起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)途徑與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

牛妙玉，王莉華

（河南省特種設(shè)備安全檢測(cè)研究院三門(mén)峽分院，河南 三門(mén)峽 472000）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，是借助各類(lèi)信息傳感設(shè)備，比如全球定位系統(tǒng)和紅外線(xiàn)感應(yīng)器等，對(duì)被監(jiān)控的物體或者運(yùn)行過(guò)程，實(shí)施動(dòng)態(tài)化監(jiān)控。通過(guò)收集各類(lèi)信息，比如聲和光電等進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)能夠和互聯(lián)網(wǎng)相互結(jié)合，形成完善的網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)監(jiān)視的全面性。基于互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)、人物互聯(lián)、物和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過(guò)程的識(shí)別和管控?；诟黝?lèi)技術(shù)的支持，比如RFID技術(shù)和M2M技術(shù)以及兩化融合等實(shí)現(xiàn)了高效監(jiān)控。

2 起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)途徑分析

2.1 起重機(jī)運(yùn)行和監(jiān)管

（1）無(wú)法及時(shí)獲取以及共享設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（2）傳統(tǒng)的起重機(jī)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)，多采取人為間斷測(cè)量和分析的方式，或者通過(guò)安裝相應(yīng)的限制和保護(hù)裝置等，對(duì)起重機(jī)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控。采取此方式，存在著諸多問(wèn)題，比如信息傳遞慢和加工時(shí)效差等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)高效安全運(yùn)行。（3）運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，但缺少風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警監(jiān)管。在實(shí)際運(yùn)行中，隨著設(shè)備使用時(shí)間和頻率的增加，設(shè)備的使用性能和可靠性不斷降低，使得故障發(fā)生率持續(xù)增加。若無(wú)法有效排除故障，很容易造成停運(yùn)或者重大安全事故。對(duì)起重機(jī)從出廠(chǎng)到使用全生命周期，實(shí)施在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以及信息記錄，采取電子監(jiān)管以及構(gòu)建故障預(yù)測(cè)方法等，對(duì)保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行有重要的意義。

2.2 監(jiān)管需求分析

起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)，需要明確監(jiān)管需求。具體包括以下需求。（1）信息需求。若想確保物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)全面可靠運(yùn)行，必須要加強(qiáng)監(jiān)管力度。實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)管，需要信息的支持。具體包括人員信息、設(shè)備信息以及技術(shù)文檔等。（2）功能需求。構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)人員在線(xiàn)監(jiān)管和起重機(jī)在線(xiàn)監(jiān)管等功能。具體來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息，要能夠進(jìn)行傳輸、分析以及存儲(chǔ)等。（3）性能需求。開(kāi)發(fā)的監(jiān)管系統(tǒng)，必須具備外接性和可擴(kuò)展性等性能。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)

（1）總體架構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要分為3層，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。其中，感知層作為最底層，是利用RFID電子標(biāo)簽和智能傳感器等設(shè)備，實(shí)時(shí)感知設(shè)備的信息以及運(yùn)行情況。中間層作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層，是利用互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)等，將感知層采集的設(shè)備信息以及數(shù)據(jù)，發(fā)送給系統(tǒng)的最上層，也就是應(yīng)用層，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和深度挖掘等操作，實(shí)現(xiàn)特定的監(jiān)控任務(wù)以及智能化應(yīng)用等。圖1為基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)圖

此系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如下：①利用RFID電子標(biāo)簽以及智能傳感器等，對(duì)起重機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行，進(jìn)行信息采集，并且將采集所獲的信息存儲(chǔ)在車(chē)載固定式智能前端中；②利用3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，把獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，傳送到起重機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)施在線(xiàn)監(jiān)控以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)共享；③為滿(mǎn)足起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的靈活性需求，系統(tǒng)運(yùn)行可以利用PDA，對(duì)起重機(jī)設(shè)備的基本信息以及檢驗(yàn)信息等進(jìn)行查詢(xún)。利用此閱讀器，通過(guò)無(wú)源數(shù)據(jù)以及非接觸的數(shù)據(jù)傳送方式，實(shí)現(xiàn)和電子標(biāo)簽的互動(dòng)。

（2）功能設(shè)計(jì)。基于起動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管需求，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)起重機(jī)設(shè)備以及人員基本信息等的管理，同時(shí)能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析以及深度挖掘。設(shè)計(jì)的起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管以及預(yù)警系統(tǒng)，其功能模塊具體包括系統(tǒng)管理功能模塊、人員RFID卡監(jiān)管功能模塊、起重機(jī)RFID卡監(jiān)管功能模塊、起重機(jī)運(yùn)行監(jiān)控功能模塊、起重機(jī)定位管理功能模塊、設(shè)備檢驗(yàn)管理模塊、統(tǒng)計(jì)管理模塊、安全預(yù)警模塊。在進(jìn)行起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于功能模塊，要結(jié)合實(shí)際需求，進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。

（3）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境。設(shè)計(jì)的此起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)管及預(yù)警系統(tǒng)，使用Visual Studio 2010、SQL Server2005、Matlab開(kāi)發(fā)完成，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行，主要運(yùn)行環(huán)境如下：①PC機(jī)若干，其中1臺(tái)作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。在服務(wù)器中，安裝數(shù)據(jù)庫(kù)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求②系統(tǒng)開(kāi)發(fā)端PC機(jī)需要安裝視頻監(jiān)控軟件以及SQL Server2005客戶(hù)機(jī)等，開(kāi)發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，利用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。

3 起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用總結(jié)

3.1 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

在起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管實(shí)踐中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控提供技術(shù)支持。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)中的各類(lèi)技術(shù)，比如傳感器技術(shù)以及GIS技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)控。起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，具體為重量和力矩以及起升高度等，采取全面的監(jiān)控?，F(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)起重機(jī)運(yùn)行安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)成以及性能要求等，提出了具體的要求。在具體實(shí)踐中，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量很大，為實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)的系統(tǒng)控制，必須要全面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為起重機(jī)運(yùn)行監(jiān)控提供保障，實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行的有效監(jiān)控。通過(guò)對(duì)起重機(jī)設(shè)備運(yùn)行各類(lèi)參數(shù)的綜合收集整理，應(yīng)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及信源壓縮編碼技術(shù)等，對(duì)傳感器裝置所收集的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行科學(xué)合理的分析，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題，將信息發(fā)送給維修人員，及時(shí)采取處理措施，以免發(fā)生特種設(shè)備使用安全事故。

3.2 金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控

從起重機(jī)的組成情況來(lái)說(shuō)，金屬結(jié)構(gòu)為主要組成部分，發(fā)揮著承載作用，能夠保證設(shè)備運(yùn)行的安全性。在使用的過(guò)程中，金屬機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)以及損傷程度，直接影響著設(shè)備運(yùn)行的安全性，影響著起重工作的實(shí)施。對(duì)金屬結(jié)構(gòu)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助傳感器技術(shù)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力情況，做全面的監(jiān)控，通過(guò)及時(shí)分析數(shù)據(jù)和反饋信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全隱患的有效預(yù)防，保證金屬結(jié)構(gòu)的整體受力情況可以處于承受范圍內(nèi)。除此之外，為確保起重機(jī)設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息的精度，結(jié)合利用各類(lèi)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，比如傳統(tǒng)壓電傳感器和光纖光柵傳感器等，掌握金屬結(jié)構(gòu)的使用情況。對(duì)金屬結(jié)構(gòu)實(shí)施監(jiān)控時(shí)，為降低工作強(qiáng)度，提高監(jiān)控效率，對(duì)整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行相應(yīng)的分析研究，明確重點(diǎn)監(jiān)控部位，采取針對(duì)性監(jiān)控措施，用最小的工作量，獲得相對(duì)全面的金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為起重機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。

3.3 人機(jī)互認(rèn)管理系統(tǒng)

構(gòu)建的人機(jī)互認(rèn)管理系統(tǒng)，其指的是起重機(jī)的操作人員和起重機(jī)之間要維持相應(yīng)的關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，是當(dāng)某個(gè)操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，其他人員不可以進(jìn)行任何操作。此項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，是基于RFID技術(shù)以及傳感器技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)操作人員的資質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員操作設(shè)備的監(jiān)控，確保起重機(jī)正常起重作業(yè)以及檢修工作有效運(yùn)行。

3.4 故障識(shí)別診斷技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用故障識(shí)別診斷技術(shù)，支持起重機(jī)安全運(yùn)行的監(jiān)控。借助故障識(shí)別診斷技術(shù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的故障采取精準(zhǔn)識(shí)別診斷，精準(zhǔn)識(shí)別故障發(fā)生的特點(diǎn)，依據(jù)故障識(shí)別結(jié)果實(shí)施相應(yīng)的診斷和處理，使得起重機(jī)可以保持安全運(yùn)行的狀態(tài)。故障診斷識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)，是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)對(duì)起重機(jī)設(shè)備實(shí)施系統(tǒng)全面的監(jiān)控，采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量，使得設(shè)備處于全面監(jiān)控。除此之外，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)等，分析傳感器裝置采集的狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)測(cè)和診斷，為故障處理提供支持。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建，能夠?yàn)槠鹬貦C(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管的實(shí)施提供有力的技術(shù)保障。結(jié)合系統(tǒng)構(gòu)建，總結(jié)了監(jiān)管功能的實(shí)現(xiàn)路徑。除此之外，結(jié)合起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管實(shí)踐，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用。