浅谈水电工程施工设备防撞安全管理系统

张辉

摘 要：在水电工程施工中许多施工环节需要借助设备来进行施工，并且在施工过程中其存在的交互性使设备之间极易发生碰撞问题，为了保证施工设备的安全性，避免因碰撞问题造成施工设备功能出现问题，以下结合水电工程中所需要应用的施工设备来分析如何建立相应的安全管理系统。对于安全管理系统所具备的功能本文将进行全面的分析，并提出了其在设备防撞中所起到的作用及特点，结合多种技术提出了防撞安全管理系统建立的方法，以期使其可以在水电工程中得到更好的应用。

关键词：水电工程；设备防撞；安全管理系统

现代工业科技的发展使水电工程的施工现代化、专业化、机械化的水平都得到了极大的提高，这也使工程施工效率、工期都得到了良好的保障。同时现今水电工程施工现场中的施工操作也越来越密集，其设备使用、施工线路等存在着一定的施工交叉情况，这种空间交互情况会使设备出现碰撞问题，严重时还会造成安全事故，使施工人员的人身安全受到威胁，施工工期也受到了延误。以下根据水电施工中所需要应用的设备提出了一套符合其施工要求的安全管理系统。

一、水利工程施工设备防碰撞安全管理系统的总体介绍

1、系统的组成

防撞安全管理系统包括：施工设备位置检测系统、运算处理系统信息交换系统和人机界面。各施工设备的位置检测：包括混凝土供料线塔柱、桁架，门塔机大车位置、小车位置、回转臂位置及外形形态，缆机的吊钩位置等。每一台门机和塔机上安装两个高精度的GPS定位仪和两个光电编码器，用于检测门机和塔机的位置和工作状态，混凝土供料线的每一个立柱上安装一个高精度的GPS定位仪，用于检测混凝土供料线的位置，缆机吊钩位置检测由缆机本身的检测系统检测，缆机本身具备该功能。防撞系统服务器是整个系统的控制核心，安装在缆机司机室内，各防撞设备的位置检测数据通过无线以太网传送到防撞系统服务器。

2、工作原理

安全管理系统的建立主要是以计算机为基础，通过系统程序指令来对施工设备进行控制，并依靠信息技术进行智能化的高效处理。其主要是将水电工程施工现场进行全方位的模拟，建立相应的三维模型，在此模型中可以对施工现场设备等进行全方位的动态显示，通过三维坐标点的确定使施工设备状态可以进行实时反映。在施工设备作业的过程中安全管理系统会对其各项参数进行计算并分析其运行状态，在设备可能发生碰撞问题时及时做出预警提示，以此来避免碰撞事故的发生。根据安全管理系统的特点，其预警模式分为两种，第一种是在施工设备出现施工交互或是施工干涉时进行隔段预警提示，另一种则是在设备可能出现碰撞事故时由系统发出连续的预警提示，并作出设备停运的指令。

二、运算处理系统防撞系统的控制系统

每一台防撞施工设备上的控制单元的核心是PLC，门塔机和混凝土供料线采用西门子S7-1200系列PLC，缆机采用西门子S7-300系列PLC，PLC通过无线以太网与服务器连接，可以进行实时的数据交换。

缆机防撞控制单元。缆机控制单元安装在缆机主塔电气房内，以一套S7-300系列PLC为核心，该PLC与缆机原有的PLC进行通讯，获取缆机的位置和各机构的运行状态数据，并把收集到的数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送到服务器。接收服务器输出的防碰撞报警和停机信号，并转发给缆机PLC系统，实现缆机的防碰撞功能。

混凝土供料线防撞控制单元。混凝土供料线防撞控制单元安装在混凝土供料线的立柱上，以一套S7-1200系列PLC为核心，PLC连接安装在每一个混凝土供料线立柱上的GPS装置，用GPS数据定位混凝土供料线的位置以及混凝土供料线的高度。将GPS数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送到服务器。因为混凝土供料线位置相对固定，所以它是属于被动防撞的设备，不需要从服务器接收报警和停机信号等控制信号。

门机和塔机防撞控制单元。门机和塔机的防撞控制单元安装在门、塔机司机室内，以一套S7-1200系列PLC为核心，PLC连接编码器和GPS。编码器和GPS都是用来对门机或塔机进行定位和检测其运行状态的，运行状态包括起升高度、小车位置和回转角度。在塔顶和臂架头部各安装一个GPS，用于检测塔机或门机的位置和臂架的回转角度。编码器安装在小车卷筒和起升卷筒上，用于测量小车的运行位置和起升的高度。PLC把接收到的GPS和编码器数据处理成服务器所需要的数据，通过无线以太网传送给服务器。PLC通过无线以太网接收服务器的防撞报警信号和停机信号，并接收服务器发送的其他防撞设备的位置信号，以动画的形式把所有防撞设备的位置和状态显示在人机界面上。

三、信息交换系统与人机界面

防撞系统采用了多种通讯方式进行信息交换，各防撞设备与服务器之间采用无线以太网通讯，PLC与编码器之间采用Profibus-DP通讯，PLC与GPS之间采用串行通讯，PLC与触摸屏之间采用串行通讯。在每台门机和塔机上安装了一台触摸屏，触摸屏以动画的形式显示每台防撞设备的位置和工作状态，缆机的防撞动画显示在缆机司机室的工控机显示屏上，为了方便司机监控，缆机防撞系统动画效果图显示在原有的缆机运行界面中。

四、远程管理与后续管理

防撞系统会接入互联网，在有授权的情况下，互联网接入的任何电脑上都可以打开防撞系统的运行界面，并且可以调用服务器中存储的信息。设备管理人员通过使用该功能就可以在远程及时掌握现场设备的运行情况，进行相应的指挥和协调工作，提高设备的工作效率。如果施工期内后续还有施工设备需要并入防撞安全管理系统，需解决本施工设备工作时的位置形状检测（由GPS检测），并安装交换机和无线通讯模块，与防撞安全管理服务器建立通讯就可以在硬件上实现防撞功能。在软件上，防撞安全管理服务器还必须增加新增施工設备与原有设备的碰撞解析程序，并把计算结果发送给原有设备；同时，在原有设备上增加或修改与新增施工设备的防撞运行程序；另外，在新增设备上修改运行程序，使其具有与其他设备的防撞功能。通过上述方法，可以在后期把需要进行防撞安全管理的施工设备并入此安全管理系统，达到整个施工区域设备的安全运行管理。

结语：以上介绍的防撞安全管理系统是通过高精度GPS、三维模拟技术、PLC控制、信息技术、计算机技术结合而成的一种智能化控制系统，其利用模型对设备运行状态进行实时监测及反映，并且其具有的智能化分析的特点可以对设备情况进行预测，从而在发生碰撞问题之前就可以进行事先预警，发出相应的信号。由于安全管理系统需要应用大量的程序数据，因此在实际中必须要保证其现场数据的准确性，这样才可以提高设备管理的效率。

参考文献：

[1] 刘永强.水利水电工程建设安全管理系统研究[M].河海大学出版社，2014.

[2] 葛庆华.浅析水利水电施工中的安全管理[J].工程技术：引文版，2016（3）：00025-00025.

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