淺談水電工程施工設(shè)備防撞安全管理系統(tǒng)

張輝

摘 要：在水電工程施工中許多施工環(huán)節(jié)需要借助設(shè)備來進(jìn)行施工，并且在施工過程中其存在的交互性使設(shè)備之間極易發(fā)生碰撞問題，為了保證施工設(shè)備的安全性，避免因碰撞問題造成施工設(shè)備功能出現(xiàn)問題，以下結(jié)合水電工程中所需要應(yīng)用的施工設(shè)備來分析如何建立相應(yīng)的安全管理系統(tǒng)。對于安全管理系統(tǒng)所具備的功能本文將進(jìn)行全面的分析，并提出了其在設(shè)備防撞中所起到的作用及特點，結(jié)合多種技術(shù)提出了防撞安全管理系統(tǒng)建立的方法，以期使其可以在水電工程中得到更好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水電工程；設(shè)備防撞；安全管理系統(tǒng)

現(xiàn)代工業(yè)科技的發(fā)展使水電工程的施工現(xiàn)代化、專業(yè)化、機(jī)械化的水平都得到了極大的提高，這也使工程施工效率、工期都得到了良好的保障。同時現(xiàn)今水電工程施工現(xiàn)場中的施工操作也越來越密集，其設(shè)備使用、施工線路等存在著一定的施工交叉情況，這種空間交互情況會使設(shè)備出現(xiàn)碰撞問題，嚴(yán)重時還會造成安全事故，使施工人員的人身安全受到威脅，施工工期也受到了延誤。以下根據(jù)水電施工中所需要應(yīng)用的設(shè)備提出了一套符合其施工要求的安全管理系統(tǒng)。

一、水利工程施工設(shè)備防碰撞安全管理系統(tǒng)的總體介紹

1、系統(tǒng)的組成

防撞安全管理系統(tǒng)包括：施工設(shè)備位置檢測系統(tǒng)、運算處理系統(tǒng)信息交換系統(tǒng)和人機(jī)界面。各施工設(shè)備的位置檢測：包括混凝土供料線塔柱、桁架，門塔機(jī)大車位置、小車位置、回轉(zhuǎn)臂位置及外形形態(tài)，纜機(jī)的吊鉤位置等。每一臺門機(jī)和塔機(jī)上安裝兩個高精度的GPS定位儀和兩個光電編碼器，用于檢測門機(jī)和塔機(jī)的位置和工作狀態(tài)，混凝土供料線的每一個立柱上安裝一個高精度的GPS定位儀，用于檢測混凝土供料線的位置，纜機(jī)吊鉤位置檢測由纜機(jī)本身的檢測系統(tǒng)檢測，纜機(jī)本身具備該功能。防撞系統(tǒng)服務(wù)器是整個系統(tǒng)的控制核心，安裝在纜機(jī)司機(jī)室內(nèi)，各防撞設(shè)備的位置檢測數(shù)據(jù)通過無線以太網(wǎng)傳送到防撞系統(tǒng)服務(wù)器。

2、工作原理

安全管理系統(tǒng)的建立主要是以計算機(jī)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)程序指令來對施工設(shè)備進(jìn)行控制，并依靠信息技術(shù)進(jìn)行智能化的高效處理。其主要是將水電工程施工現(xiàn)場進(jìn)行全方位的模擬，建立相應(yīng)的三維模型，在此模型中可以對施工現(xiàn)場設(shè)備等進(jìn)行全方位的動態(tài)顯示，通過三維坐標(biāo)點的確定使施工設(shè)備狀態(tài)可以進(jìn)行實時反映。在施工設(shè)備作業(yè)的過程中安全管理系統(tǒng)會對其各項參數(shù)進(jìn)行計算并分析其運行狀態(tài)，在設(shè)備可能發(fā)生碰撞問題時及時做出預(yù)警提示，以此來避免碰撞事故的發(fā)生。根據(jù)安全管理系統(tǒng)的特點，其預(yù)警模式分為兩種，第一種是在施工設(shè)備出現(xiàn)施工交互或是施工干涉時進(jìn)行隔段預(yù)警提示，另一種則是在設(shè)備可能出現(xiàn)碰撞事故時由系統(tǒng)發(fā)出連續(xù)的預(yù)警提示，并作出設(shè)備停運的指令。

二、運算處理系統(tǒng)防撞系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

每一臺防撞施工設(shè)備上的控制單元的核心是PLC，門塔機(jī)和混凝土供料線采用西門子S7-1200系列PLC，纜機(jī)采用西門子S7-300系列PLC，PLC通過無線以太網(wǎng)與服務(wù)器連接，可以進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交換。

纜機(jī)防撞控制單元。纜機(jī)控制單元安裝在纜機(jī)主塔電氣房內(nèi)，以一套S7-300系列PLC為核心，該PLC與纜機(jī)原有的PLC進(jìn)行通訊，獲取纜機(jī)的位置和各機(jī)構(gòu)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并把收集到的數(shù)據(jù)處理成服務(wù)器所需要的數(shù)據(jù)，通過無線以太網(wǎng)傳送到服務(wù)器。接收服務(wù)器輸出的防碰撞報警和停機(jī)信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給纜機(jī)PLC系統(tǒng)，實現(xiàn)纜機(jī)的防碰撞功能。

混凝土供料線防撞控制單元?；炷凉┝暇€防撞控制單元安裝在混凝土供料線的立柱上，以一套S7-1200系列PLC為核心，PLC連接安裝在每一個混凝土供料線立柱上的GPS裝置，用GPS數(shù)據(jù)定位混凝土供料線的位置以及混凝土供料線的高度。將GPS數(shù)據(jù)處理成服務(wù)器所需要的數(shù)據(jù)，通過無線以太網(wǎng)傳送到服務(wù)器。因為混凝土供料線位置相對固定，所以它是屬于被動防撞的設(shè)備，不需要從服務(wù)器接收報警和停機(jī)信號等控制信號。

門機(jī)和塔機(jī)防撞控制單元。門機(jī)和塔機(jī)的防撞控制單元安裝在門、塔機(jī)司機(jī)室內(nèi)，以一套S7-1200系列PLC為核心，PLC連接編碼器和GPS。編碼器和GPS都是用來對門機(jī)或塔機(jī)進(jìn)行定位和檢測其運行狀態(tài)的，運行狀態(tài)包括起升高度、小車位置和回轉(zhuǎn)角度。在塔頂和臂架頭部各安裝一個GPS，用于檢測塔機(jī)或門機(jī)的位置和臂架的回轉(zhuǎn)角度。編碼器安裝在小車卷筒和起升卷筒上，用于測量小車的運行位置和起升的高度。PLC把接收到的GPS和編碼器數(shù)據(jù)處理成服務(wù)器所需要的數(shù)據(jù)，通過無線以太網(wǎng)傳送給服務(wù)器。PLC通過無線以太網(wǎng)接收服務(wù)器的防撞報警信號和停機(jī)信號，并接收服務(wù)器發(fā)送的其他防撞設(shè)備的位置信號，以動畫的形式把所有防撞設(shè)備的位置和狀態(tài)顯示在人機(jī)界面上。

三、信息交換系統(tǒng)與人機(jī)界面

防撞系統(tǒng)采用了多種通訊方式進(jìn)行信息交換，各防撞設(shè)備與服務(wù)器之間采用無線以太網(wǎng)通訊，PLC與編碼器之間采用Profibus-DP通訊，PLC與GPS之間采用串行通訊，PLC與觸摸屏之間采用串行通訊。在每臺門機(jī)和塔機(jī)上安裝了一臺觸摸屏，觸摸屏以動畫的形式顯示每臺防撞設(shè)備的位置和工作狀態(tài)，纜機(jī)的防撞動畫顯示在纜機(jī)司機(jī)室的工控機(jī)顯示屏上，為了方便司機(jī)監(jiān)控，纜機(jī)防撞系統(tǒng)動畫效果圖顯示在原有的纜機(jī)運行界面中。

四、遠(yuǎn)程管理與后續(xù)管理

防撞系統(tǒng)會接入互聯(lián)網(wǎng)，在有授權(quán)的情況下，互聯(lián)網(wǎng)接入的任何電腦上都可以打開防撞系統(tǒng)的運行界面，并且可以調(diào)用服務(wù)器中存儲的信息。設(shè)備管理人員通過使用該功能就可以在遠(yuǎn)程及時掌握現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，進(jìn)行相應(yīng)的指揮和協(xié)調(diào)工作，提高設(shè)備的工作效率。如果施工期內(nèi)后續(xù)還有施工設(shè)備需要并入防撞安全管理系統(tǒng)，需解決本施工設(shè)備工作時的位置形狀檢測（由GPS檢測），并安裝交換機(jī)和無線通訊模塊，與防撞安全管理服務(wù)器建立通訊就可以在硬件上實現(xiàn)防撞功能。在軟件上，防撞安全管理服務(wù)器還必須增加新增施工設(shè)備與原有設(shè)備的碰撞解析程序，并把計算結(jié)果發(fā)送給原有設(shè)備；同時，在原有設(shè)備上增加或修改與新增施工設(shè)備的防撞運行程序；另外，在新增設(shè)備上修改運行程序，使其具有與其他設(shè)備的防撞功能。通過上述方法，可以在后期把需要進(jìn)行防撞安全管理的施工設(shè)備并入此安全管理系統(tǒng)，達(dá)到整個施工區(qū)域設(shè)備的安全運行管理。

結(jié)語：以上介紹的防撞安全管理系統(tǒng)是通過高精度GPS、三維模擬技術(shù)、PLC控制、信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)結(jié)合而成的一種智能化控制系統(tǒng)，其利用模型對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測及反映，并且其具有的智能化分析的特點可以對設(shè)備情況進(jìn)行預(yù)測，從而在發(fā)生碰撞問題之前就可以進(jìn)行事先預(yù)警，發(fā)出相應(yīng)的信號。由于安全管理系統(tǒng)需要應(yīng)用大量的程序數(shù)據(jù)，因此在實際中必須要保證其現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這樣才可以提高設(shè)備管理的效率。

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