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摘要：归纳了安全技术规范和标准对起重机械安全监控管理系统的要求，阐述了监控系统的系统结构和控制方案，讨论了监控系统的通讯方式、信息采集、元器件选型。
关键词：起重机械安全监控管理系统；控制方案；信息采集；选型
引言：
起重机安全监控管理系统是对起重机械工作过程进行监控、能对重要运行参数和安全状态进行记录并管理的系统，其基本功能是显示起重机各机构工作状态、工作参数、故障与报警、操作指令、统计信息；对上述功能中的各信息进行实时记录并可查询和导出；系统自身发生故障时能报警提醒，检出起重机发生故障或报警时具备止停功能；能统计起重机的累计工作时间、工作循环、超载次数等；能对起重机的工作区域和危险区域做到实时监控，并对监控视频进行实时保存和事后查阅。
1起重机安全监控管理系统概念
1.1起重机安全监控管理系统的必要性
随着社会经济的高速发展，起重机作为大型物料搬运的特种设备，在工业化进程中扮演着重要角色，起重机械的自动化程度日益提高，应用工况越来越复杂，对起重机的运行性能、安全性和故障自诊断能力的要求也越来越高。
1.2法规要求
根据TSGQ7015－2016《起重机械定期检验规则》和TSGQ7016－2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》的规定，在用和经安装(包括新装、移装)、改造、重大修理的大型起重机械需要安装起重机械安全监控管理系统。另外，新制造的冶金桥式起重机必须安装安全监控管理系统。
1.3安全监控管理系统基本情况
在一台起重机上加装安全监控管理系统。原电气控制系统采用PLC控制，起升和行走机构采用绕线转子电机串电阻调速，超速和重锤限位直接硬线串入总接触器回路，其他限位、超载保护信号、操作指令进PLC回路。原起重机无制动器状态反馈、大车防撞、运行行程指示、起升高度指示等信号，原起重量限制器仪表无4～20mA或485输出[1]。用户要求监控系统满足标准要求外，还能在办公室集中监视各起重机工作视频。
2起重机安全监控管理系统的功能要求
系统应具有对起重机械运行状态及故障信息进行实时记录、历史追溯的功能，还应具有故障自诊断和止停控制功能，基本功能包括信息显示、记录与查询、自检与止停、信息统计、视频监视等。
2.1信息显示
显示起重机各机构工作状态、工作参数、故障与报警、操作指令、统计信息。
2.2记录与查询
对上述显示功能中的各信息进行实时记录并可查询和导出[2]。
2.3自检与止停
系统自身发生故障时能报警提醒，检出起重机发生故障或报警时具备止停功能。
2.4信息统计
统计起重机的作业时间、累计工作时间、工作循环、超载次数等。
2.5视频监视
能对起重机的工作区域和危险区域做到实时监控，并将视频数据存储到硬盘保存时间72h以上，方便对监控视频进行实时查看和回放查阅。
3控制方案
起重机械安全监控管理系统由硬件和软件组成，其功能单元构成有信息采集单元、信息处理单元、控制输出单元、信息存储单元、信息显示单元、信息输出接口单元等。
其中，信息处理单元为起重机安全监控管理系统的核心，负责信号的采集、处理、显示、存储和控制输出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆主流的信息处理单元控制器有单片机、PLC、工控机等，单片机系统具有便携性好、体积小能耗低、功能完善、适用性强、价格便宜等优点，缺点是可扩展性较差，其可靠性依赖于系统设计者，对设计者的能力及知识要求很高；PLC系统具有可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、易学易用、体积小能耗低、价格适中等优点，缺点是不便于系统产品化、动态显示效果差；工控机系统的优点是适用于恶劣环境、工作环境温度宽、平均无故障时间长、界面美观，缺点是费用较高、便携性能差、开发技术难度较大、工控机和显示器体积大不便安装[3]。为此，需要根据起重机原控制结构、用户要求、项目成本、开发难易程度、可靠性合理选择控制方案。
4通讯
监控系统PLC与原系统PLC及信号采集模块、智能仪表、总线型编码器、触摸屏等通讯时，要注意双方的通讯协议是否支持，PLC是否需要增加相应的通讯模块。常见的通讯接口有串口（支持自由协议）、Modbus、Profibus-DP、网口（支持Modbus-tcp、TCP-on-ISO、S7等），还要考虑通讯距离与通讯速率是否满足要求、通讯接口是否够用、经济性、难易程度等，例如采用Modbus协议有多个从站轮询时会有明显延时、通讯可能受干扰，要在方案设计阶段考虑好上述问题。
5信息采集
采集器主要采集4类信号：第一，开关信号，主要包括门限位、运行连锁、电缆卷筒和制动器等；第二，模拟信号，主要包括起重量、起重力矩、风速、幅度、主钩高度、副钩高度、回转角度、倾斜角度、左右安全距离、运行行程和负载提升速度等；第三，脉冲量信号，主要是增量型编码器；第四，数字信号，主要包括与其他控制器、智能仪表、总线型编码器等通讯的数据。此外，视频监视系统还要采集视频信号[4]。针对起重机原控制系统的不同，需要分别制定相应的信号采集方案。
6元器件选型
6.1PLC选型
选型PLC时首先要考虑如何与原电气系统PLC、现场仪表、编码器、采集模块等通讯，要有支持的通讯协议和足够的通讯接口数量，再计算所需的输入输出点数，最后从成本、易用性等考虑选择最终的PLC品牌和型号。当各传感器与PLC相距较远时考虑使用采集模块、PLC分站等采集局部传感器信号以减少布线，再用通讯的方式传送数据到监控系统主站PLC，主站与分站间不方便布线时使用无线通讯方式。
6.2编码器选型
旋转编码器是一种位置、速度信息反馈传感器，可分为增量编码器、绝对值编码器。在产品性能上绝对值编码器具有更多优点，价格上增量编码器具有更大优势。对于增量编码器，通过PLC程序处理后也能实现数据停电记忆，其累计误差可通过PLC程序在行程端点、中点等位置进行手动或自动校正，电磁干扰可通过屏蔽电缆、合理布线应对，由于其经济实惠，在实际中有大量使用。对数据准确性、稳定性、使用寿命有更高要求的系统推荐采用绝对值编码器。少数场合还用到电位器测量位置信号（如塔式起重机监控系统），需要配合起升高度限制器使用导致分辨率较低，同时电阻精度较低、输出为电压信号易受干扰、使用寿命短，虽然价格便宜但可靠性差，应谨慎使用。
6.3摄像头选型
摄像头的选型主要涉及分辨率、焦距、摄像头数量、硬盘容量等。使用带POE供电的网络摄像头，布线简单、监视视频可远程查看（需联网），最低使用200万像素720P摄像头即可满足起重机监视清晰度要求。
结束语：
起重机械安全监控管理系统的实施需要根据原电气线路、标准要求、客户需求、项目成本等因素仔细考虑，分析清楚原系统控制方式、原系统信息采集范围、新装传感器数量与型号、与原系统的通讯方式、监控系统各部件的安装位置与布线方式等，统筹全局逐步优化，这样才能制定出切实可行经济合理的控制方案。
参考文献：
[1]姜天.基于安全监控的智能仓储作业管理系统[J].物流技术,2019,38(04):105-108.
[2]程大军.苏钢大型起重机安全监控管理系统改造实践[J].山西冶金,2018,41(05):79-80+83.
[3]卞永明,阳刚,李军.门式起重机安全监控管理系统设计[J].机电一体化,2018,24(10):43-49.
[4]段炼.铁路防洪安全监控管理系统及应用[J].湖南科技学院学报,2018,39(10):52-53.
论文作者:李振华
论文发表刊物:《城镇建设》2019年12期
论文发表时间:2019/8/26
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