鑄造起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

陳翔杰

（福建三鋼閩光股份有限公司 安全環(huán)保部，福建 三明 365000）

鑄造起重機(jī)是煉鋼工序生產(chǎn)過程中重要的起重運(yùn)輸機(jī)械，承擔(dān)著鐵水、鋼水吊運(yùn)任務(wù)，以滿足轉(zhuǎn)爐、精煉爐煉鋼及連鑄機(jī)澆注的需要，具有自重大、額定起升載荷大、安裝高度高等特點(diǎn)。［1］三鋼閩光股份有限公司煉鋼廠現(xiàn)有12 部鑄造起重機(jī)，其中一煉鋼車間加料跨有額定載荷140/40T 起重機(jī)3 部、鋼水接收跨有額定載荷160/40T 起重機(jī)2 部，二煉鋼車間加料跨有額定載荷200/75T 起重機(jī)4 部，鋼水接收跨有額定載荷225/80T起重機(jī)3 部。

高溫熔融金屬吊運(yùn)工序連續(xù)生產(chǎn)、高負(fù)荷運(yùn)行，1500℃的鐵水、粉塵、噪聲等惡劣環(huán)境，以人員經(jīng)驗(yàn)、素質(zhì)和應(yīng)急判斷為主的操作模式，必將帶來高昂的人力成本投入、效率提升瓶頸和巨大的安全隱患。因此，開發(fā)使用鑄造起重機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡單、高效、低成本、高質(zhì)量發(fā)展，成為煉鋼廠當(dāng)務(wù)之急。

1 安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

安全監(jiān)控系統(tǒng)在煉鋼廠粉塵、高溫、振動(dòng)大等實(shí)際使用環(huán)境條件下，系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)記錄運(yùn)行行程、操作指令、工作時(shí)間、累計(jì)工作時(shí)間、監(jiān)控吊點(diǎn)安全、視頻管理、起重機(jī)械作業(yè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示等功能。記錄的起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、工作參數(shù)、領(lǐng)行人員命令及跟蹤司機(jī)的操作步驟，通過液晶顯示器以圖形、圖像、圖表、文字、聲音等方式展示，并通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置可以輸出及回放觀看，有助于事后進(jìn)行責(zé)任追溯。

硬盤錄像機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)至少能保存7 天以上不被覆蓋，在電源和網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉或中斷的情況下，設(shè)備仍可正常工作一段時(shí)間，待電源和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)單元應(yīng)能夠保留已采集的所有信息，保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

1.2 系統(tǒng)的基本構(gòu)成

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，利用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與半球形攝像機(jī)相互搭配，形成多方位、立體交叉監(jiān)控體系。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖2 所示，每一部起重機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括運(yùn)行區(qū)域監(jiān)控和駕駛室監(jiān)控兩部分。運(yùn)行區(qū)域監(jiān)控包括起重機(jī)西側(cè)左右欄桿上各安裝1 個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，駕駛室監(jiān)控包括1 個(gè)室內(nèi)攝像機(jī)、液晶顯示器及硬盤錄像機(jī)，敷設(shè)相應(yīng)的管線連接，同時(shí)在起重機(jī)大梁、對著鐵水罐耳軸的地面位置安裝照明燈，確保起重機(jī)司機(jī)能夠通過監(jiān)控系統(tǒng)清晰地觀察確認(rèn)。

圖2 安全監(jiān)控系統(tǒng)安裝位置簡圖

（1）駕駛室監(jiān)控。如圖3 所示，將?？低旸S-2 SM23-3ZYJ 半球形攝像機(jī)、2T（2048G）容量的硬盤錄像機(jī)及22 寸液晶顯示器等安裝在駕駛室內(nèi)。攝像機(jī)將采集到視頻信號(hào)編碼壓縮成數(shù)字信號(hào)后，通過高效壓縮芯片壓縮，存儲(chǔ)到到硬盤錄像機(jī)上。如圖4 所示起重機(jī)司機(jī)通過觀看顯示器畫面可直觀的了解當(dāng)前吊運(yùn)鐵水罐狀態(tài)。

圖3 駕駛室監(jiān)控

圖4 液晶顯示器實(shí)時(shí)畫面

（2）運(yùn)行區(qū)域監(jiān)控如圖5 所示。

圖5 運(yùn)行區(qū)域監(jiān)控

1.3 系統(tǒng)的性能特點(diǎn)

本系統(tǒng)充分考慮煉鋼廠實(shí)際，綜合傳輸條件、經(jīng)濟(jì)性、易用性、可靠性和設(shè)計(jì)需求、未來的系統(tǒng)迭代升級(jí)等多方面因素，具有以下特點(diǎn)：

（1）能夠快速、經(jīng)濟(jì)、合理、靈活地組網(wǎng)。

（2）操作簡便。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，硬盤錄像機(jī)USB 接口可連接鼠標(biāo)、鍵盤、USB 存儲(chǔ)設(shè)備、光驅(qū)等，操作簡便，界面人性化，可自由設(shè)定顯示方式、錄像回放、查詢時(shí)間等，拷貝、回放與錄像監(jiān)控存儲(chǔ)可同時(shí)進(jìn)行互不干擾。

（3）擴(kuò)展性強(qiáng)。本系統(tǒng)預(yù)留相應(yīng)的接口，可根據(jù)需要隨時(shí)增加攝像機(jī)，方便靈活進(jìn)行組網(wǎng)擴(kuò)充，保證未來的適應(yīng)性，降低投資成本，提高使用效率。

（4）存儲(chǔ)周期長。安裝在駕駛室內(nèi)的硬盤錄像機(jī)能夠存儲(chǔ)長達(dá)7*24 小時(shí)的視頻錄像，當(dāng)存儲(chǔ)容量達(dá)到設(shè)定的存儲(chǔ)時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)循環(huán)覆蓋前期已采集的視頻數(shù)據(jù)。同時(shí)可利用USB 接口將視頻文件拷貝到其他便攜式存儲(chǔ)設(shè)備或者手機(jī)上備份。

1.4 注意事項(xiàng)

（1）運(yùn)行區(qū)域監(jiān)控的攝像機(jī)應(yīng)考慮作業(yè)現(xiàn)場高溫、粉塵環(huán)境、熔融金屬紅外線等影響因素，優(yōu)先選擇耐高溫、防塵、具備過濾紅外線、接口豐富的高清攝像機(jī)。

（2）要獲取高清視頻，除了選用高清攝像機(jī)外，包括線纜、硬盤錄像機(jī)、視頻編碼器等都必須滿足帶寬和壓縮的要求，才能達(dá)到高清晰度的實(shí)際效果。例如光纜的帶寬大、衰減小、高抗干擾，可保證視頻圖像傳輸?shù)母黜?xiàng)指標(biāo)。因此，僅僅考慮攝像機(jī)而忽視其他配套設(shè)備是達(dá)不到預(yù)期效果。

（3）起重機(jī)大梁、對著鐵水罐耳軸的地面位置安裝的照明燈光線不宜過亮或過暗，應(yīng)保證周圍作業(yè)人員能清晰地觀察及目測，不易引發(fā)疲勞，造成視覺損傷。

（4）鑄造起重機(jī)長時(shí)間吊運(yùn)鐵水、鋼水包，行車過程與鋼軌接縫處摩擦，產(chǎn)生的晃動(dòng)及振動(dòng)容易導(dǎo)致攝像頭固定螺桿松動(dòng)，影響攝像頭穩(wěn)定性，需要定期對其進(jìn)行點(diǎn)檢維護(hù)，確保畫質(zhì)清晰穩(wěn)定。

（5）系統(tǒng)應(yīng)具備抗電磁干擾能力且不應(yīng)干擾其他設(shè)備。

（6）系統(tǒng)應(yīng)保證顯示信息在各種環(huán)境下清晰可辨，不干擾司機(jī)視線，不刺目。［2］

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

三鋼煉鋼廠的12 臺(tái)鑄造起重機(jī)在升級(jí)改造前是沒有設(shè)置安全監(jiān)控系統(tǒng)的，倘若發(fā)生事故，調(diào)查人員不能通過影音圖像等技術(shù)手段還原當(dāng)時(shí)現(xiàn)場情形，難以判別是設(shè)備引起，還是操作不當(dāng)或是指揮失誤引起的事故［3］。煉鋼廠安裝本系統(tǒng)后，能對駕駛室內(nèi)起重機(jī)司機(jī)的操作行為、精神狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對標(biāo)高溫熔融金屬吊裝作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為各種異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)取證、復(fù)核，及時(shí)考核相關(guān)作業(yè)人員。

3 后續(xù)改進(jìn)

近年來，政府監(jiān)管部門、起重機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)和冶金企業(yè)日益重視起重機(jī)的安全性和可靠性，國家相繼發(fā)布了《起重機(jī)械 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》（GB/T 28264-2017） 和《高溫熔融金屬吊運(yùn)安全規(guī)程》（AQ7011-2018），對鑄造起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)提出更高的要求，目前國內(nèi)僅有少數(shù)鋼鐵企業(yè)的鑄造起重機(jī)作了試點(diǎn)配備了完整的起重機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。

目前三鋼的安全監(jiān)控系統(tǒng)對于采集的圖形、圖像數(shù)據(jù)只能進(jìn)行簡單的記錄、儲(chǔ)存和和管理，其中的數(shù)據(jù)不能直接使用，對于數(shù)據(jù)的分析主要還是通過人工處理的方式進(jìn)行。隨著攝像機(jī)點(diǎn)位的增加，系統(tǒng)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)量大幅度的增長，如果繼續(xù)采用人工方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，很難將其中具有應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的利用，勢必造成企業(yè)成本的增加。

針對現(xiàn)狀，運(yùn)用智能傳感器設(shè)備、大數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算等多種先進(jìn)技術(shù)取代人工處理，將國標(biāo)要求采集的起重機(jī)制動(dòng)器的開閉狀態(tài)、聯(lián)鎖保護(hù)、超速保護(hù)、工況設(shè)置、操作指令等信息整合進(jìn)現(xiàn)在的系統(tǒng)中，為操作人員和管理人員提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和報(bào)警信息，提高動(dòng)態(tài)監(jiān)測水平，實(shí)現(xiàn)從“連得上、看得見”向智能化監(jiān)測預(yù)警的躍升是今后系統(tǒng)改造升級(jí)的主要方向。

4 結(jié) 語

安全監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就將高溫熔融金屬吊裝作業(yè)過程中涉及的“人—機(jī)—料—管—環(huán)”等環(huán)節(jié)作為參照，既參考了其中的單個(gè)環(huán)節(jié)，又研究了它們之間的相互關(guān)系。針對煉鋼廠需求，按照上述的設(shè)計(jì)方案施工后，本系統(tǒng)能夠?qū)掍搹S鑄造起重機(jī)作業(yè)人員和吊裝全過程進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，使得12 臺(tái)鑄造起重機(jī)安全、可靠、高效地運(yùn)行，在運(yùn)行階段沒有發(fā)現(xiàn)重大技術(shù)問題，公司、分廠、車間對于系統(tǒng)的使用情況反映良好，滿足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期目的。