起重机械安全监控管理系统实验室的规划和建设

杜鑫　廖源

摘 要：大型起重机械安装安全监控管理系统是提升设备本质安全的一种重要手段。随着国家相关安全技术法规的要求不断提高，大量起重机械安全监控管理系统研究开发商推出了多种技术方案，价位不等，质量不等，在质量和贸易方面均存在不同的程度的认识，有必要建立一个统一的实验室，以国家标准《起重机械安全监控管理系统》（GB/T 28264—2012）为依据开展符合性评价，同时可以根据起重机智能化的发展趋势开展一系列相关技术研究。

关键词：起重机械;安全监控管理系统;实验室

中图分类号：TG115.28文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0037-03

起重机械是我国基础建设的重要特种设备。随着我国对基础建设的投入不断增多，起重机械在其中发挥的作用不断增大。目前，我国起重机械的事故率仍然较高，其原因是监管信息不完整、对事故发生的原因未进行认真思考和总结、事故发生后对事故发生的原因很难进行准确的把握[1]。解决这些问题的基本思路是建立一套可识别性、完整性、可追溯性的起重机械安全监控管理系统。但是，安全监控管理系统实现的手段多种多样，有必要建立一个统一的实验室，以国家标准《起重机械安全监控管理系统》（GB/T 28264—2012）为依据开展符合性评价。

1 实验室定位

依托国家桥架类及轻小型起重机械质量监督检验中心所筹建起的重机械安全监控管理系统实验室，作为国家级实验室，实验室的整体配置将达到国内领先水平。其可以实现以下功能：第一，在实验室环境下对符合《起重机械安全监控管理系统》（GB/T 28264—2012）的大型起重机械安全监控管理系统进行实验验证;第二，充分利用传感技术，接入需要远程监控和管理的起重机械，进行现场运行数据的监控与采集，从而使相关人员能及时、准确地掌握起重机械运行中存在的问题并及时进行远程维护和技术支持[2];第三，为以可靠性为中心的维修（RCM）、起重机械运行质量建模分析或者剩余寿命评估等研究提供基础数据和环境等。

同时，可以根据起重机智能化的发展趋势开展一系列相关技术研究，如物联网技术、云计算技术、基于故障树与专家系统相结合的起重机电气和机构故障预警技术[3]、基于多因素修正的疲劳寿命估算方法[4]。尤其是物联网技术，能为监管单位提供有力的技术支撑，为使用单位提供起重机的运行状态，及时预判起重机的风险情况，为设计单位提供运行参数，对起重机的优化设计提供有力的数据支持。

2 实验室规划和设计

①起重机械安全监控系统实验室作为国家级实验室，建成后其业务将面向全国，基于本起重机安全监控管理系统实验平台可以实现多设备的远程接入集中监控，在客户端进行起重机安全监控系统运行情况跟踪管理，方便对系统性能的验证评估，进行数据采集、分析和评价，为检验单位和使用单位及制造单位提供数据积累和分析，并可通过实验研究，提高起重机安全监控系统实施水平，可接入专家系统，运用故障树与专家系统相结合的方法对起重机设备工作状态进行研判，给出监管意见，并能实现整改效果监督。

②实验室配有一个非标的葫芦门式起重机模型，可以就地进行一般功能开发和验证，该起重机模型具备起升、大小车运行功能，具备齐全的安全保护装置，包括限位开关、位移编码器、起重量传感器、风速仪、光电接近开关、声光报警等，能测量和反映出模型的位置和重量值，向监控系统提供数据。电气控制系统采用西门子S7-300系列PLC，控制接触器正反转驱动各机构电机。除配置必需的I/O模块、模拟量模块以外，另外还配置不少于2路A/D通道和1路编码器接口用于实验。在系统中预留通信接口，可以接入外部系统或设备，可以对比系统性能和产品功能验证开发。模型的控制回路供电采用隔离变压器供电，次边不接地，以保證实验人员安全。

元器件全部开放布置，机构的动作与旁边的起重机安全监控系统拓扑图能互动结合，拓扑图能反映出设备的工作原理，动力驱动逻辑和监控系统监测过程和数据上传的拓扑结构等细节能被直观地展现出来。此外，在动作过程中，有相应的指示灯表示对应的机构动作示意。以利于达到演示教学的目的。葫芦门式起重机模型和监控系统拓扑图如图1和图2所示。

③实验室就地具备模拟实验接入接口，可对临时的实验验证装置接入系统进行功能验证，如接口为开关量或模拟量的设备、串口通信的设备等。

④实验室中的LCD大屏根据实际使用需求而设计，其将国际最卓越的LCD高清晰度数码显示技术、无缝拼接技术、多屏图像控制处理技术、多路信号切换技术、网络技术、集中控制技术等应用综合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化、操作简单的大屏幕显示系统。整套系统的硬件、软件设计上已充分考虑到系统的先进性、安全性、可靠性、经济适用性、可维护性和扩展性等，存储和处理能力远远满足远期扩展的要求。通过大屏幕监控，可同时进行多台设备实时监控和功能演示。整个LCD大屏幕显示系统既可以作为监控终端，同时显示所有的输入信号，又可以根据需要，把重要的信号在屏幕上任意位置放大显示，包括单屏显示、跨屏显示、共屏显示、叠加显示和预案显示等。

⑤实验室配套部署3个监控工作站和服务器等相关网络设备，如图3所示。

2.1 监控系统的实验验证

该实验室中的起重机械安全监控管理系统平台覆盖《起重机械安全管理系统》（GB/T 28264—2012）定义的监控管理系统结构模式，包括15个参数量和7个状态量，采用分布式数据采集，具备远程集中监控、碰撞预警等功能，监测起重机械电气系统运行状态，支持远程故障诊断，记录保养维护信息。系统可以精确测量起重机大车位置、小车位置、起重量、起重力矩、行程、速度、起升高度、工作时间等运行数据，提供实时超限预警，保障设备作业安全。操作人员可以在远端就该起重机上所装的起重机械安全监控管理系统进行符合性评价。

该实验室配备有高精度的风速仪及各种传感器，利用实验室预留的A/D通道和1路编码器接口，利用实验室中的标准风源和标准转速装置及标准砝码可以对风速、起升高度、起重量及大小车行程用的旋转编码器、重量传感器进行对比验证，保证这些设备应用到安全监控系统中的准确性和可靠性。另外，对基于Window平台开发的符合《起重机械安全管理系统》（GB/T 28264—2012）的起重机械安全监控管理系统利用该实验室中的3G远程无线传输模块可以对该监控系统平台与该实验室中的监控系统平台进行对比验证。评价该监控系统的准确性和可靠性。

2.2 起重机械物联体现

该实验室的起重机械安全监控系统符合《起重机械安全管理系统》（GB/T 28264—2012）中起重机械安全监控管理系统的要求，具有数据采集、数据显示、故障预警、数据存储、视频监控和历史数据回放等功能。系统采用客户端（C/S）结构，标准TCP/IP协议接入，可以将外部异地具备联网功能的起重机安全监控管理系统接入平台，对多台设备进行监控，实现集中监管。可任意切换或综合显示各接入设备的实时状态，并能保存30天的历史数据。监控数据通过LCD大屏进行直观的画面展示，包括设备外形示意及活动状态、按机构区分的工作监控显示、电气主回路与控制回路对应状态，画面简洁美观。

3 实验室管理模式

起重机械安全监控管理系统实验室是依托国家桥架类及轻小型起重机械质量监督检验中心所建，管理方法、管理模型、管理制度、管理组织程序都由该中心负责实施。

4 结论

起重机械安全监控系統实验室是通过对一部分硬件装置和监控系统软件的对比测试，实现对符合《起重机械安全管理系统》（GB/T 28264—2012）的起重机械安全监控管理系统的评价。同时，利用物联网技术，采用故障树的方法对专家系统进行数据支持，不仅实现了对起重机械运行状态的实时监控，还可以实现系统的故障预警和疲劳寿命估算，为起重机的安全运行提供有力保障。

参考文献：

[1]徐凯.基于物联网的起重机风险评估系统的研究[D].南京：南京航空航天大学，2013.

[2]潘攀，李靖宇.桥式起重机安全监控系统研究[J].硅谷，2014（7）：75-76.

[3]蔡娟.控制系统的神经网络故障预警方法[D].长沙：湖南大学，2009.

[4]吕琼帅.BP神经网络的优化与研究[D].郑州：郑州大学，2011.