２ ０ １ ７ 年 底 ， 全 国 起重 机 械 保有 量达 到 ２ ２ ３ ． ７ ５ 万 台 ， 发 生 起重 机械事故 ９ ３ 起 。 其 中 由 于违 章作业 或 操作不 当 原 因 造 成事故 ２ １ 起 ， 设 备 缺 陷 和 安全 附件 失 效 或 保 护 装 置 失 灵等 原 因 造 成 事 故 ３ 起 ， 安 全 管理 、 维 护 保 养 不 到 位造成 事故原 因 ３ 起 。
２ ０ １ ０ 年 国 务 院 印 发 了 《 国 务 院 关 于进一 步 加 强 企 业 安 全 生 产 工 作 的 通 知 》 （ 国 发 〔 ２ ０ １ ０ 〕 ２ ３ 号 ） 。 ２ ０ １ １ ￣ ２ ０ １ ５ 年 ， 原 质 检 总 局 分 别 印 发 了 《 大 型 起 重 机械安 装 安全 监控管理 系 统 实 施方 案 的 通 知 》 （ 国 质 检 特 联 〔 ２ ０ １ １ 〕 １ ３ ７ 号 ） 、 《 关 于 在 部 分 大 型 起 重 机 械 推 广 应 用 安 全 监 控 管 理 系 统及 继 续 深人开 展示 范试 点 工 作 的 通 知 》 （ 质 检 办 特 联 〔 ２ ０ １ ３ 〕 ５ 号 ） 、 《 关 于 在 部 分大型 起 重 机 械 推 广 应 用 安 全 监控 管理 系 统及 继 续 深 人 开 展 示 范 试 点 工 作 的 通 知 》 （ 质 检 办 特 联 〔 ２ ０ １ ４ 〕 ２ ２ ４ 号 ） 、 《 关 于 公布 ＜ 安 装 安全 监控 管 理 系 统 的 大 型 起 重 机械 目 录 〉 和 做 好 ２ ０ １ ５ 年 大 型 起 重 机 械安全监控管理 系 统推广 应用 与 试点 工 作 的 通 知 》 （ 质 检 办 特 联 〔 ２ ０ １ ５ 〕 １ ９ ２ 号 ） 等 通 知 ， 分 别 强 调 了 安 全 监控管 理 系 统对设 备 管 理 的 重要 性 ， 并 提 倡 大 家 落 实 安 装 。 ２ ０ １ ６ 年 原 质 检 总 局 批 准 发 布 的 ＴＳ Ｇ Ｑ ７ ０ １ ５ — ２ ０ １ ６ 《 起 重机械 定 期 检验规 则 》 和 ＴＳ Ｇ Ｑ ７ ０ １ ６ — ２ ０ １ ６《 起 重 机械安装 改造重 大 修 理监 督 检 验规 则 》 等 安 全 技 术 规 范 ， 明 确 要 求 部分 起 重 机 要 加 装 安全监 控 管 理 系 统 。 起 重 机安 全监 控 管 理 系 统是 保 障 起 重机 长 期 、 安 全 、 稳 定 运行 的 重 要 手段 。
本 文 以 海 洋 石 油 股份有 限 公 司 （ 天 津 ） ４ ０ ０ Ｔ 以 及 ３ ９ ５ Ｔ 履 带 起 重 机 为 例 ， 设 计 并 研制 了 履 带 起 重 机安 全 监 控 管 理 系 统 并 进 行 现 场 安 装 测 试 ， 该 系 统结 构 合 理 、 运 行 稳 定 、 安 装 方 便 、 维 护 简 单 ， 可 为 履 带 起 重 机 的 长 期 稳 定 运 行 提 供 安 全 保 障 和 技 术 支 撑 。 １ 履 带起重机安 全监控 系 统 总体设计 履 带起重机安全监控管理 系 统 由 硬 件 和 软件 组成 ， 其单 元构 成 如 下 ： 信息 采 集 单 元 、 信息 处 理 单 元 、 控 制 输 出 单元 、 信息 存 储 单 元 、 信 息 显 示 单 元 、 信息 导 出 接 口 单 元和 远程传 输 单元 （ 选配 ） 等 ， 见 图 １ 。
履 带 起 重 机安全监控 管理 系 统主 要 由 基 本 运 行状 态 和 参 数监控与 视频 监控 两 部分 组 成 。 在 设备 电 气 室 中 ， 配 备安全 监控主 机 ， 用 于 对显 示 仪表 、 已 安 装 传 感器 、 摄 像 头 等 现 场 设 备 进 行 数 据 采 集 、 存 储 、 报 警 等 操 作 。 在 司 机 室 安 装 显 示 屏 ， 为 起 重 机 操 作 者 提供 操作 的 界 面 和 信息 接 口 。 ２ 履 带起重 机安全监控 系 统硬 件设计 履 带起 重 机 安 全 监控管 理 系 统 硬 件 包 括 传 感器 、 信 号 采 集 模 块 和 监 控 主 机 等 ， 见 图 ２ 。
监控 主 机 放 置 在 履 带 起 重 机 的 电 气 室 中 ， 对 起 重 机 的 工 作状 态 进行 监 控和 记录 ， 为 起 重 机操 作 和 检 修 人 员 提供参 考 数 据 和 故 障 诊 断 指 导 。 监 控 主 机 的 硬 件 专 为 适 应 履 带 起 重 机 户 外 作业 、 强 震 动 、 电 源 质 量 差 、 作业地 点 随 机性 等 特 殊 运行 环境 专 门 设 计 ， 其 优 点 如 下 ： 能 抵 抗 现 场电 源 波 动 ， 确 保 系 统 不 被 电 源 扰 动 影 响 ； 具 有 来 电 自 启 动 功 能 ， 可 实 现 无 人 值守 的 运 行 ； 采 用 特 殊 存储芯 片 ， 防 止 突 然 断 电 等 原 因 引 起 的 操 作 系 统崩 溃 ， 提 高 系 统 的 稳 定 性 ， 所 有 元件 接 口 釆 用 嵌 入式 焊接 工 艺 或 特 殊 接 插件 ， 可 避 免 因 起 重 机 强 烈 震 动 导致 的 接 口 松 动 。 监 控 系 统 的 所 有 数 据 均 通 过 模 拟 采 集 模 块 、 数字 采 集 模 块 和 编 码 器 采 集 模块 等 三类 釆 集 模 块进行 采 集 ， 然 后 通 过 模 块 上 的 ４ ８ ５ 通 讯 口 将数 据 传 给 工 控机 ， 再 由 工 控机对数据进行运 算 和 处理 。 图 ２ 安 全 监控 系 统 采 集 模块
２ ． １ 起重量 、 幅 度 、 起重力 矩等传感器 的 设计 对 主 钩 和 副 钩 的 重 量 采 用 旁压 式 传 感器 进 行数据 获 取 ， 设计 的 该 传 感器 量 程 为 总 吨 数 与 倍数 的 比值 ， 输 出 为 ４ － ２ ０ ｍ Ａ 的 电 流 信号 ， 该信号被数据 采 集模块 采 集 。 该 履 带 起 重 机 臂 长 ３ ９ ｍ ， 在 力 臂 下 端 安 装 高 精 度 的 角 度 传 感器 ， 测 量 起 重 机 力 臂 角 度 ， 起 重 力 矩为 臂 杆 长 的 投 影 与 相 应 起 重 量 的 乘 积 。 重量 传 感器与 角 度 传 感 器 均 采 用 ５ Ｖ 的 直 流 电 压 供 电 ， 见 图 ３ 。 角 度 测 量 传 感器 的 误差 ： Ｘ 、 Ｙ 、 Ｚ 轴 ０ ． ０ ５ ° ； 数据 采 样频 率 ２ ０ ０ Ｈ ｚ 。 釆 用 软件 滤 波 和 判 断 功 能 ， 滤 除 掉 由 于 车 运 行 时 由 于 振 动 和 各 种 干 扰 ， 还有 电压变 化 等 产 生 的 不 稳 定 信 号 ， 提 取 突 变 的 错误 信号 。 根 据 起 重 机 运 行 的 历 史 数 据 ， 分析 传 感 器 信号 漂 移 量 ， 一 旦传 感 器 信 号与 平 时 已 知 工 况 产 生 异 常 ， 提 示 检修 处 理 。 以 下 的 模拟量 传感器设计时 同 样 采 取该方法处理 。
２ ． ２ 起升 高 度 ／ 下降深 度 传感器设计 采 用 绝对值 编 码 器 测 量 起 升 高 度 ／ 下 降深 度 ， 通 过 在 起升卷 筒端加 装 绝对值编 码 器 ， 记录 卷筒 的 转 数 ， 通 过 总 线 与 数 据 采 集 模块 连 接 ， 传 回 工 控 机主 机 ， 从 而 测 量 钢 丝 绳 放 出 的 长 度 ， 再根据 滑 轮 组 的 倍率 ， 与 臂 杆 长 度 和 角 度 传 感器 的 结果 进行计 算 ， 可 得知 勾 头 离 地 面 的 高 度 ， 当 然 由 于滑 轮 等 各 种 因 素 ， 这 个 计算 是 不 准 确 的 ， 实 际 使 用 中 需要 测 试标定 ， 加 以 修 正 。
２ ． ３ 风速测 量 传感 器设计 在 履 带 起 重 机 臂 杆 顶 端 加 装 风 速 仪 ， 见 图 ４ 。 风 速 仪底 端 加 装 重 锤 ， 保证臂 杆 变 换 角 度 时 风 速仪 始 终 保 持垂直状 态 ， 该 传 感器 与 数 据 釆 集 模块 连 接 获 取 风 速信息 传 送到 工控机主机 。 风速仪 采 用 ２ ４Ｖ 直 流供 电 ， 测 风 范 围 ： ０ ￣ ６ ０ ｍ／ ｓ ， 误差为 士 （ ０ ． ５ ＋ ０ ． ０ ５ Ｖ ） ｍ／ ｓ ； 风速 最小 显示 值为 〇 ． 〇 ｌ ｍ／ｓ ， 风速 显 示 可 以 ｍ／ｓ 与 风 级 切 换 ； 预 警 报 范 围 ： １ ８ ￣ ６ ０ ｍ／ ｓ ， 或 者 可 以根据 用 户 需 求 自 行设置报警范 围
２ ． ４ 水 平 度 与 回 转 角 度 传 感 器 的 设计 在 履 带 起 重 机行车 机构 底 盘上 加 装 角 度 传 感器 与 水 平 度 传 感 器 。 传 感 器 与 数 据 釆 集 模 块 连 接 ， 釆 用 ４ ８ ５ 传 输 模 式 传 输 ， 监 控 系 统 从 釆 集 模 块 获 取 起 重 机 水 平 度 状 态 。 传 感器 均 釆 用 ５ Ｖ 的 直 流 电 压 供 电 。 水 平度 与 回 转 角 度 测 量 传感器 的 误差 ： Ｘ 、 Ｙ 、 Ｚ 轴 ０ ． ０ ５ 。
２ ． ５ 操作 指令信号采 集 监 控 主 机通 过 姿 态传 感 器 采 集 履 带 起 重 机 上各 操 作 指 令信 号 。 测 量 传 感器通 过 手 柄变 换 的 角 度 ， 确 定 操 作 指 令 ， 其 中 操 作指 令 包 含 ， 回 转 ， 行走 ， 俯 仰 ， 提升 等 ， 测 量传感器 的 误差 ： Ｘ 、 Ｙ 轴 ０ ． ０ ５ ° ， Ｚ 轴 １ ° 。
２ ． ６ 工 作循环与 累 积工 作 时 间 的 计算 监 控 主 机通 过 读取 履 带 起 重 机 各 传 感器状 态 ， 判断 起重 机 现 在 的 工 作 状态 ， 并将该 工 作状态 对应 的 具 体 时 间 进行 记录 存 储 。 重 量 传感器 采 集 的 数据 传 输 至 监控主 机 ， 通 过 软 件 判 断 ， 还要 参 考 起升 电 机 是 否 经 历 了 开 始 、 起 升 、 下 降 、 停止 的 过程 ， 若 是 ， 则 记一 次 工 作 循 环 。 监 控主机 的 软件将之 前 所计 的 工 作 循 环 的 总 时 间 累 积 起 来 ， 即 为 累 计工 作 时 间 ， 在 监 控 主 机 上 同 步 显 示 和 存 储 。
２ ． ７ 声 光报警 器 的 设计 与 实现 采 用 ２ ４ Ｖ 直 流 声 光 报 警器对 履 带 起 重 机危 险 区 域 进 行示 警 ， 见 图 ５ 。 监 控 主 机判 断 各 参 数 状 态 ， 异 常 时 输 出 报 警 。 报 警 器 声音 最 大达 到 ｌ ｌ Ｏ ｄ ｂ ， 根 据 使 用 环境用 户 可 自 行 调 节声 音大 小 ， 以 能 清 晰 听 见 并 且不 超过噪 音 最 高 允许范 围 为 宜 ， 功 率为 １ ０ Ｗ 。
３ 履 带起 重 机安全监控 系 统软件设计 在 启 动 界 面 发 起 时 ， 系 统会 进行 初 步 自 检 ， 主 要 是检测 主机 、 各传 感器 、 编 码 器等 的 连 接情 况 和 状态 ， 并 将检 测 结 果 显 示 在 启 动 界 面左 下 角 。 启 动 界 面 具 有 密 码 保 护 功 能 。 本 履 带 起 重 机安全监 控 系 统显 示 界 面 包含 了 各 个监 测 点 的 实 时数据 。
３ ． １ 状态监控 履 带 起 重 机 安全监 控 管 理 系 统 支 持 以 文 本 、 单 线 图 等 多 种 方 式 形象地描 绘 起 重机 的 运 行状 态 。 状 态 监控 界面 支 持 起 重 机所 有 机 构 的 总 体 运 行状态 ， 将履 带 起 重机 的 整 体 关 键信息直观 的 反馈 给用 户 ， 见 图 ７ 。
３ ． ２ 历史 回 放与 报表统计 履 带起 重 机安全 监 控 管理 系 统 可 以 提供所 有变 量 数据归 档 进 行定 制 查 询 ， 其 最 大 的 优 势 在 于 能 够记录
３ ． ３ 报 警 信息 履 带 起 重 机 安 全 监 控管理 系 统具 备 完 善 的 故 障 记 录 功 能 ， 在 数 据 库 中 的 故 障 记录 可 以 长 时 间 存 储 并 可 以 由 用 户 进 行各 种 自 定 义 条 件查 询 （ 如 按 时 间 查 询 ， 按 机 构 查询 ， 按 故 障 类 型 查 询 等 ） ， 细 致 到 每 秒 的 故 障 时 间 和 任 何 故 障 点 的 记录 内 容 ， 为 日 后 的 故 障 复 查 提供 了 重 要 的 线索 。
３ ． ４ 系 统设 置 根 据 实 际 需 要 将设 置 不 同 级 别 用 户 的 权 限 ， 使各 级 用 户 进行 不 同 等 级 的 操 作 ， 同 时 包 含使 用 人 员 对该 系 统 的 操 作 记录 ， 使 系 统管 理 更 规 范 ， 更 具 安全 性 。 所有故 障信息 将 会保 留 至 少 ３ ０ 天 ， 用 户 可 以 很方便 的 将其 导 出 常 用 的 文 件格 式 ， 留 作 备 份存档 。
４ 结束语 履 带 起 重 机 安 全监控管 理 系 统 可 稳 定 运 行 在 环 境 恶 劣 、 危 险 度 高 、 可 靠性要 求 高 的 条 件 下 ， 具 有 高 速 的 数据 采 集 功 能 、 灵 活 的 扩展 网 络 、 丰 富 的 扩展 接 口 以 及 可 靠 的 权 限 管 理 等 功 能 。 系 统 已 经在 海 洋 石 油 公 司 的 ４ ０ ０ ｔ 履 带 起 重 机 以 及 ３ ９ ５ ｔ 履 带 起 重 机 上 安 装 和 使 用 ， 系 统 连 续 运 行 ２ ０ ０ 天 左 右 ， 提 供 风速 超 标 报 警 等 多 次 ， 为 履 带 起 重 机安全 使 用 提供 了 有 效 的 保 障 手 段 。 履 带 起 重 机 安 全监 控综 合 管理 系 统 的 应 用 ， 改 变 了 履 带 起 重 机安 全 使用 模 式 ， 减 轻 了 司 机 和 管 理 人 员 的 安 全 管 理 劳 动 强 度 ， 提 供 了 不 安 全行 为 的 有 效控 制 手 段 ， 提高 了 管 理 人 员 安 全 管理 效率和 职工 遵章 守 纪 的 自 觉 性 ， 最 大 限 度 消 除 了 安 全 隐 患 ， 保 障 了 履 带 起 重 机作业安全
王 洪柱 丁 克勤
