起重機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

江志文 唐永旺

【摘?要】起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于裝卸搬運(yùn)、冶金制造、土木建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中。隨著國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)家對(duì)起重機(jī)械的安全操作和規(guī)范管理工作的重視程度和要求日益提高。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”（GB/T28264-2017）的明確規(guī)定，起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元、控制輸出單元、信息存儲(chǔ)單元、信息顯示單元、信息導(dǎo)出接口單元、遠(yuǎn)程傳輸單元和遠(yuǎn)程檢測(cè)中心等構(gòu)成。信息化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步，促進(jìn)著遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展。建立起重機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，有助于監(jiān)管人員實(shí)時(shí)查看操作人員的操作規(guī)范以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題并進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)可以與信息系統(tǒng)處理程序相結(jié)合，運(yùn)用人工智能等數(shù)字化手段輔助管理人員全天候監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的精確查詢和匯總統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)安全責(zé)任事故的事前預(yù)防和事后追溯，還可以依托遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)形成施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人員、施工單位監(jiān)管人員、安監(jiān)部門監(jiān)管人員的多級(jí)監(jiān)管制度，有助于起重機(jī)械安全監(jiān)管力度的加強(qiáng)和監(jiān)管水平提高。

【關(guān)鍵詞】起重機(jī)械;遠(yuǎn)程監(jiān)控;管理系統(tǒng);設(shè)計(jì);

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，起重機(jī)械是尤為重要的特種設(shè)備之一，主要應(yīng)用于起重、裝卸、安裝物料的過程中。在實(shí)際應(yīng)用中，由于起重機(jī)械具備起重大、起升高的特點(diǎn)，在很大程度上加大了起重機(jī)械在應(yīng)用中出現(xiàn)安全事故的概率。一旦在實(shí)際生產(chǎn)、使用中出現(xiàn)不當(dāng)行為或操作，就極有可能造成嚴(yán)重的起重機(jī)械安全事故，引起設(shè)備受損，甚至導(dǎo)致人員生命安全受到影響。

1起重機(jī)械存在的安全問題

1.1操作人員業(yè)務(wù)素質(zhì)有待提高

在工程建設(shè)中起重機(jī)械不安全使用的現(xiàn)象頻出，究其原因，半數(shù)以上是操作人員操控不當(dāng)導(dǎo)致的，而業(yè)務(wù)素質(zhì)不高是操作不當(dāng)?shù)淖锟準(zhǔn)?。起重機(jī)械的操作人員需要具備較強(qiáng)的操作技能和業(yè)務(wù)素質(zhì)，并需要對(duì)所控設(shè)備自身狀態(tài)有基本掌握，以便在操控起重機(jī)械的過程中可以及時(shí)地進(jìn)行故障排查和用后保養(yǎng)。但是，在施工現(xiàn)場(chǎng)存在有許多無證上崗的操作人員，而且專業(yè)操作人員流動(dòng)性大，無證上崗的作業(yè)人員其是否具備扎實(shí)的設(shè)備保養(yǎng)知識(shí)無從考證，專業(yè)操作人員兼職多個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)其對(duì)所控起重機(jī)械的自身性能的情況掌握不容樂觀.

1.2起重機(jī)械的使用管理較為混亂

隨著起重機(jī)械的發(fā)展和普及，傳統(tǒng)的安全管理手段已無法滿足安全管理需求，加之部分企業(yè)在施工時(shí)設(shè)備管理制度不明晰，致使起重機(jī)械使用管理混亂成為了普遍問題。首先，不能做到實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理。起重機(jī)械在實(shí)際的施工過程中，施工環(huán)境不定性變化，施工場(chǎng)地、工作內(nèi)容等發(fā)生改變時(shí)，配套的安全管理設(shè)施不能及時(shí)更新，操作人員不能及時(shí)對(duì)接，經(jīng)常存在設(shè)備無人管、使用無交底、維護(hù)中斷等問題。其次，信息化管理滯后，難以統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)。起重機(jī)械種類繁多，使用周期短，再加之施工企業(yè)多以租賃的方式獲得起重機(jī)械的使用權(quán)限，使用流動(dòng)性大，信息登記管理工作量大且使用傳統(tǒng)手段難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)管理，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)難以統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)的問題，甚至制定有管理制度的情況下也難以保證實(shí)施，面對(duì)事故無法做到責(zé)任到人，管理混亂。應(yīng)用大數(shù)據(jù)的安全管理手段已有部分企業(yè)關(guān)注到，但也尚存在缺乏統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)和長(zhǎng)效機(jī)制等諸多問題。

2起重機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備

數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過程。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)來源于信息采集源，信息采集源是監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的最小數(shù)據(jù)聚類單位。起重機(jī)械的信息采集源包含起重量限制器、起重力矩限制器、起升高度限位器/下降深度限位器、運(yùn)行行程限位器、幅度限位器、偏斜限位器等.

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

2.2.1設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，合理借鑒國(guó)外先進(jìn)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它主要分為3個(gè)單元：（1）預(yù)購(gòu)單元。它主要由傳感器、單片機(jī)和通信模塊組成，在起重機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用中起到信號(hào)采集的作用，可以大大提高信號(hào)的抗干擾能力，也可以提高遠(yuǎn)距離傳輸能力。此功能可有效防止信號(hào)在傳輸過程中失真，并提高安全系統(tǒng)測(cè)量的精度。（2）嵌入式控制器模塊。主要作用包括顯示、儲(chǔ)存和無線通信模塊，接收、處理和分析采集模塊發(fā)出的信號(hào)，以便進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。您也可以透過無線模組進(jìn)行遠(yuǎn)端監(jiān)控，并在螢?zāi)簧巷@示結(jié)果。（3）動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析模塊。其主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，即通過將機(jī)器參數(shù)與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，通過分析機(jī)器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性確定機(jī)器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)，并在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)起重機(jī)械的平衡功能進(jìn)行精確分析

2.2.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示模塊

在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示方式上，需要將不同設(shè)備所采集的碎片化的數(shù)據(jù)，根據(jù)其服務(wù)的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行匯總和聚合，將關(guān)聯(lián)到同一臺(tái)起重機(jī)械的所有數(shù)據(jù)聚合到同一個(gè)界面上，以便于更加直接地查看這臺(tái)起重機(jī)械相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，讓監(jiān)控人員對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境參數(shù)有更加整體性和綜合性的把握。數(shù)據(jù)在展示時(shí)不僅要根據(jù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的種類，顯示所采集的原始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還需要以模擬仿真的方式，采用2D＼3D動(dòng)畫圖形圖像以及VR虛擬現(xiàn)實(shí)等前沿技術(shù)，對(duì)起重機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行更直觀的模擬展示.

2.2.3權(quán)限和訪問控制模塊

當(dāng)用戶身份、種類繁多復(fù)雜的時(shí)候，需要對(duì)信息和操作的訪問權(quán)限加以控制，使信息的開放性和安全性得到保障。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)包含施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人員、施工單位監(jiān)管人員、安監(jiān)部門監(jiān)管人員、系統(tǒng)管理人員等多種不同身份的用戶，需要根據(jù)其個(gè)人工作模塊和管理維度，劃分不同的信息訪問和操作權(quán)限。權(quán)限和訪問控制模塊依據(jù)基于角色的訪問控制（Role-Based Access Control）模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域需要的權(quán)限創(chuàng)建不同的角色。用戶則根據(jù)其職位、責(zé)任和資格等來指派相應(yīng)的角色.

2.3數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，是遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的底層核心模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的注冊(cè)、信息完善、注銷、離線、上線等操作，以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)采集設(shè)備發(fā)送過來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以通過GPRS或WIFI數(shù)傳模塊與智能網(wǎng)關(guān)相連，也可以直接與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸要保證實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，既要能夠保證在高壓高溫、強(qiáng)烈電磁干擾地區(qū)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的可靠性，又要具有在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的斷線重連等機(jī)制。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)接收模塊，基于TCP/IP協(xié)議與數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立連接，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，排除異常數(shù)據(jù)。針對(duì)存在多臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的情況，接收模塊要支持并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連接方式，并且保證服務(wù)器資源占用和帶寬能夠滿足數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸需要。

結(jié)束語

起重機(jī)械遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)械采用集中監(jiān)控管理的模式，建立多級(jí)集中統(tǒng)一的監(jiān)控管理中心，實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)械監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和儲(chǔ)存、故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)分析、安全責(zé)任事故的事先預(yù)防、事后追溯機(jī)制等，對(duì)保障起重機(jī)械的安全運(yùn)行具有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：河南工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院）