杨美凤
中钢设备有限公司 北京 100080
1.概述
1.1 安全生产管理需求：
起重设备是安全生产重点控制区域，但是目前几乎所有的起重设备在实际生产过程中所采用的安全生产管理办法都是现场指挥、安全督导，完全依赖个人经验对现场施工状况的判断，没有任何数据支持和帮助。现场的指挥者和操作者在复杂的现场环境中都需要实时的操作数据帮助做出判断，形成正确的操作和指令，避免事故发生。
1、设备管理需求：
起重设备在扎线成品带卷/钢板吊装作业，铁水包/钢包/渣罐起重过程中起着至关重要的作用，设备管理须保证其高可靠性避免紧急故障产生影响安全与生产。而起重设备构成复杂、机体庞大、行程漫长且涉及高空作业，给日常巡检工作带来很大的难度，同时因为缺少技术手段漏检无法避免，这样必然会造成安全隐患和故障隐患的累积。所以设备管理部门也急需一种能够在最大程度上代替人工巡检，并提供实时、全面、精准的设备实时运行数据的方法和产品。
2.解决方案
根据国家标准GB／T28264-2012《起重机械安全监控管理系统》的要求，对于桥式起重机，其监控参数包括：起重量、起升高度\下降深度、运行行程、操作指令、工作时间、累计工作时间、每次工作循环同一或不同一轨道运行机构安全距离；其监控状态包括：起升机构制动器状态、联锁保护（门限位和机构之间的运行联锁）、横梁及轨道变形预警、主要动力及传动机构监测等等。
2.1系统功能图
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2.2起升高度限位器/下降深度限位器
现场起升高度/下降深度通过专用的高度传感器（光电编码器）实时检测，通过高度显示控制仪或PLC系统将吊钩起升高度/下降深度显示出来，通常以米（m）为单位，并保留两位小数点。
起升高度/下降深度信号采集数量根据起重机吊点即起升机构数而定，包括主起升高度和副起升高度。
通常在原有行程限位器的输出轴一端加装编码器测速机构，编码器信号再连接至高度显示控制仪表进行起升高度/下降深度实时显示和传送。
2.3变幅角度测量、起吊高度监控和制动效果监控
通过专用的光电编码器对卷扬机行程进行实时监测，达到卷扬机制动失灵预警和钢丝绳缠绕预警。绞盘转筒通过光电编码器的信号反馈可以测量悬臂角度测量。主/副吊钩转筒通过光电编码器的信号反馈可以测算起吊高度和设定吊钩上下极限高度。同时，通过与原设备上的极限开关协同工作，实现双重保护。
现场实际工作中卷扬机制动系统是无法通过日常人工巡检的方式进行检查的，往往都是在年度检修中方可进行，这样就产生了巨大的安全隐患。通过光电编码器的安装监测可以做到实时状态监测，制动器工作效力下降时即可提前预警，防患于未然。（上图为安装示意图）
2.4轨道变形及安全距离监测
使用激光测距仪结合智能算法实时监测轨道间距、报告间距变化，同时结合算法实现多目标安全预警预警。
根据国家相关检修标准轨道连接螺栓的要求巡检周期为一周，目的为防止螺栓松动导致的轨道松动甚至变形。事实上少有企业能坚持执行，通过激光测距仪的安装监测以及相应算法可以实现多目标实时监测解决轨道变形预警、螺栓松动预警、两车安全距离预警。
2.5大梁变形监测
采用电子水平仪组合对起重大梁挠度及倾斜度进行实时监测，同时结合算法就能对歪拉斜吊等违反安全操作规程的行为及时预警；更进一步则能防止大梁产生永久性塑性变形。
根据相关国家标准大梁在设备起吊不同重量时处于不同的挠度状态，长期工作及可能出现的超载或歪拉斜吊等情况有将使得大梁因为疲劳产生变形，弹性变形的不良累积将可能产生永久性的塑性变形，从而直接缩短设备生命周期。
传统的水准仪法、连通器法不仅精度低而且只能定期实施更重要的是无法起到安全预警的功效，采用电子水平仪组合对起重大梁挠度及倾斜度进行实时监测同时结合相关算法，能有效预测大梁疲劳状态，调整设备检修周期从而有效延长设备生命周期。
同时现场操作过程中歪拉斜吊是安全事故产生的重要原因，电子水平仪组合能有效监测大梁的倾斜度和挠度状态、及时做出安全预警。
2.6动力及传动机构温度监测
通过在主要动力及传动机构安装温度传感器实现对重要机械装置工作状态的实时监测，实时掌握电机、减速机等关键部位的实际状态，进而能够实现主要运行部件故障预警和润滑及冷却状况预警，代替人工巡检，避免小故障拖延成为大故障。
轴温是直接反映动力及传动机构工作状态的重要指标，传统的人工点检不仅可能漏检而且属于事后发现问题，而机械故障往往是累积产生的渐变式故障，通过轴温实时监测能有效预测相关装置的工作状态进而预测相关机械故障。通过故障预测能极大的提高设备可靠性和检修的及时性，确保生产的稳定、连续。
2.7液位监测及集中润滑动作信号采集
通过油品的液位检测和集中润滑系统动作信号采集实现润滑油泄露预警、油箱水分污染预警同时实时掌握润滑及冷却系统工作状态。
80%的机械故障都是由于润滑和冷却的失效造成的，润滑油的加注状态、润滑点的密封状态以及润滑油的清洁状态是检修工作的重要内容，大载重量起重机装置复杂、润滑点位及管路庞杂同时涉及高空作业难免巡检不到位，液位监测和集中润滑系统动作信号采集可以有效补充润滑状态点检的不足
2.8安全门装置
包括起重机操作舱门限位开关和机构之间的运行联锁，通过对检测开关的输出触点检测可以监控舱门限位及机构之间的运行联锁实时状态，避免安全事故。
2.9同一或不同一轨道运行机构防碰撞装置
通常采用感应开关（感应距离可调节）或者机械开关（机械限位防碰撞）来检测极限限位，通过位移传感器（光电编码器或激光防撞仪）来检测同一或不同一轨道两小车之间的安全距离，防止相互碰撞。
2.10设备操作权限及考勤
通过读卡器及相关操作权限设置，管理操作人员相应操作权限，同时可以根据刷卡记录进行操作人员考勤及操作工时管理。
2.11钢丝绳损伤实时探测
本系统可根据用户选择接入钢丝绳探伤监测装置、对钢丝绳损伤实现实时监测及预警，避免恶性安全事故。接入钢丝绳探伤监测装置、对钢丝绳损伤实现实时监测及预警，避免恶性安全事故。采用国内、外成熟的钢丝绳无损检测技术，作为一个独立的运行程序和安全检测系统进行钢丝绳无损探伤。?
钢丝绳电脑探伤仪具有检测数据的采集、控制、分析、显示与存储等功能。硬件传感器采用环型设计，周向阵列的磁钢组合，更好地轴向全方位磁化钢丝绳。软件具备实时可视化的特性，并借助其特有的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察数据信号及其变化，实时处理分析，并对预警缺陷发出报警信号；系统具有自动评估与人工诊断的双重功能；实现对钢丝绳缺陷的智能诊断，可准确预测钢丝绳使用寿命，有效预防钢丝绳断绳事故发生；检测结果可以直接生成Word文档格式的检测报告。
钢丝绳损伤实时探测在线无损检测钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、变形、松股、跳丝、材质变化等各种缺陷；可连续检测在线钢丝绳，无连续检测长度的限制；利用计算机直接采样处理分析，具有在线声光报警与实时结果显示；能按现行不同行业的钢丝绳报废标准直读检测结果，并提出诊断报告；具备自动安全防护和保险结构；具有浮动定心安全防护功能。?
2.12起吊物体重量测算
本系统通过倾角仪时时检测横梁变形数据，通过数学模型估算被起吊物体重量和利用阈值设定的方法，防止超限起吊和歪拉斜吊。原理如下：
2.13视频监控
本系统可以加装视频监控装置，并实现同系统内视频数据和其它数据并网管理和数据交换。
2.14 天车防止伤人系统
起重设备在吊装或行走过程中 ，若果人员处于天车行走路线上，或者处于其中物下方，均有可能被损伤，为此我们在监控系统中添加了人体感应雷达，用来检测在天车作业范围内是否有人，如果一旦检测到天车作业范围内有人，系统立即声光报警。
3.系统硬件安装及组成
起重机械安全监控管理系统是由各种传感器、信号采集器、显示仪表、监控系统等组成，将数据信息采集、处理、显示、输出、控制、报警及视屏监控等功能集合一体。
4.软件系统构成
4.1起重机械安全监控管理系统
主要包括如下软件子系统： 数据信息采集子系统、数据库子系统、专家分析系统（逻辑推理和规则录入子系统）、数据报表子系统、数据浏览查询子系统、通讯子系统等。
4.2手机APP故障预警系统
4.2.1技术先进:
4.2.1.1为用户提供全智能交互解决方案
自主开发起重机械安全监控管理系统——手机APP故障预警系统；实现对起重机运行参数的实时在线采集，通过互联网云计算对起重机运行参数进行统计分析，可提前判断起重机的运行状态，进行状态预警。
4.2.1.2采用大数据云计算实现人工智能在线巡检
可对起重机自动在线巡检，及时发现设备运行期间细微的状态变化，减少和避免事故的发生，确保生产安全运行。
4.2.1.3实现全部在线起重机运行大数据管理，依据设备运行数据定期分级推送设备运行报告，时时掌握设备运行情况。
4.2.2服务高效:
4.2.2.1专业的开发运维团队——智能系统保障
故障预警系统和大数据自动巡检系统为实现传统工业向大数据管理要效率提出了更高的标准。
4.2.2.2 强大的技术支持——全能增值维护
专业的维修团队进行维修、维护。维修采用分级维修方式：一类维修和部分二类维修可以在当地进行。较复杂的维修采取返厂维修的方式，这样一方面降低了维修成本，另一方面提升了维修效率。
4.3
软件界面简介
4.4 软件功能简介
4.4.1管理权限的设定
系统设置有高级的系统管理员授权和普通级的操作人员授权，分别设置登录密码，只有输入正确密码才能够顺利进入软件系统。
4.4.2实时状态显示
系统能够实现起重机运行参数和状态的实时检测和显示。监控状态包括连锁保护状态、门限位状态等。
4.4.3数据记录
系统提供对历史数据的存储功能，存储数据包括：运行状态数据、实时数据、自检数据、操控人员信息、故障与报警信息等。
系统提供故障智能分析和历史回放等功能，通过记录的数据能够准确地对事故过程回放和重现，历史回放包括视频回放和动态数据回放，通过记录的历史数据模拟历史运行情况，从而为事故分析和追责提供强有力的技术支持。
4.4.4自检与性能评估
根据自检操作流程，对起重机的关键部件（传感器、执行器等）进行自检，了解当前关键部件的可靠性。通过对历史数据的分析，结合系统的专家分析模块，可以定期对起重机对起重机的运行状态、报警信息、操作指令等进行综合分析，对求职的安全性能、安全风险进行有效评估，为起重机的安全隐患提供预警功能，也为起重机厂商的设计通过重要的参考依据。
4.4.5规范作业
系统的应用将在规范大型起重机械安全管理和控制、促进现场作业标准化和规范化、预防起重机械各类事故发生等方面发挥积极关键作用。
4.4.6预警诊断
系统能够对自身进行监控，当某一部件出现故障时，能够自动修正或者报警提醒。系统还集成了超载超限报警、自动控制等功能，危险状态时，按下止停键，可切断起重机运行回路，将设备止停。
4.4.7远程监控与维护
起重机与远程监控中心通过移动通讯网与互联网建立安全的虚拟专线，现场监控器能够将数据定期传送到远程监控中心，以便保存和分析；系统也能够进行远程数据查询。
以定制手机端APP应用，用于接收系统报警提示等消息。
4.4.8信息自动记录和信息导出
系统能够记录超载信息、工作循环、工作时间等相关信息，并可随时查阅任意时间段信息，能够通过内部网络进行数据记录和导出。
5.系统主要技术性能
系统采样周期：在运行周期内系统的采样周期小于100ms。
信息存储时间：系统的数据存储时间不少于30个连续工作日，视频存储时间超过72小时。
系统的屏蔽性能：为适应强干扰环境，控制信号短距离传输采用屏蔽双绞线，远距离传输采用光缆；电子设备的电路设计采取输入输出光电隔离措施。
系统连续作业：系统的基本组成单元能够24小时连续工作，工作循环次数超过20次。
系统信号接口：系统设计有无源开关量信号接口、模拟量信号接口、脉冲量信号接口、RS485总线数据信号接口、RJ45网络信号接口、USB数据交换接口。
6.信息安全及保密措施
无线通讯保密措施：1）采用无线加密协议防止未授权用户；
2）改变服务集标识符并且禁止SSID广播；
3）静态IP与MAC地址绑定。
有线通讯保密措施：1）对所有设备实施物理隔绝、建立专属内网并登记备案；
2）实名登记权限“一人一机一卡”管理，定期核查；
3）采用固定IP和接口授权管理；
输入输出保密措施：1）封闭USB的端口，禁止使用存储载体接入；
2）软件生成报表和文件加密；
7.系统安装验收
系统验收组织方式、程序及内容如下：
由工程参与各方制定各项设备的详细验收规范及内容，并及时下发有关部门及各分支机构。
确定各项验收时间表，指定各方责任人，明确验收内容，并保证人员、场地及其他准备工作的提前就绪。
验收严格按照程序及规范执行，并详细填写有关表格、签署有关文件。
对验收中出现的问题，各方面应通力合作并及时查明原因，对验收不合格产品，甲方可拒绝接受，有关责任方应迅速采取补救措施，确保工程不被延误。
7.1 验收标准
系统的设计、制造及验收标准、规范要求不低于下列现行国家标准、规范，各标准版本应以国家现行最新版本为准。
8.用户培训
部门相关人员 1-2 名。面向操作的培训内容主要包括：各子系统的理论基础原理结构；主要设备、器件的作用安装位置；维护规程及简单故障判定排除；竣工图的查阅和修改；面向管理人员的培训内容主要包括；系统总体结构及各子系统相互间的关系；系统重要参数的设定和修改；竣工图的查阅。
9.售后服务承诺和技术支持
9.1提供充分的技术保障。
负责整体售后服务工作。提供及时、本地化的服务和支持，专业维护服务。公司的客户服务技术人员，对于服务过程中出现的任何技术问题，公司可通过通畅的支持体系的技术支持，快速发现并解决问题。通过各类服务手段，与客户充分沟通交流，在实践过程中为客户提供最优质的服务。
从签完合同后，我们将根据服务协议为您安排好产品的实施培训、培训、运行维护等服务工作，并及时响应服务请求。
7×24 在线电话支持：每周7天、每天24小时为所支持的所有硬件和软件产品故障提供不限次的在线和电话支持服务。
响应时间：在收到服务请求后 15 分钟内响应；当确定确实需要提供现场支持服务时，将在 8 小时内抵达现场并提供硬件支持服务。
系统维护日志：将每次现场服务情况记录在系统维护的日志中。
故障或技术支持响应时间：要求本地快速响应，重大故障 4 小时内响应。
9.2保修期限
提供免费售后服务。为了满足用户对系统保修期服务的要求，具体服务内容及费用需经双方共同商定。
9.3售后服务流程
系统出现故障—>拨打我公司客户服务中心电话需求在线支持—>资深工程师在线诊 断，协助客户排除故障；如无法远程解决故障，则进入现场维护流程—>将用户信息和故障 情况输入计算机系统中，如需要现场维护则填写“现场维护单”—>现场维护工程师尽快到 达现场并排除故障—>故障排除，系统正常运行—>服务质量控制部门采取各种方式对服务
质量进行跟踪，及时获得用户反馈，不断改善服务质量，更好地为客户提供支持和服务。
9.4紧急异常情况的及时处理
具有处理突发情况的能力，建立了紧急异常情况的处理保障体系。在工程项目保质期负责条款以及保修期的维护合同中对这类紧急异常情况的处理做出明确的规定。
建立并保存完整的系统文档。在系统交接时，将提供完整的软、硬件文档、操作、维护手册，设备清单等，并帮助业主建立系统的运行、管理维护文档，以便在发生故障时能及时提供资料，迅速找到并排除故障，将损失减至最小。