安全监控系统在大型行车上的应用

陈祥兴

（宝山钢铁股份有限公司，上海 201900）

冶金行车作为钢铁行业的重要载重及运输设备，在日常生产中起着非常关键的作用，行车系统运转的正常与否，直接影响了生产线的生产效率。大型冶金行车通常吊运的是液态金属熔融，如果吊运过程发生倾翻、坠落，其后果是非常严重的，涉及周边区域人员的生命财产安全。2015年之前的冶金行车基本无设置安全监控系统，在发生事故后，不能通过视频、音频等有效数据记录还原当时情形，难以鉴别是设备引起，还是操作不当或是指挥失误引起的事故。在生产过程中行车的操作、卷扬机构和行车系统的电气设备信息同样重要，前者是人为主观因素，后者是客观的电气参数信息。这些信息有的是可视化的，如：操作人员对按钮的按下抬起、行程开关推行和返回等，大车、小车实际运行轨迹、挂钩位置、起吊时挂钩情况等；有的是与设备状态相关的，如：各机构电机的速度和扭矩、卷扬载重、制动器张力、齿轮箱温度、接触器使用次数等；有的是与操作相关的电气信息，如：各机构电机的启动和设定速度、起吊的开始与停止等。这些可视化的信息和数据信息对设备预检修、维护分析、故障诊断是非常重要的信息支持，同时为操作和控制原理追溯和分析提供方法，完善行车系统的操作管理、设备维护及提高使用效率。

1 安装安全监控系统的必要性

近年来，国家出台了GB/T28264-2017起重机械国家标准建议起重机械设备安全监控管理系统，对行车进行电气信号监控和对行车进行视频监控，用以保证行车系统的安全性、可靠性。安全监控系统主要指记录冶金行车各机构运行轨迹、状态、数据，将各卷扬吊运设备的状态以可视化形式记录下来的，以及接收、发送的指令全部同步记录下来的装置。因此，安全监控系统相当于冶金行车的“黑匣子”，其各数据的完整记录通常可以保留一段时间，以方便事后回放还原，帮助分析。目前仅有极少数钢铁企业的行车作为试点配备了行车监测系统，这些系统的应用大多仅限于记录行车的一些信号，包括行车电气信号、控制系统信号等，没有完善的可视化监测，达不到GB/T28264-2017管理要求。鉴于冶金行车管理维护工作的重要意义，并针对目前冶金行车的管理及维护现状，有必要将先进的安全监控与预警预报技术引入到钢铁企业的冶金行车管理体系中，从而降低或减少设备的突发故障率，确保设备的安全运行，提高经济效益，降低安全事故的发生。

2 系统构成

以某钢厂一台460t行车为例，该行车于2014年上线使用且未安装安全监控系统。该行车采用ABB传动及ABBAC800M系列PLC控制系统，主要用于钢水包的吊运，无安全监控系统对平时操作、维护存在盲区，对分析安全问题上不能提供有效的数据，存在安全隐患。为了吸取经验教训，该行车增加安全监控系统，对行车系统提供主起升、副起升位置信息，吊点实时动态，行车异常振动检测，行车动作状态与声控同步检测，以及预警、报警、故障分析等功能，适时准确的同步收集行车运行过程中视频信息和关键电气数据信息，对行车状态跟踪，实现行车操作管理及行车运行状态追溯，并以直观画面反应出行车的当前运行状态，可对行车的安全运行和事故分析提供完备的技术条件，确保行车的安全。

行车安全监控系统由两部分构成，分别是监控系统主机及数据采集软件和现场信号检测设备。

2.1 监控系统主机及数据采集软件

行车监控系统主机：行车监控主机由高性能工控机、操作系统和显示器、键盘鼠标等构成。数据采集软件和监控操作界面的运行平台，设置管理人员管理权限；

数据采集软件：数据实时采集和长期存储软件系统，用于采集齿轮箱的振动信号、麦克风的音频信号、PLC中的过程信号和行车视频信号；

人机界面：信息管理系统，对采集的数据进行分析处理，实现对行车异常动作的预警与报警；

数据采集卡：用于与高频信号采集模块和振动检测模块通过光纤进行通讯；

交换机：提供TCP/IP接口，实现行车监控系统主机与PLC和现场摄像头的通讯连接；

低压电器系统：用于系统供电和保护等功能以及其他辅助配套设备.

2.2 现场信号检测设备

（1）振动检测模块：在主起升机构主减速机旁安装振动检测模块和低压电器等，振动检测模块用于采集ICP传感器发送的振动信号，通过光纤把处理后的振动信号发送给数据采集卡。

（2）摄像头：用于采集现场视频信号，包括采集现场吊点和驾驶室操作视频；

（3）高频信号采集模块：用于采集麦克风接收的音频信号，设置一个具有良好背景音滤除功能的麦克风用于采集操作室的声音信息。综上所述，现场需要采集的信号通过信号检测设备采集，经过检测模块和高频信号采集模块和交换机，连接到行车监控系统主机，由数据采集系统对数据进行实时采集与长期存储，并且由人机界面软件实现行车异常动作的预警和报警功能，以实现行车安全监控所需的功能和要求。视频画面与电气、振动数据统一，多元化的反应行车运行信息，视频与信号之间必须严格的同步，才具备说服力。本系统使用数据采集系统提供数据同步方案，将采集的电气信号、振动检测信号、视频信号全部通过数据采集同步系统进行系统同步，这是安全监控系统的核心部分。

3 监控内容及要求

3.1 安全监控系统监控内容

（1）信息采集源：重量限制器、起升高度限位器、运行形成限位器、门限位、机构之间的运行联锁、同一或不同一轨道运行机构防碰撞装置、超速保护装置、起升机构制动器等；

（2）监控参数：起重量、起升高度、运行行程、操作指令、工作时间、累计工作时间、工作循环等；

（3）监控状态：起升机构制动器的开闭、连锁保护、同一或不同一轨道运行的安全信号、超速保护等；

（4）视频监控：吊点等部位。

3.2 监控系统的要求

监控系统应满足行车的实际使用环境条件要求，在实际使用工况下，系统误差不应大于5%，同时具备抗电磁干扰能力和不应干扰其他设备，其工作循环次数不应低于20次或连续作业试验时间不应少于16小时，系统应具有对行车运行状态及故障信息进行实时记录，能以图形、图像、图表、文字的方式显示起重机械工作状态和工作参数，可以观看回放即历史追溯，在设备通电后能自检查，在发生故障影响正常使用的应发出警告；系统中视频数据至少能保存3天以上，其他监控数据至少能保持30天，在断电的情况下，能保存已采集的信息数据；对于监测报出的故障应有明显的警报，能向起重机械操作者和处于危险区域内的人员发出清晰的声光报警。

4 注意事项及思考

（1）选择摄像头时，需充分考虑冶金行车作业现场的粉尘和高温环境，最好选择耐高温的高清摄像头，并做好防粉尘的措施，同时面对高温液态熔融应选择具备过滤红光的摄像头。

（2）对于监控对象的选择，可以更多面，以便做好设备的倾向管理和状态管理，如钢丝绳的磨损监控、润滑效果监控，卷筒窜动监控、轴承磨损监控等。

5 结 语

在生产过程中，行车安全监控系统采集、录入行车操作信号、电气设备信号、现场视频信号，能够全面监控和管理行车的安全状况。通过监控管理软件对行车的监视、故障分析处理、数据采集、运行维护、生产统计和整体设备使用状况分析，有效的为管理决策人员提供全面的、及时的数据辅助。可以实时显示行车设备状态信息和诊断信息、操作指导和报警提示信息；提供行车管理、状态监控和指令下达工具。并且可以对行车运行状态进行跟踪和追溯，从而使操作规范化，设备管理现代化。并且可以快速定位故障原因，加快故障处理速度，减少故障时间，对管理部门、设备点检和操作都具有良好的辅助作用。