蘇鋼大型起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)改造實(shí)踐

程大軍

（江蘇蘇鋼集團(tuán)有限公司， 江蘇 蘇州 215151）

1 改造現(xiàn)狀

本次改造所及的起重機(jī)為煉鐵廠鑄鐵機(jī)50 t起重機(jī)1臺、蘇拓渣場50 t起重機(jī)1臺。所涉及的2臺起重機(jī)電氣系統(tǒng)不含PLC控制或所含PLC系統(tǒng)不具備通訊接口功能，起重量限制器均不含有模擬量輸出功能，無起升高度/下降深度、運(yùn)行機(jī)構(gòu)位置采集設(shè)備，機(jī)構(gòu)機(jī)械限位功能正常。2臺改造起重機(jī)現(xiàn)均在線使用，且使用年限較長，均為冶金專用起重機(jī)。改造起重機(jī)具體參數(shù)見表1。

表1 改造起重機(jī)具體參數(shù)

2 整體改造方案

結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及經(jīng)濟(jì)性考量，在每臺起重設(shè)備的司機(jī)室，配1臺起重機(jī)維護(hù)站，作為安全監(jiān)控系統(tǒng)的顯示終端，利用PLC與上位機(jī)技術(shù)組合配置，PLC用于從新增的信號采集箱讀取現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并顯示與存儲[1]。在每臺起重機(jī)的電氣室或起重機(jī)走臺上增加1個信號采集箱，對起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、運(yùn)算并輸出運(yùn)算結(jié)果，并將數(shù)據(jù)與安全監(jiān)控儀進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、通訊顯示于上位機(jī)。在每臺起重機(jī)設(shè)備的司機(jī)室，增加一個視頻采集箱及視頻顯示器，為操作者提供起升吊點(diǎn)的畫面信息，同時可查詢歷史畫面（見圖1）。

圖1 方案拓?fù)鋱D

3 硬件功能配置

3.1 起重機(jī)維護(hù)站

起重機(jī)司機(jī)室內(nèi)加裝起重機(jī)維護(hù)站，與新增數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過通信信號線纜連接，以獲取安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，對所在起重機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和記錄。

3.2 信號采集箱

信號采集箱固定于現(xiàn)場起重機(jī)的電氣室內(nèi)和橋架走臺合適位置，作為數(shù)據(jù)采集終端對起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理；并將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)與起重機(jī)維護(hù)站及起重機(jī)安全監(jiān)控儀進(jìn)行通訊連接，并預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口。對于安裝于起重機(jī)走臺上且環(huán)境工作溫度較高的信號采集箱，在柜內(nèi)增加冷卻空調(diào)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 起重量采集

主起升和副起升機(jī)構(gòu)使用電子秤及起重量限制器的，直接取現(xiàn)場電子秤及起重量限制器帶有的模擬量輸出信號，將其模擬量輸出信號引入新增PLC系統(tǒng)的模擬量輸入模塊中。

3.4 起升高度/下降深度

在起升卷筒增加絕對值編碼器，將編碼器輸出信號接入信號采集箱，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算，實(shí)時監(jiān)控起升高度與下降深度。

3.5 行走機(jī)構(gòu)行程

每一個運(yùn)行機(jī)構(gòu)都制作一套從動輪，將其軸端與絕對值編碼器連接，整套從動裝置固定于車輪上，可帶動從動裝置同時運(yùn)動，編碼器同步工作。編碼器為多圈絕對值型編碼器，并將輸出信號接入信號采集箱內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算。

3.6 起升機(jī)構(gòu)制動器狀態(tài)

在制動器推桿與連桿鉸接附近通過設(shè)計一套安裝附件將檢測開關(guān)預(yù)期安裝。在推桿安裝檢測開關(guān)，當(dāng)制動器處于合閘狀態(tài)時，開關(guān)接近液壓缸，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，當(dāng)制動器處于松閘狀態(tài)時，開關(guān)遠(yuǎn)離液壓缸，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。通過檢測開關(guān)的閉合與斷開以實(shí)現(xiàn)制動器動作的檢測。

3.7 危險區(qū)域及吊點(diǎn)視頻監(jiān)控

在起重機(jī)遠(yuǎn)離鋼包或吊件一側(cè)的端梁下方安裝高清網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)，通過調(diào)整攝像機(jī)的角度可以保證吊點(diǎn)的視頻監(jiān)控?zé)o死角[2]。同時在起重機(jī)周邊危險區(qū)域或重要區(qū)域安裝高清網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)，攝像機(jī)通過網(wǎng)線與車上硬盤錄像機(jī)連接，通過司機(jī)室內(nèi)設(shè)置的顯示器可以實(shí)時查看和回放吊點(diǎn)視頻。

3.8 大車激光防撞

在同一軌道存在多臺起重機(jī)情況的起重機(jī)的大車機(jī)構(gòu)合適位置增加激光防碰撞裝置，并將報警信號輸出入至采集箱內(nèi)，在起重機(jī)起重機(jī)維護(hù)站上顯示狀態(tài)。

3.9 電動機(jī)電流采集

在電氣控制柜內(nèi)對每一臺起升電動機(jī)、行走電動機(jī)加裝對應(yīng)的電流互感器，用于檢測電動機(jī)三相定子電流，將接入信號采集箱處理后，實(shí)時顯示在維護(hù)站窗口。

4 軟件功能配置

起重機(jī)安全管理系統(tǒng)軟件設(shè)計以下功能模塊：權(quán)限登錄、實(shí)時狀態(tài)與趨勢曲線、報警查詢、設(shè)備信息、數(shù)據(jù)庫管理等。

4.1 權(quán)限登錄

系統(tǒng)每次開機(jī)，操作人員需通過上位機(jī)輸入操作人員的注冊信息（用戶名/密碼），系統(tǒng)才可登錄并查看相關(guān)信息。

4.2 實(shí)時狀態(tài)功能與趨勢曲線

1）全車總覽。將所有機(jī)構(gòu)的總體運(yùn)行狀態(tài)（機(jī)構(gòu)是否正常、司機(jī)是否撞限位，提升質(zhì)量等）、提升機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)、起重量、起升高度、運(yùn)行位置、運(yùn)行速度等關(guān)鍵信息關(guān)鍵信息直觀的呈現(xiàn)，自動統(tǒng)計自上次故障清零后到當(dāng)前時間段內(nèi)起重機(jī)發(fā)生故障的次數(shù)[3]。

2）機(jī)構(gòu)分覽。能夠分別將起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，分類分模塊直觀的反應(yīng)。

趨勢曲線包括歷史曲線、實(shí)時曲線和數(shù)據(jù)報表，既可以查詢歷史信息，又可以觀察實(shí)時曲線信息；可以提供所有變量的趨勢曲線顯示、數(shù)據(jù)歸檔進(jìn)行定制查詢，能夠記錄故障發(fā)生瞬間情況，便于故障追述與分析。

4.3 報警查詢功能

分為實(shí)時報警和歷史報警，實(shí)時報警能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前系統(tǒng)存在的故障、警告，給設(shè)備維護(hù)及管理人員以提示。歷史報警具備完善的故障記錄功能，數(shù)據(jù)庫中的故障記錄可以長時間存儲并可以由用戶進(jìn)行各種自定義條件查詢（如按時間查詢，按機(jī)構(gòu)查詢，按故障類型查詢等），所有故障信息將會保留在系統(tǒng)中至少30 d，并可以很方便的將其導(dǎo)出常用的文件格式，留作備份存檔。

4.4 設(shè)備信息功能

對于現(xiàn)場工作強(qiáng)度大，動作頻繁，且作用相對重要的設(shè)備進(jìn)行全壽命的監(jiān)測與記錄，對其進(jìn)行運(yùn)行時間和次數(shù)的統(tǒng)計，并可根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)警次數(shù)和時間條件進(jìn)行預(yù)警。實(shí)時顯示并更新設(shè)備運(yùn)行時間及動作次數(shù)；設(shè)備更換時，對記錄的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中并進(jìn)行清零操作，使系統(tǒng)重新記錄設(shè)備運(yùn)行時間及動作次數(shù)；可對歷次設(shè)備運(yùn)行時間及動作次數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，可為報警設(shè)置提供參考，也為設(shè)備計劃性更換提供理論依據(jù)。

4.5 數(shù)據(jù)庫功能要求

起重機(jī)信息管理系統(tǒng)軟件中，所有歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)，均存于起重機(jī)維護(hù)站。數(shù)據(jù)存于起重機(jī)維護(hù)站數(shù)據(jù)庫中。同時系統(tǒng)為將來平臺整合功能擴(kuò)展預(yù)留接口，使遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心可以在遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫，調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

通過本次改造，為傳統(tǒng)笨重的起重行車裝上了“智慧大腦”，實(shí)現(xiàn)對大小車的行程、質(zhì)量、整車行程等數(shù)據(jù)的監(jiān)測、記錄、報警，從而有效避免起重機(jī)運(yùn)行過程中引起危險的因素；同時輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展司機(jī)的操作視野，按照工業(yè)級設(shè)計安裝、通用性較強(qiáng)、易安裝、參數(shù)設(shè)定簡便、性能穩(wěn)定可靠，能保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；預(yù)留有標(biāo)準(zhǔn)通信接口為下一步全司范圍的推廣應(yīng)用與監(jiān)控平臺整合奠定基礎(chǔ)。