齒輪式施工升降機安全運行研究

岳海姣，周飛虎，王 鵬

（1.長安大學研究生院，陜西 西安 710064；2.第一拖拉機股份有限公司齒輪廠，河南 洛陽 471003）

齒輪式施工升降機安全運行研究

岳海姣1，周飛虎1，王 鵬2

（1.長安大學研究生院，陜西 西安 710064；2.第一拖拉機股份有限公司齒輪廠，河南 洛陽 471003）

分析總結近年來施工升降機事故發(fā)生原因，探討設備運行存在的安全隱患。選取SC200施工升降機為研究對象，采用PLC、人機界面、無線通信技術、傳感器技術搭建狀態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)來探索消除施工升降機安全隱患的方法，以期達到減少升降機安全隱患、彌補維修、管理疏漏，保證施工升降機安全高效工作的目的。

施工升降機；齒輪式；安全隱患；監(jiān)控系統(tǒng)

1 前 言

施工升降機在工業(yè)或民用建筑、大型橋梁、井下施工等場合是必不可少的起重運輸設備。然而，因為維修保養(yǎng)不及時、違規(guī)操作、誤操作、設備的工作狀態(tài)無法實時掌握等原因，導致施工升降機的工作存在安全隱患，甚至導致事故的發(fā)生。施工升降機釀成事故頗多，以2012年9月13日武漢施工升降機墜落事故最為典型，事故造成19人遇難，其它事故不再一一列舉。施工升降機一旦發(fā)生事故往往是災難性的，所造成的各項損失極大。如何消除安全隱患，保證施工升降機安全、高效的工作成為相關從業(yè)人員面臨的重要課題。本文以SC200齒輪齒條型施工升降機為研究對象，探究保證施工升降機安全作業(yè)的方式方法。

2 施工升降機安全作業(yè)方案探究

2.1 安全隱患分析

齒輪式施工升降機SC200由導軌架、吊籠、防護圍欄、底架、層門、機械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全防護裝置等組成。作為一種成熟產(chǎn)品，配備限速器、緩沖彈簧、限位器、安全鉤、急停開關等安全保護裝置。齒輪式施工升降機是一種低附加值的建筑設備，結構簡單，設備工作環(huán)境復雜，一般情況下裸露在外，其結構件易腐蝕、損壞。工地所用施工升降機常由建筑商臨時租用而來，對設備的維護、維修容易忽視。部分建筑工地的施工升降機操作員沒經(jīng)過專業(yè)的培訓、缺乏安全防范意識、為趕工期超頻繁作業(yè)等等原因都為施工升降機的運行埋下了安全隱患。

整理分析近年來國內(nèi)外有關施工升降機事故案例，主要事故究其原因劃分為人為事故、管理事故、設備事故三大類。

1）人為事故 人為事故包含操作員違規(guī)操作、誤操作、設備違規(guī)使用、維修人員違反作業(yè)規(guī)定、工人擅改安全裝置等主要由人為因素導致的安全事故。例如：2008年10月成都一家建筑工地，工作人員在拆卸完安全防墜裝置送檢后，未做任何防護和警示措施離開現(xiàn)場，1h后有工人操作該升降機進行物料運輸，起升至11樓突然墜下，造成7人死亡1人受傷。

2)管理事故 管理事故包括使用無證人員上崗、租用不合格產(chǎn)品進場、沒有專業(yè)人員情況下擅自拆裝、趕工期超頻繁作業(yè)、安全措施不健全、監(jiān)管不嚴等主要由管理因素導致的安全事故。

3）設備事故 設備事故有防墜安全器失效、齒輪齒條磨損、安全開關失效、液壓系統(tǒng)故障、電氣系統(tǒng)故障、設備設計有缺陷等主要由設備因素引發(fā)的事故。2011年某工地防墜安全器失靈導致發(fā)生吊籠墜落事故造成3人死亡的事故，是主要由設備因素導致事故發(fā)生的典型案例。

2.2 應對方案

顯而易見，為了消除安全隱患，避免事故的發(fā)生，需要有針對性提出保證施工升降機安全運行的方案。需要針對三類事故提出相應解決方案。

1）人為因素引發(fā)事故應對方案 加強安全教育，提升工人的安全防范意識固然是個好方法。但具體實施起來往往不能盡如人意。必須從技術和加強教育兩個方面同時出發(fā)才能有效消除該類事故隱患。例如通過指紋鎖或設置密碼等方式限定施工升降機的操作權限，只有獲得操作證書的人員才能進行升降機的操作與維修。

2）管理因素導致事故解決方法 除了加強對相關管理人員的監(jiān)管，在技術方面我們應該做出創(chuàng)新。通過建立設備檔案、維護保養(yǎng)表、故障檔案、遠程監(jiān)控等方法來消除相關管理人員因麻痹大意、違反安全制度帶來的安全隱患。落實責任人制度，有助于消除安全隱患保障設備安全運行。

3）設備因素產(chǎn)生事故應對之策 在加強維修維護監(jiān)管的基礎上，建立設備運行實時狀態(tài)監(jiān)控，附帶報警功能，必要時擁有直接切斷電源停止違規(guī)操作功能的監(jiān)控系統(tǒng)，輔助操作人員正確操作，避免施工升降機處于危險工況。避免操作人員違規(guī)操作或誤操作帶來的安全隱患，且由于掌握設備的實時運行狀態(tài)，操作人員能做出有效預判和及時調整操作避免危險工況。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能

為了保證施工升降機的安全運行特設計一款齒輪式施工升降機安全監(jiān)控系統(tǒng)，具備下述功能。

1）實時狀態(tài)監(jiān)控功能 采集施工升降機的風速、起重量、行程高度、加速度、頂門開閉、前層門開閉、后層門開閉等實時信號并予以顯示。本監(jiān)控系統(tǒng)有別于其他升降機監(jiān)控系統(tǒng)的地方有以下兩個方面：①信號的采集獨立施工升降機控制系統(tǒng)，對于起重量的采集不再取電機的電流信號，而是設計應變式傳感器直接采集齒輪軸應變信號，通過分段標定的方法來測量起重量，頂門、前層門和后層門的開閉信號也不從原控制系統(tǒng)取信號，而是在3個門邊加裝行程開關來采集開閉信號；②安裝加速度傳感器，防止操作人員圖快捷而違規(guī)操作。

2）報警功能 除了風速超限、起重量超限、加速度超限、行程最值、吊籠門未閉合等報警功能外，增設以下功能：①操作權限報警功能，當系統(tǒng)上電，操作人員必須輸入權限密碼，才能進行開機動作；②設置了樓層停車報警功能，當升降機的停車行程高度是與標定的樓層呈一一對應形式，如果不在對應位置停車將觸發(fā)報警功能，此功能還能檢測行程限位開關是否有效；③未定期維修維護報警功能，專業(yè)維護人員進行維修和維護后需登錄系統(tǒng)予以確認，如超期未維修則會觸發(fā)報警功能。

3）遠程監(jiān)控端 采用3G無線網(wǎng)絡技術和GPRS技術實現(xiàn)遠程收發(fā)與控制。遠程監(jiān)控平臺配備兩套系統(tǒng)，一套為視頻系統(tǒng)，視頻信號通過3G無線通信的方式進行傳輸，另一套系統(tǒng)采用短信收發(fā)形式將運行狀態(tài)顯示、報警信息顯示、設備檔案、維修記錄表等傳輸至網(wǎng)絡平臺監(jiān)控系統(tǒng)，且具備當嚴重違規(guī)或與特殊情況遠程停機功能。

3.2 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由信號采集部分、控制處理單元、顯示報警部分、GSM無線傳輸部分等組成。信號采集部分主要是各項傳感器，顯示部分包括聲光報警器和人機界面，無線傳輸部分主要由DTU模塊和遠程監(jiān)控端組成。其中控制單元選用西門子S7-200系列PLC，顯示屏為SMART700IE。其具體結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

3.3 系統(tǒng)軟件編程

安全監(jiān)控系統(tǒng)將傳感器采集來的信號經(jīng)控制單元處理后轉化為各項參數(shù)，將這些參數(shù)與人機界面設定的限值相比對判斷是否激發(fā)報警，輔助操作人員采取正確操作，必要時會切斷設備電源強制停工。值得一提的是增加維修記錄項，每次維修后需要安全員進行確認，有效避免維修不及時問題。同時將采集的各項參數(shù)用無線傳輸技術發(fā)送至遠程監(jiān)控端進行存儲與分析。編程基本流程圖如圖2所示。

圖2 編程基本流程圖

4 結 論

本文總結幾年來國內(nèi)外施工升降機發(fā)生的事故，從人、機、管理三方面出發(fā)探討目前施工升降機運行存在的安全隱患，并研究應對方案。以PLC與人機界面技術為核心，結合測試技術、無線傳輸技術，以SC200施工升降機為研究對象研發(fā)安全實時監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)已經(jīng)在西安市蓮湖區(qū)進行前期3個月實驗。在3個月的實驗運行期間，能夠及時發(fā)現(xiàn)危險工況，發(fā)出報警信息，必要時系統(tǒng)還切斷電源強制設備停止工作，有助于消除安全隱患。無線通信技術的使用，實現(xiàn)了遠程的監(jiān)控，特有的維修記錄表，有助于減少維修、管理的漏洞，保證施工升降機安全高效的工作。但在此安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用中也發(fā)現(xiàn)以下不足：①無線通信的穩(wěn)定性有待加強，正與合作運營商探討解決；②該系統(tǒng)對SC200施工升降機適應性良好，對其他機型的適應性有待提高。

[1]廖常初.PLC編程及應用（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]廖常初，陳曉東.西門子人機界面（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3]肖洪濤，王東紅，李育平.齒輪齒條式施工升降機監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].建筑機械化，2010，（5）：42-43.

[4]王 晟，王清葵.建筑起重機械安全技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

（編輯 賈澤輝）

Research on safe operation of the gear type construction hoist

YUE Hai-jiao, ZHOU Fei-hu, WANG Peng

TH211+.6

B

1001-1366(2015)01-0048-03

2014-08-31