基于物联网的起重机远程监控关键技术与系统研究

罗力

摘要：起重机是一种重要的机械设备，在物流活动、码头工作、建筑生产等工作环节的作用突出，这就要求加强远程管理，提升其控制能力。本文以起重机远程监控的目标为切入点，在此基础上分析基于物联网的起重机远程监控关键技术、系统设计方法，就现场信息采集技术、通信技术、设计框架等内容进行论述，最后通过模拟实验对相关理论进行辅助说明。

关键词：物联网 起重机 远程监控 关键技术 通信技术

中图分类号：TP273

Research on Key Technologies and Systems for the Remote Monitoring of Cranes Based on the Internet of Things

LUO Li

Guizhou Special Equipment Inspection and Testing Institute， Guiyang， Guizhou Province， 550000 China

Abstract： The crane is important working equipment， and it plays a prominent role in work links such as logistics activities， longshore work and construction production， which requires strengthening remote management to enhance its control capabilities. This article takes the goal of the remote monitoring of cranes as the starting point， analyzes the key technologies and system design methods of the remote monitoring of cranes based on the Internet of Things， discusses on-site information collection technology， communication technology， design framework and other contents， and finally assists in explaining relevant theories by simulation experiments.

Key Words： Internet of Things; Crane; Remote monitoring; Key technology; Communication technology

物联网（Internet of Things）是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接。物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能的工作网络，可将其作为互联网功能的具体化、延伸化。在现代管理活动中，物联网的作用日益突出，得到的关注也越来越多。就起重机而言，从管理效率、安全生产等角度出发，有必要提升实时工作情况的有关分析。现有的管理方法难以保证管控实时性，这为物联网技术的运用提供了空间[1]。在此背景下，分析基于物联网的起重机远程监控关键技术与系统设计，有助于提升设备管理水平，为后续有关工作提供必要思路。

1 起重机远程监控的目标

1.1采集实时信息

起重机远程监控的直接目标在于采集各类实时信息，以了解起重机当前工作情况，包括负荷水平、起重货物的重量、设备稳定性、工作时间以及户外的环境情况等。与一般小型设备不同，起重机的工作参数必须高度稳定，以避免安全问题。各类实时信息可以真实反映起重机的工作情况，以便管理人员了解起重机现状，进行必要的管理干预[2]。

1.2及時察觉异常

组织对起重机的远程监控，也可以察觉其工作中的异常，避免出现生产安全事故，一些尚未发生的故障也可以通过远程监控及时察觉和处理。例如：悬臂起重机的悬臂，可能在持续作业过程中会出现松动、紧固件失效等问题，如果未能及时察觉，其悬臂甚至存在掉落风险[3]。借助信息化技术、设备进行有关参数、信息的收集，可帮助工作人员了解起重机存在的异常，及时加固其悬臂，避免事故。

1.3常规记录数据

起重机的工作信息往往是固定的，即“额定工作参数”，但在实际工作中，受到工作内容影响，起重机的参数又呈现动态性。利用远程监控技术，可了解起重机当日、一段时间内的工作参数，形成大数据以服务后续管理。例如：起重机出现了事故，可通知常规记录的各类信息了解事故发生时其具体工作参数，以判断事故成因和工作安全临界值，为后续起重机管理工作提供参考[4]。

2 基于物联网的起重机远程监控关键技术

2.1基础技术

基于物联网的起重机远程监控，需要来自各类技术的支持，其中关键性的基础技术包括物联网技术、计算机技术以及单片机技术等，这些技术的共同特点在于能够搭建物联网工作系统，为起重机远程监控系统的实现、操作管理等活动提供基础性保障[5]。

2.2现场信息采集技术

现场信息采集技术是实现起重机远程监控的关键，在物联网系统内，各类实时信息是组织交互、下达指令的基本依据。在起重机的远程监控系统中，现场信息采集主要借助传感设备、监控设备，前者又可细分为接触式传感和非接触式传感两种，对起重机各核心工作参数的采集以接触式传感为主，如其起重物的重量信息、起重机负荷情况、起重机是否出现异常移位等。其他参数的收集以非接触式传感为主，如周边风力、空气湿度等。监控设备主要收集起重机工作范围内的各类实时画面，如门式起重机是否稳定、工作人员是否存在不当操作、安装装备佩戴是否整齐等。现场信息采集越丰富，起重机远程监控工作质量越有保证。

2.3嵌入技术

嵌入技术是组织起重机远程监控的关键技术之一，其主要价值体现在对常规信息工作系统功能的扩展层面，如可视化扩展、存储能力扩展等。采用监控设备远程了解起重机的工作情况，需要将可视化仪器放置在工作系统中，为保证其兼容性，需要以嵌入技术提供支持，使各类远程获取的信息可以被转化为直接能为计算机识别、读取的语言，再以数字化形式呈现给管理者[6]。同样，尝试进行起重机信息的存储，需要在系统中嵌入存储卡或其他设施，以保证系统存储空间能够在一段时间内保留所有有价值的关键信息。与集成技术相比，嵌入技术的实现难度相对较小，其应用成本也相对可控，实际工作中更具可选择性。

2.4通信技术

通信技术在物联网系统中作用突出，也是支持起重机远程监控的关键技术之一，主要负责将现场采集的信息提供给远程管理端，而远程管理端下达的指令也需要通过通信技术提供给执行端。例如：起重机的悬臂出现异常，通过现场信息采集系统发现其连接出现松动，此信息可以借助通信线路快速提供给管理处，管理处在通过线路下达指令，要求悬臂中止作业，直到其紧固完成。此外，如果起重机所属的物联网工作系统规模较大，其他工作设备与起重机的联动、其他管理人员对起重机的远程管理等，也均需要以通信技术提供支持。

3 基于物联网的起重机远程监控系统设计

3.1基本设计框架

按照上文所述的技术运用方法，对基于物联网的起重机远程监控系统进行设计，原则上强调简化设计内容，避免复杂设计影响其可实现性，也避免多指令出现内部互扰，在此要求下，做远程监控系统设计如下：

按照图1所示，基于物联网的起重机远程监控系统主要分为4个功能模块，即执行模块、远程模块、智能模块和通信模块。执行模块即安装在起重机以及其工作区域内的各类传感器以及监控设备，其分别根据程序设定情况，对起重机作业区域的各类传感器信息进行采集，如起重物重量、风力水平等。远程模块负责设定物联网工作程序、智能设备工作程序，也负责进行各类信息存储与加工。智能模块根据程序进行信息对比、分析，如果信息异常，可以做应急处理和警报，反之则继续进行信息采集。通信模块负责各类指令在传输、交互，以保证物联网内各部分可以有效完成预期工作。

3.2作业流程

以图1所示的设计思路为基础，基于物联网的起重机远程监控系统主要负责对起重机日常工作情况进行监督。其监督工作的一般流程为信息采集、信息分析、以及基于分析结果的指令下达。当起重机作业情况无异常时，系统不做额外管理，只常规进行信息的持续收集。当起重机作业情况异常时，系统需要投入作业，如警报、中断作业等。

悬臂起重机悬臂异常、出现松动，有可能诱发安全事故，此时远程监控系统通过信息采集器收集有关信息，并通过智能对照发现问题，立即由智能系统发出警报，暂停起重机的起重作业，直到人员参与处理、完成悬臂的加固，再恢复生产活动。与常规人工管理模式相比，智能化管理、远程监督的敏锐性、精准性均有所提升，能够更有效地处理各类异常，保证起重机作业安全。

4 模拟分析

4.1模拟目标与实验过程

通过计算机搭建模拟实验，对上述理论进行辅助论证。以某港口的门式起重机为模拟对象，通过其产权所有方提供的信息搭建实验模型，另通过大数据对常规管理模式下起重机工作信息进行采集，形成大数据。主要包括起重机出现故障的次数、故障检查时间、因故障中断作业天数占工作总天数的比重。实验采用参数模拟法进行，共分为三组：

第一组为常规生产实验，共进行5 min模拟，选用的加速参数为1：100 000，即每完成1分钟模拟，相当于设备持续工作10 000分钟（总计约为347天，下同）。该组模拟不添加异常参数，默认起重机工作参数、现场环境均无異常。

第二组为参数故障实验，共进行5 min模拟，本组选用的加速参数固定为1：10 000，每完成1分钟模拟相当于设备持续工作10 000分钟。该组模拟默认起重机工作参数存在异常（默认为起重重量过大），工作环境无异常，随机添加异常参数1000个，记录起重机智能模块是否能够察觉异常、是否能够快速完成警报，计算因故障中断作业天数占工作总天数的比重。

第三组为环境故障实验，共进行5 min模拟，本组选用的加速参数也固定为1：10 000，每完成1分钟模拟，相当于设备持续工作10 000分钟。该组模拟默认起重机工作参数无异常，工作环境存在异常（默认为风力过大），随机添加异常参数1000个，记录起重机智能模块是否能够察觉异常、快速完成警报，计算因故障中断作业天数占工作总天数的比重。

4.2实验结果与分析

实验结果以及大数据结果统计如表1所示。

结合实验结果与大数据统计结果，可发现基于物联网的起重机远程监控系统可以更敏锐地察觉起重机的工作异常，故障检查时间较短，因故障中断作业天数占工作总天数的比重也较低。这表明以现场信息采集技术、嵌入技术、智能技术支持物联网建设、服务起重机远程监控具有突出优势。

5结语

综上所述，以物联网为基础，进行起重机远程监控有助于掌握其实时工作态势、预先发现风险并做处理，具有一定的可行空间和现实价值。目前来看，应用于起重机远程监控的关键技术除物联网、计算机等基础性技术外，还包括现场信息采集技术、嵌入技术、智能技术、通信技术以及一些辅助性技术，其系统设计上关注简洁性，以保证各项功能能够妥善实现。结合模拟实验过程、结果，可知基于物联网的起重机远程监控能够发挥数据积累、问题察觉、自适应调整等作用，未来可尝试应用，以提升起重机的控制水平和工作效率。

参考文献

[1] 许益峰.基于PROFINET及云平台桥式起重机控制系统设计[D].银川：北方民族大学，2023.

[2] 周化龙，张博，石海涛.基于LabVIEW和TBox的起重机工作参数远程监测系统[J].仪表技术与传感器，2023（1）：91-95.

[3] 孙洁，孙超群.基于LPWAN和MEA-BP的港口起重機故障诊断[J].国外电子测量技术，2022，41（7）：133-138.

[4] 周炜，王亮，赵挺生，等.施工过程安全数字孪生模型的构建和应用[J].中国安全生产科学技术，2022，18（6）：5-11.

[5] 何光辉，李晓伟，李鑫奎，等.基于有限元与物联网的塔式起重机安全监测系统[J].中国安全科学学报，2020，30（11）：88-94.

[6] 许楠.基于物联网的汽车起重机远程监控系统设计[J].中国新通信，2022，24（16）：77-79.