制其他地區(qū)的設(shè)備。通過網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)現(xiàn)管理者和生產(chǎn)者遠(yuǎn)程交流，使得信息可視化, 并根據(jù)不同的權(quán)限進(jìn)行不同的操作。圖4 是起重設(shè)備網(wǎng)絡(luò)控制的原理。
3 結(jié)論
隨著智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展, 實(shí)現(xiàn)大型起重機(jī)械的網(wǎng)絡(luò)化安全監(jiān)控管理將是廣大企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要組成部分。從技術(shù)手段上完善使用環(huán)節(jié)安全監(jiān)管，創(chuàng)新使用環(huán)節(jié)安全監(jiān)管機(jī)制，從而遏制重特大事故的發(fā)生，是我國未來安全生產(chǎn)必然趨勢
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