目前，水电站施工现场有大量的施工设备。一般较大的电站有30t缆索式起重机、把混凝土从拌和楼高速连续运输到仓面的供料线、门座式起重机和建筑塔机等设备。这些设备使用效率较低，具体有如下原因：1.为确保施工安全，施工现场采用人工观察设备间的干涉情况，并采用人工避让方式管理设备，不但人工成本高且容易出错；2.设备种类较多，设备维护人员不够专业，解决各种设备故障的能力较差，一个故障需要较长时间才能排除；3.每天没有对设备使用率、浇筑率、故障率进行统计，对导致设备使用效率低下的原因没有全面的分析；如何在保证设备安全运行的前提下提高这些设备使用效率，是影响整个电站工期的关键因素，也是施工设备管理的难点。为解决上述问题，我们设计了施工设备安全管理系统。下文对该系统进行整体性的介绍：
2 施工设备安全管理系统的总体介绍
施工安全管理系统包括：施工设备防碰撞系统、远程诊断系统、视频监控系统、数据追溯和分析系统四大部分。
2.1 施工设备防碰撞系统
施工设备防碰撞系统包括：施工设备间的防撞和吊钩与地面的防撞两种。
2.1.1施工设备间的防撞包括
施工设备间的防撞包括：1.移动测量站；2.防碰撞服务器；3.上位机和数据存储；4.报警系统四个部分。
移动测量站设有北斗数据采集器、S7 1500 PLC控制器、无线收发器、编码器、上位机。安装在每一台施工设备上，用于检测施工设备的大车、小车、桁架、吊钩、回转臂等外形位置并解析出空间模型。系统接收北斗定位信号，通过PLC完成所有数据采集、换算、传送。利用相位差分定位算法，位置误差可以精确到2厘米。在每个移动站设备的司机室内安装触摸屏，触摸屏以动画的形势显示各施工设备的位置和工作状态（如图2所示）。防碰撞服务器将收集到的各施工设备的静态和动态数据进行实时的计算和分析，当设备之间出现干涉时，发出断续的声光报警；当有可能碰撞时，发出连续的声光报警，并发出停机指令。
防碰撞服务器设有北斗数据采集器、S71500 PLC控制器、无线收发器、上位机。是整个系统的控制核心。防碰撞服务器通过无线以太网通讯收集各施工设备的动态数据，建立实时的动态模型。服务器安装在固定点，用于接收移动站的定位数据。服务器由北斗数据采集器接收定位信号，并向移动站发出差分信号，提高移动站定位精度。数据处理主要是由一套PLC来完成的，计算后建立各个移动站的三维数学模型，计算和分析各个设备干涉的可能性，当设备之间将出现干涉时，发出断续的声光报警；当有可能碰撞时，发出连续的声光报警，并发出停机指令，通过无线以太网将指令发送至移动站控制器。
上位机和数据存储设有一台工业计算机显示施工设备图形和存储施工设备位置数据。上位机实时接收并存储防碰撞服务器PLC的数据，通过图形方式显示施工设备的位置。
报警系统设置在每个施工设备的显示器上，当防碰撞服务器发出预警指令时，报警系统在每个上位机上发出声光报警；当防碰撞服务器发出停机指令时，报警系统在每个上位机上发出停机警示；并在上位机上记录报警信息。
2.1.2吊钩与地面防撞
吊钩与地面防撞：目前，施工设备浇筑主要靠人工指挥，每台设备都由报话员指挥，由于施工现场设备交叉施工，设备吊钩又很接近，报话人员极易混淆不同设备的吊钩，尤其是晚上，光线差，人又疲劳，很容易指挥错误。这种人为的犯错在很多的施工现场都出现过，很难完全避免，一旦发生都是重大的安全责任事故。一旦出现看着这台设备指挥另外一台设备将出现重大的安全事故。本子系统采集每台施工设备的吊钩位置数据并记录，利用大数据精确分析施工设备的操作轨迹和操作人员的操作习惯，构建特征函数，综合计算出每个工作区域的吊钩最低点位置，实现吊钩误操作时自动减速甚至停机。
在施工现场吊罐在同一个仓面浇筑，仓面有很多施工的工人。若指挥人员误将其中一个吊罐当做另外一个吊罐指挥，则很可能误操作将这个吊罐一直下降到地面，会发生很严重的安全事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆若投入吊钩与地面防撞系统，则系统将自动从数据库中提取出每个位置的仓面高程，接近仓面时自动减速停机，可以避免这种因人为犯错引起的安全事故。
2.2 远程诊断系统
远程诊断系统包括两个远程通信模块（DLM-300），一个工程师站ES（笔记本），一个PLC站（带以太网CP卡），自主开发的远程监控软件。
将支持4G的SIM卡分别插在两个远程通信模块中，通过远程通信模块的VPN客户端软件，可以将该移动PC同远程PLC站之间建立VPN的连接，从而实现在工程师站是可移动的情况下对某固定设备进行远程诊断。
2.2.1虚拟专用网络(VPN）
虚拟专用网络(VPN）是专用网络的扩展，它包括的链接跨 Internet 这样的共享或公用网络。使用 VPN，您可以用模拟点对点专用链接的方式通过共享或公用网络在两台计算机之间传送数据。既将一些相互连接的设备组成一个虚拟的专用网络来管理。这样，对于每一个PLC站，我们都可以把它们和工程师站（ES）建立一个VPN，从而使用工业以太网来对PLC站进行访问。
2.2.2VPN连接的建立
使用远程通信模块专用的客户端软件，建立客户机同远程通信模块之间的VPN连接。
2.3 视频监控系统
视频监控技术已经很成熟，应用广泛，施工设备在关键部位配置视频监控，能全面监控记录臂架下方实时视频信号，能观察吊钩的起吊工作全过程，监控画面通过以有线或无线传送至操作室显示屏，更好的利于司机操作。视频文件在服务器中存储，并可通过外网传送至中控室或其它手机客户端。
2.4 数据追溯和分析系统
数据追溯和分析系统是一个集网络、硬件、软件为一体的综合性人机交互系统，就是通过统一接口，全面、准确、及时的采集整个施工现场的施工设备全过程的信息数据，对设备状态、运行效率、运行时间、故障时间、报表统计做科学分析、统计。
该系统包含实时监控、故障报警、故障诊断、数据追溯、配件管理、设备检修、报表统计、效率分析等8个功能模块。此外，需要建立一个数据库，存储所有设备的运行数据，通过读取、分析数据库中的数据，实现对设备状态的感知、分析、控制的智能化，这就像是给施工设备装上智能大脑，可以对设备运行状态、运行效率、维护保养情况等实施全方位的智能监控，确保设备安全的前提下高效施工。借助现代化的信息和管理手段，融合互联网+和大数据技术，实现对施工设备的全方位控制与管理。
数据追溯和分析系统可以实现数据的查询、分析、反馈和直观展示，从而为现场参建各方提供了信息交流和现场监控的高效平台。通过登录数据记录和分析系统，建设者可以直观的了解整个现场设备的施工情况，对施工全程监控，促进各单位协同工作、快速反应。
3 结论
本施工设备安全管理系统利用高精度北斗导航和光电编码器采集各种施工设备的位置和状态，服务器建立大坝施工现场的三维数学模型，很形象地用动画的形式模拟出了大坝施工时的设备状态，准确地发出防止碰撞的报警信号和停机信号，为司机操作提供了安全保障。通过远程监控、管理方式为后方设备管理人员提供现场设备的工作数据，大大提高了设备管理的效率，减少了设备故障停机的时间。通过对设备运行数据的分析、统计，总结设备施工效率、维护保养状态，部件寿命，来提升设备使用效率。
参考文献：
[1] 《中国北斗卫星导航系统》人民出版社、
[2] 《远程控制编程技术》电子工业出版社、
[3] 《S7-1500 PLC项目设计与实践》机械工业出版社、
[4] 《西门子 WinCC V7基础与应用》机械工业出版社
论文作者:祝秋华
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/9
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