基于RFID技術(shù)的起重機(jī)駕駛員作業(yè)監(jiān)控

韓文鶴，王綱居，穆銘豪

HAN Wen-he,WANG Gang-ju,MU Ming-hao

（1.上海市建筑科學(xué)研究院科技發(fā)展總公司，上海 200032；2.上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032）

1 背 景

目前市場(chǎng)上的起重設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)大部分是對(duì)起重設(shè)備本身的狀態(tài)監(jiān)控和管理，其中有些是對(duì)起重機(jī)的幅度、高度、回轉(zhuǎn)角度、起重量以及起重力矩等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也有一些是通過(guò)對(duì)起重機(jī)自身及與其相鄰的起重機(jī)械位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而進(jìn)行干涉管理，防止設(shè)備之間、設(shè)備與周邊環(huán)境相碰撞引發(fā)事故。但這些監(jiān)控設(shè)備都忽視了對(duì)起重設(shè)備操作人員的管理，系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)駕駛員進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)控的功能。建筑起重機(jī)的駕駛員需要有上崗證才能操作，但事實(shí)上因?yàn)槿狈芾硎侄危僮C或無(wú)證操作、疲勞駕駛的情況普遍存在。如近幾年發(fā)生的多起升降機(jī)墜落事故，大部分與無(wú)證駕駛有關(guān)。

RFID(Radio Frequency Identification)是一種無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)，具有識(shí)讀距離遠(yuǎn)、信息存儲(chǔ)量大、讀寫(xiě)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了應(yīng)用RFID 技術(shù)研發(fā)的一種起重機(jī)駕駛員監(jiān)控管理方法與系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員作業(yè)前、作業(yè)中及作業(yè)后的系統(tǒng)管理，管理部門(mén)可以通過(guò)對(duì)作業(yè)人員的操作情況進(jìn)行考評(píng)，及時(shí)教育或淘汰操作過(guò)程中不合格人員，從而降低引發(fā)事故的概率。

2 方法原理

本方法從系統(tǒng)管理的角度出發(fā)，以RFID 設(shè)備作為起重機(jī)駕駛員作業(yè)監(jiān)控管理的載體，借鑒機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員扣分管理辦法，通過(guò)考評(píng)后的發(fā)證授權(quán)、使用前的人員信息驗(yàn)證、使用中的過(guò)程監(jiān)測(cè)和信息反饋、使用后的統(tǒng)計(jì)分析，從多個(gè)層面系統(tǒng)的對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行管理和監(jiān)督，防止無(wú)證操作、疲勞操作和違規(guī)操作。圖1為本方法的原理設(shè)計(jì)。以下是本方法的的主要實(shí)現(xiàn)思路。

圖1 方法原理設(shè)計(jì)圖

1）人員資格授權(quán) 對(duì)經(jīng)考核取得上崗證的駕駛操作人員進(jìn)行發(fā)證授權(quán)，規(guī)定該駕駛員的操作權(quán)限并賦予一定的分值。

2）操作前身份驗(yàn)證 每次駕駛員作業(yè)前，通過(guò)RFID設(shè)備先判斷當(dāng)值駕駛員是否有操作資格，驗(yàn)證通過(guò)后才能正常工作，否則不予開(kāi)通操作權(quán)限。

3）作業(yè)時(shí)間控制 對(duì)當(dāng)值駕駛員每天累計(jì)工作時(shí)間、連續(xù)工作時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判斷，在累計(jì)工作時(shí)間或連續(xù)工作時(shí)間滿(mǎn)規(guī)定限值前預(yù)先報(bào)警提示。當(dāng)滿(mǎn)規(guī)定時(shí)間后，起重機(jī)最多只能進(jìn)行一個(gè)工作循環(huán)的吊運(yùn)工作，該工作循環(huán)結(jié)束后，起重機(jī)只能在空載狀態(tài)下運(yùn)行，杜絕駕駛員的疲勞操作。

4）操作過(guò)程監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)駕駛員起吊過(guò)程和卸載過(guò)程的操作情況，計(jì)算起升沖擊系數(shù)，回轉(zhuǎn)操作時(shí)的回轉(zhuǎn)角加速度及起重量與起重力矩等。并在這些指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)臨界值時(shí)提醒駕駛員，對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)臨界值較多的駕駛員扣分處罰，對(duì)剩余分值小于當(dāng)前扣分值時(shí)，結(jié)束當(dāng)前工作循環(huán)后收回該駕駛員的操作權(quán)限，杜絕駕駛員的違章操作。

5）監(jiān)控平臺(tái)管理 管理部門(mén)可以將駕駛員的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)扣分較多的駕駛員有目的性的加強(qiáng)管理培訓(xùn)，及時(shí)淘汰屢次違規(guī)人員。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由監(jiān)控平臺(tái)、RFID 設(shè)備及終端組成。由監(jiān)控平臺(tái)來(lái)實(shí)施人員考評(píng)后的發(fā)證管理和違章處理規(guī)則發(fā)放，并將人員注冊(cè)信息寫(xiě)入RFID 設(shè)備并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)；終端通過(guò)RFID 設(shè)備驗(yàn)證人員信息、按照違章處理規(guī)則判別駕駛員的操作過(guò)程，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將駕駛員在操作過(guò)程中的信息反饋至監(jiān)控平臺(tái)；管理人員可以通過(guò)有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管駕駛員操作信息。圖2為系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控平臺(tái)主要由服務(wù)器、RFID 讀寫(xiě)模塊和GPRS 模塊等組成。圖3為監(jiān)控平臺(tái)組成示意圖。服務(wù)器與RFID 讀寫(xiě)模塊、GPRS 模塊均通過(guò)RS232 串口連接。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

圖3 監(jiān)控平臺(tái)組成示意圖

終端裝置包括CPU 模塊、RFID 讀寫(xiě)模塊、存儲(chǔ)模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤(pán)、顯示屏、GPRS 模塊、繼電器以及蜂鳴器等。圖4為終端硬件架構(gòu)示意。繼電器直接與起重機(jī)的控制電路相連。

圖4 終端硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)CPU模塊采用以ARM9 芯片為核心，配備必要的電路組成。CPU 模塊通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換模塊將幅度傳感器、重量傳感器等傳感器信號(hào)采集并計(jì)算相應(yīng)值。終端通過(guò)GPRS 模塊接收監(jiān)控平臺(tái)的違章處理規(guī)則表并存儲(chǔ)至存儲(chǔ)模塊。當(dāng)CPU 模塊監(jiān)測(cè)操作過(guò)程發(fā)生違章時(shí)通過(guò)繼電器模塊輸出控制信號(hào)，并通過(guò)GPRS 模塊將信息反饋至監(jiān)控平臺(tái)。系統(tǒng)采用高頻近距離固定式RFID讀寫(xiě)模塊，具有受環(huán)境影響小、操作方便、防沖突等優(yōu)越性能。RFID 卡存儲(chǔ)容量32K，可擦寫(xiě)壽命高達(dá)100000 次，符合系統(tǒng)要求。

3.3 軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為服務(wù)器軟件和終端軟件。服務(wù)器軟件主要進(jìn)行駕駛員注冊(cè)信息管理，包括信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)和寫(xiě)入RFID 卡；動(dòng)態(tài)信息的接收以及存儲(chǔ)管理；后續(xù)的信息統(tǒng)計(jì)和分析功能等。同時(shí)服務(wù)器軟件還提供網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)功能，網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)實(shí)行分級(jí)權(quán)限管理。

終端軟件實(shí)現(xiàn)操作前身份驗(yàn)證、操作過(guò)程監(jiān)控和操作時(shí)間控制管理。圖5為終端開(kāi)機(jī)流程示意圖，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID 卡內(nèi)的信息進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)才能開(kāi)通操作權(quán)限，否則以提示信息的方式告知駕駛員未能開(kāi)通權(quán)限的原因。

圖5 開(kāi)機(jī)流程示意圖

圖6為過(guò)程監(jiān)控流程示意圖。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)起重量、起重力矩及沖擊系數(shù)的采樣與計(jì)算，根據(jù)違規(guī)處理規(guī)則表進(jìn)行判別，若發(fā)現(xiàn)有違規(guī)情況則對(duì)RFID 卡和監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息更新，必要時(shí)通過(guò)輸出信號(hào)控制繼電器達(dá)到閉鎖功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

圖6 過(guò)程監(jiān)控流程示意圖

圖7 身份驗(yàn)證界面

本系統(tǒng)已應(yīng)用于工地現(xiàn)場(chǎng)圖，圖7為終端開(kāi)機(jī)前身份驗(yàn)證示意，目前已進(jìn)行了多個(gè)工地現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，有效杜絕了無(wú)證操作、違規(guī)操作和疲勞操作，降低了事故發(fā)生率，證明該方法是可行和有效的。

本方法還可集成于設(shè)備防干涉系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，可以提高施工安全技術(shù)，降低起重設(shè)備安全事故發(fā)生概率，為政府安全主管部門(mén)提供有效的監(jiān)管手段，因此本系統(tǒng)的研發(fā)將起到較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。