起重机械在工矿企业、房地产、道路桥梁等工业生产和基础设施建设中应用十分广泛 , 随着社会经济的发展对起重机的需求量越来越大，而日益向大型化、高速化、自动化的方向发展。与此同时起重机也是一种蕴藏危险因素较多 , 事故发生几率较大的机械设备 , 国内外每年都发生大量因起重机作 业造成的设备损坏和人身伤亡事故。 据美国劳工部统计局 20 0 8 年 7 月发布的起重机安全事故最 新的统计数据显示 , 20 0 3 年至 20 0 5 年平均每年起重机事故造成 7 8 人死亡 , 20 0 6 年起重机事故造成 7 2 人死亡。虽然 日本极其重视对起重机的管理 , 伤亡事故逐年下降 , 但2008年 , 日本起重机事故伤亡数目仍然有 2 3 55 人。 从最近几年国家安监总局统计的事故数字来看 , 起重机械的事故发生率和发生事故导致人员伤 亡的绝对数字一直高居八大类特种设备之首。以 3 8 家 50 0 万吨以上国有大型钢铁企业 20 1 0 年安全 事故统计数据为例 , 起重伤害事故起数 2 4 起 , 列事故类别的第四位 , 仅次于物体打击 ( 3 6 起 ) 、 机械伤 害 ( 3 3 起) , 高处坠落 ( 2 6 起 ) 事故 ; 起重伤亡人数 2 4 人 , 占伤亡人数总数 的 1 0 % 。 20 0 7 年 4 月 1 8 日 , 辽宁省铁岭清河特殊钢有限责任公司发生的起重设备事故造成 3 2 人死亡 、 6 人重伤 , 损失惨重 。 有鉴如此，国发〔20 1 0 〕2 3 号国务院关于进一步加强 企业安全生产工作的通知第九条提出了 “ 大 型起重机械要安装安全监控管理系统 ” 要求 ; 安监总科技 2 0 1 1 6 5 号提出 “ 在冶金机械制造和建筑等 企业推行行车定位 、 起重机 吊钩上下限位 、 压力机滑块防坠落装置和监控管理系统 ”。对于集群化使用起重机的大型企业 , 为保证每一台起重机的安全使用 , 预测和防止故障 , 提高维 护维修效率 , 迫切需要一种长期连续监测多台起重机运行状况的综合信息系统 , 能全过程全方位连续 监控起重机操作使用和设备运行状况 。 本文将就起重机运行安全网络监控管理提供一种设计方案 。

系统总体设计 起重机运行安全网络监控管理系统由传感器阵列 、 控制显示器 、 无线数据传输装置 、 集中监控和 信息处理计算机系统组成 。 系统单元 、 支撑技术和功能构成关系 如下表所示 :

 

对桥架型起重机而言 , 传感器组至少包括有载荷传感器 、 电量传感 器 、 速度或加速度传感 器 ( 振 动测量用 ) 、 温度传感器 、 位置或位移传感 器、 距离传感器 ( 当监控 系统用于流动型起重机时 , 应根据 检测项 目设置相应的传感器 ) , 这些传感器分布在起重机 的卷扬机构 、 行走机构 、 供 电和传动控制 系 统 、 车体等部位形成传感网络 , 采集起重机各部位 的工况信号 。 传感器阵列通过信号接 口单元与控制和显示器连接 , 车载电源系统为传感器和 控制器和显示器 提供稳定干净 的工作电源 , 诸单元一并构成起重机车载监控系统。 图 1 所示为车载监控系统方案示 意图。

 

车载监控系统监控程序实时处理传感器输人信号并以 图形或数字方式在图形显示器显示 , 根据 预先设定的判断标准和流程对实时数据进行分析和判断。 车载监控系统通过无线数据传输装置建立与集 中监控和 信息处理计算机系统间的通讯通道 。 图 2 为起重机运行安全网络监控管理系统网络拓扑图 。

 

 

无线数据传输装置是一种工业环境下的无线局域网 收发设备 , 所有数据均实时地通过无线数据 传输装置传输至集中监控和信息处理计算机系统 。 集中监控和信息处理计算机系统承担多台起重机设备的运行监控和信息管理 , 系统安装有数据 库 、 起重机运行监控管理软件和 数据分析软件 , 有足够的数据存储容量用于连续记录和长期保存监控 网络中的多台起重机的工况信息 。

车载监控系统设计

系统硬件结构 车载监控系统是起重机运行安全网络监控管理系统基础监控平台 , 配置在 网络中的每一 台起重 机上 。 车载监控系统主要设备包括 : 各种类型 传感器 、 远程 F O 设备 、 控制器 、 C L D 显示器 、 电源设 备、 现场总线及无线局域网接点 ( A P )设备。 车载监控系统在承担单台起重机运行安全监控的同时 , 实时地将所采集的起重机工况信号通过 无线局域网络传输至集中监控和信息处理计算机系统。 车载控制器采用嵌人式计算机技术 , 集成串行通讯和 以太网通讯功能 , 可在各种恶劣环境下稳定 长时间运行。 车载监控系统工作 电源 由起重机供 电系统提供 , 采用工业级 D C US P 电源保障系统供 电 ; 采用高分辨率彩色图形液晶显示器 , 实时显示起重机各类工况信号 、 报警信号 , 人机交互通过触摸 屏实现。

 

系统软件 车载监控系统软件基于实时多任务嵌人式操作系统 Widows开发。人机接口界面 人机接口界面是车载系统的一个重要功能模块 , 通过车载部分的人机接口界面 , 采用面 向对象的 图形和富于动感 的触控式窗口 , 显示起重机运行时的各个部分的工作状态和设备运行情况 , 便于生产 和维护人员查询 。 3 集中监控和 信息处理计算机系统

整体设计 集中监控和信息处理计算机系统主要由工作站 (服务器 ) 以及一个无线路 由组成 。 其 中工作 站 安装 了起重机运行安全网络化监控管理系统的地面实时监控软件、后台管理软件 以及数据库管理软 件。 车载系统与地面管理计算机通过无线的方式来进行数据的双向传输 。

实时监控软件 实时监控软件针对构建起重机监控管理网络 , 提供了一套完善的网络机制 , 可把多台计算机通过 T c P / I P 网 、 M e d e m 网 、 4 8 5 4 / 2 2 / 2 3 2 网连接在一起 , 构成分布式网络测控系统 , 实现网 络间的数据 同 步、 数据库同步和网络事件处理 。 同时 , 通过标准的网络功能 , 可在工作站上直接对数据库服务器 中 的数据库 (如 SQL S e v r e r 200 0 ) 进行读写操作。

后台管理软件 后台管理软件设计期通过严谨 的科学分析 , 确定采用 C / S 网络架构 ( 客户机朋良务器结构体系 ) , 同时应用了先进的客户机机制。客户端与服务端的通讯技术采用Remotign分布式通讯 , 通讯协议采用 T C P / IP 协议。当将起重机集中监控计算机接入公共网 , 企业管理人员只要在拥有 n I e t o e t的地方即可以通过 后台管理软件的客户端 , 远程查询起重机运行的各种统计及分析数据 。

 

数据库设计

起重机运行过程中由于涉及到安全因素的检测量非常多，起重机数量也比较多 , 数据存蓄周期频繁 , 数据量可以用海量来形容。 本设计选用微软公司开发的 S QL e S v r e r 数据库管理系统作为起重机项 目的数据库管理软件。

计算机软硬件环境 服务器软件环境 : 地面管理计 算机要求 的操作 系统 为 iM c o r s o f t 的 Wid n o w s N T Wid n o w s 20 0  S e v r e r 、 Win d o w s S e v r e r Z X ( ) 3 Win do w s X P 操作系统 。服务器硬件环境 : C PU : X e o n X 3 430 24 GH z 及以上 ;内存 : 4 GB 及以上 ;硬盘 : 400 GB 及以上 ; 电源 : 不间断电源 。

本设计实现了集成创新的综合性运用 , 能远距离的同时对多台起重机电气机械设备 和运行工况监测、分析和故障控制 , 其技木性能达到国际先进水平 , 填补 了 国内空白。     本设计与起重机制造厂家进行配套 , 将会促进传统起重机制造业的产品更新换代 , 提升产品的技术水平 , 打破国外技术垄断 , 为国内起重机制造装备技术达到或超过国外同类产品的先进水平搭建了平台。