架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)研究

朱明清，李冬冬，夏 昊，楊秀禮

（中交第二航務(wù)工程局有限公司技術(shù)中心，湖北武漢 430040）

架橋機(jī)是公路橋梁施工的重要設(shè)備，支承在橋梁結(jié)構(gòu)上，可沿縱向自行變換支承位置，將預(yù)制橋梁梁體安裝在橋墩（臺(tái)）指定位置［1-2］。近年來(lái)，架橋機(jī)使用過(guò)程中安全事故頻發(fā)，給工程造成了極大的損失［3-4］。因此，針對(duì)架橋機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)研究逐漸成為熱點(diǎn)。李春雨等［5］通過(guò)PLC 完成對(duì)架橋機(jī)整個(gè)工作過(guò)程的數(shù)據(jù)采集。張煥炯［6］提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的節(jié)段梁架橋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。鄭曉雯等［7］提出了基于無(wú)線通信技術(shù)的架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)有的架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)通常存在以下3個(gè)問(wèn)題：①架橋機(jī)種類(lèi)繁多，不同種類(lèi)架橋機(jī)安全監(jiān)控方案各不相同，且架橋機(jī)所采用的PLC各不相同，通信協(xié)議不同，沒(méi)有統(tǒng)一的外部數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，數(shù)據(jù)對(duì)接工作量大。②大多數(shù)安全監(jiān)控系統(tǒng)只滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最低要求［8］，對(duì)其他重要安全風(fēng)險(xiǎn)源的監(jiān)控，如制動(dòng)器失效、溜鉤、卷?yè)P(yáng)亂繩等研究較少。③在傳統(tǒng)架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)監(jiān)控與視頻監(jiān)控彼此獨(dú)立，其實(shí)質(zhì)為將兩個(gè)互不關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)從形式上拼湊在一起，系統(tǒng)中各類(lèi)數(shù)據(jù)互為信息孤島，難以形成有效的數(shù)據(jù)融合應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文將全面分析架橋機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式，研究制定不同類(lèi)型架橋機(jī)的監(jiān)控項(xiàng)目及監(jiān)控方法；同時(shí)，還增加制動(dòng)器失效檢測(cè)、溜鉤監(jiān)測(cè)、亂繩檢測(cè)等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之外的特色監(jiān)控功能，以分布式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，構(gòu)建高集成度、高融合度的架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)架橋機(jī)的全方位安全監(jiān)控。

1 架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足不同類(lèi)型架橋機(jī)安全監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)的架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

如圖2所示，系統(tǒng)自下而上分為4個(gè)層次：感知層、采集層、中樞層以及融合層。系統(tǒng)底層以各類(lèi)傳感器為基礎(chǔ)支撐，通過(guò)分布式（采集）模塊完成數(shù)據(jù)匯集和數(shù)字化轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)終端作為運(yùn)行數(shù)據(jù)的中樞，一方面與PLC 交互獲取架橋機(jī)運(yùn)行信息；另一方面完成各類(lèi)傳感器感知數(shù)據(jù)的整合。交互終端以高性能多核處理器平臺(tái)為基礎(chǔ)，接入各類(lèi)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，同時(shí)接入運(yùn)行數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)融合處理，從而實(shí)現(xiàn)多元信息融合的安全監(jiān)控。

圖2 系統(tǒng)層次Fig.2 System hierarchy diagram

感知層由各類(lèi)傳感器和攝像機(jī)組成，作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐，負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的感知。為適應(yīng)不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)架橋機(jī)的安全監(jiān)控需求，以模塊化理念按照架橋機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和感知防范進(jìn)行研究。

分布式模塊和架橋機(jī)原有電控系統(tǒng)被視作采集層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接入和格式化，其中架橋機(jī)電控系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供如控制指令等各類(lèi)內(nèi)置數(shù)據(jù)，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的全面性和完整性。分布式模塊作為系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，其核心功能是就近獲取傳感器數(shù)據(jù)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行統(tǒng)一傳輸。分布式模塊從形式上分為2 種，即總線式和無(wú)線式?？偩€式分布模塊與核心采集模塊間采用有線連接，可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；無(wú)線式分布模塊用于布線困難、采集環(huán)境更苛刻的區(qū)域，該模塊采用無(wú)線通信技術(shù)與核心采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)采用低功耗電池供電設(shè)計(jì)，可以靈活地部署在如架橋機(jī)支腿等部位，為對(duì)象數(shù)據(jù)的全面采集提供了有力的平臺(tái)支持。

數(shù)據(jù)終端位于系統(tǒng)的中樞層，是數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心，具有豐富的外部接口，運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。除承擔(dān)PLC交互和部分?jǐn)?shù)據(jù)采集功能以外，該設(shè)備一方面作為分布式網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)存在，承擔(dān)所有分布式模塊的通信維護(hù)和數(shù)據(jù)路由工作；另一方面負(fù)責(zé)底層數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，完成數(shù)據(jù)初步整合并交由交互終端處理。

融合層的交互終端位于駕駛艙（或操作員就近區(qū)域），采用八核64 位處理器并擁有數(shù)個(gè)協(xié)處理器，具有極強(qiáng)的圖形處理和推理計(jì)算能力。交互終端內(nèi)置圖像處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、空間幾何、專(zhuān)家系統(tǒng)等基礎(chǔ)算法模塊，負(fù)責(zé)各類(lèi)數(shù)據(jù)的接入、融合并產(chǎn)生實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)果和實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 架橋機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及監(jiān)控方法研究

架橋機(jī)按照類(lèi)型可分為節(jié)段拼裝架橋機(jī)、公路T 梁架橋機(jī)和鐵路架橋機(jī)，按照結(jié)構(gòu)部位分為起重天車(chē)、支腿和主梁，按照驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本文按照結(jié)構(gòu)部位分別對(duì)不同類(lèi)型、驅(qū)動(dòng)方式的架橋機(jī)監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)行研究，確定最佳的監(jiān)控方式。

2.1 起重天車(chē)安全監(jiān)控研究

不同類(lèi)型架橋機(jī)的起重天車(chē)結(jié)構(gòu)形式基本一致，因此，其監(jiān)控項(xiàng)目和監(jiān)控方式也基本相同。經(jīng)調(diào)研，天車(chē)的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括超載、超限（超速）、制動(dòng)器失效、溜鉤和亂繩，對(duì)于超載和超限（超速），通過(guò)加裝起重量傳感器和行程編碼器，進(jìn)行采集和預(yù)警。對(duì)于天車(chē)起升高度，通過(guò)在卷?yè)P(yáng)機(jī)減速機(jī)軸旁接絕對(duì)值編碼器采集，檢測(cè)當(dāng)前卷?yè)P(yáng)機(jī)的滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，然后通過(guò)滾軸的半徑等確定的參數(shù)計(jì)算出當(dāng)前的起升高度、起升速度、起升方向，實(shí)現(xiàn)超速報(bào)警，超限報(bào)警。對(duì)于天車(chē)行程，通常采用齒輪+編碼器以及計(jì)程輪+編碼器的方案，前者僅適用于齒輪齒條嚙合傳動(dòng)的場(chǎng)景，使用較少，后者因安裝方便，使用較為廣泛，通過(guò)編碼器能夠精確地知道當(dāng)前天車(chē)的位置，控制天車(chē)的位置、行駛的距離和行駛速度。然而，當(dāng)天車(chē)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后由于輪子打滑、軌道不平整等原因，使得編碼器測(cè)量的行程不準(zhǔn)確。為解決上述問(wèn)題，提出采用行程開(kāi)關(guān)和激光雷達(dá)融合的方式對(duì)天車(chē)行程進(jìn)行校準(zhǔn)，將激光雷達(dá)安裝在天車(chē)橫梁上（見(jiàn)圖3），在軌道末端安裝反射板，當(dāng)天車(chē)距離軌道末端距離在20 m 以內(nèi)時(shí)，激光雷達(dá)占據(jù)主導(dǎo)地位，以激光雷達(dá)采集的數(shù)值作為天車(chē)行程；當(dāng)激光雷達(dá)和編碼器測(cè)量的結(jié)果偏差大于50 cm 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行預(yù)警，提醒工作人員此時(shí)編碼器行程可能不準(zhǔn)，需要對(duì)編碼器進(jìn)行檢查及標(biāo)定，通過(guò)固定位置的行程開(kāi)關(guān)對(duì)編碼器行程進(jìn)行標(biāo)定，保證天車(chē)在架橋機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的工作時(shí)候能保持正確的行程。

圖3 激光雷達(dá)Fig.3 LIDAR

除上述常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，制動(dòng)器失效、溜鉤和卷?yè)P(yáng)機(jī)亂繩也是需要關(guān)注的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.1 制動(dòng)器失效檢測(cè)

制動(dòng)器是起升機(jī)構(gòu)必備的安全裝置，制動(dòng)性能的好壞有可能會(huì)直接威脅到設(shè)備的安全，現(xiàn)有技術(shù)手段，制動(dòng)性能可以通過(guò)制動(dòng)器開(kāi)閉狀態(tài)、制動(dòng)距離、閘瓦磨損量3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估［9］。

（1）制動(dòng)器開(kāi)閉狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過(guò)在制動(dòng)器上加裝行程開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷制動(dòng)器是否正常打開(kāi)，屬于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制要求監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到制動(dòng)器失電信號(hào)，但是未檢測(cè)到制動(dòng)器開(kāi)啟狀態(tài)，說(shuō)明制動(dòng)器有可能出現(xiàn)故障。

（2）制動(dòng)距離監(jiān)測(cè)。制動(dòng)距離指的是系統(tǒng)檢測(cè)到制動(dòng)器失電信號(hào)到重物完全停止這段時(shí)間內(nèi)卷筒滾動(dòng)的距離，當(dāng)制動(dòng)距離大于極限制動(dòng)距離［9］時(shí)，說(shuō)明制動(dòng)器可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)，需要立刻停機(jī)進(jìn)行檢查。制動(dòng)距離可以通過(guò)檢測(cè)該段時(shí)間內(nèi)卷筒旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，結(jié)合卷?yè)P(yáng)幾何尺寸，將其轉(zhuǎn)化為制動(dòng)時(shí)的鋼絲繩下降的距離。當(dāng)制動(dòng)距離接近或超過(guò)極限制動(dòng)距離時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示制動(dòng)性能下降，制動(dòng)距離Dz計(jì)算式如下：

式中：H1為制動(dòng)器開(kāi)始閉合時(shí)的高度值；H2為起升達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的高度值，穩(wěn)定狀態(tài)是通過(guò)編碼器的物理特性來(lái)進(jìn)行判定的。

（3）閘瓦磨損量監(jiān)測(cè)。制動(dòng)器是通過(guò)襯墊與卷筒間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的，目前架橋機(jī)使用的制動(dòng)器包括塊式制動(dòng)器和鉗盤(pán)式制動(dòng)器。一旦制動(dòng)器襯墊發(fā)生嚴(yán)重磨損，可能導(dǎo)致制動(dòng)性能下降。對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器，在支架上安裝2 個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)制動(dòng)器開(kāi)閉狀態(tài)和閘瓦磨損。對(duì)于塊式制動(dòng)器，在制動(dòng)器蝶桿上安裝接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)閘瓦磨損狀態(tài)。

上述2 種方法主要通過(guò)兩邊閘片支架間距判斷閘片磨損情況，閘片支架間距是每側(cè)閘片的磨損間距和閘盤(pán)的每側(cè)磨損間距之和，但實(shí)際工況下，由于安裝手法不同，每一邊閘片磨損程度不同。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法在雙邊閘片磨損不同步時(shí)可能會(huì)失去預(yù)警作用，嚴(yán)重磨損的那側(cè)閘片更換不及時(shí)容易造成安全事故。

針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種全新的制動(dòng)器磨損檢測(cè)方法（見(jiàn)圖4），在靠近每個(gè)閘片的一側(cè)放置2根電極端頭（1.5 V），電極安裝的位置根據(jù)磨損要求可以調(diào)整。當(dāng)閘片磨損到一定程度時(shí)，2 個(gè)電極就會(huì)觸碰到金屬閘盤(pán)，由于制動(dòng)器的閘盤(pán)和閘片都是金屬的，可以導(dǎo)電，從而接通監(jiān)測(cè)預(yù)警電氣系統(tǒng)，觸發(fā)報(bào)警，提醒設(shè)備維保人員對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行安全檢查，確保卷?yè)P(yáng)機(jī)始終處于健康工作狀態(tài)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可擴(kuò)展性強(qiáng)，首次安裝后免調(diào)節(jié)，可以判斷具體每塊閘片是否磨損到需要更換的程度，并且電氣隔離可以接入上級(jí)控制系統(tǒng)。

圖4 制動(dòng)器檢測(cè)傳感器安裝Fig.4 Installation diagram of the brake detection sensor

2.1.2 溜鉤檢測(cè)

起重機(jī)溜鉤是操作過(guò)程中比較常見(jiàn)的問(wèn)題，可能會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的安全事故，應(yīng)該嚴(yán)格杜絕溜鉤的發(fā)生，最好做到提前預(yù)防。狹義的溜鉤是指天車(chē)起吊后制動(dòng)，吊物下降距離超出規(guī)定的制動(dòng)距離。但是這種定義忽略了兩種情況：①接收到制動(dòng)器關(guān)閉信號(hào)，但是一定時(shí)間內(nèi)還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；②制動(dòng)器閉合后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但是重物突然向下滑動(dòng)一段距離，再次到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于第1種情況，系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前高度與制動(dòng)器關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)的起升高度之間的差值Dl，當(dāng)Dl≥極限制動(dòng)距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行溜鉤預(yù)警；對(duì)于第2種情況，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算起升第2次到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的高度值與第1次到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的高度值之間的差值Dl，當(dāng)Dl≥設(shè)定的安全值時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行溜鉤預(yù)警。

2.1.3 亂繩檢測(cè)

亂繩通常發(fā)生在鋼絲繩回收過(guò)程中，由于盤(pán)繩器或其他原因，導(dǎo)致鋼絲在卷?yè)P(yáng)上排列錯(cuò)亂，亂繩如果不及時(shí)解決，會(huì)加劇鋼絲繩之間的磨損，甚至導(dǎo)致鋼絲繩報(bào)廢，增加運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用。傳統(tǒng)的安全監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)安裝在卷筒上方的攝像頭對(duì)鋼絲繩進(jìn)行攝像，由駕駛室司機(jī)人工觀察判斷是否發(fā)生亂繩。這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤。該系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控的方式獲取卷?yè)P(yáng)區(qū)域的圖像，通過(guò)傳統(tǒng)視覺(jué)算法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用預(yù)先訓(xùn)練的圖像識(shí)別算法識(shí)別鋼絲繩卷?yè)P(yáng)上的邊界區(qū)域，如果識(shí)別到鋼絲繩亂繩，則發(fā)出預(yù)警。此外，該系統(tǒng)還會(huì)實(shí)時(shí)地將鋼絲繩卷?yè)P(yáng)的視頻顯示在卷?yè)P(yáng)檢測(cè)終端上，操作人員也能實(shí)時(shí)觀察到卷?yè)P(yáng)的情況，在發(fā)生亂繩時(shí)停機(jī)處理，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

具體路線如圖5 所示。首先對(duì)卷?yè)P(yáng)區(qū)域進(jìn)行對(duì)象識(shí)別，準(zhǔn)備5 000 張卷?yè)P(yáng)區(qū)域照片作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行預(yù)處理，利用準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)對(duì)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行訓(xùn)練得到訓(xùn)練好的模型，用該模型可以識(shí)別到攝像頭中的鋼絲繩區(qū)域；然后對(duì)圖像進(jìn)行歸一化處理，因?yàn)椴煌?xiàng)目拍攝的角度不同，導(dǎo)致卷?yè)P(yáng)區(qū)域的方向也各不相同，需要進(jìn)行歸一化處理，對(duì)圖像進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)等操作將特征塊圖像歸一化為統(tǒng)一角度、統(tǒng)一像素（200×100）的圖像（見(jiàn)圖6）；最后采用方向梯度直方圖（HOG）特征子和支持向量機(jī)（SVM）分類(lèi)器來(lái)判斷鋼絲繩排列是否整齊。此時(shí)需要先提取HOG 特征并貼標(biāo)簽，排列整齊的定義為1，排列不整齊的定義為0；然后利用SVM 進(jìn)行訓(xùn)練；最后對(duì)輸入的圖片進(jìn)行HOG提取，用特征點(diǎn)進(jìn)行特征識(shí)別。

圖5 亂繩識(shí)別技術(shù)路線Fig.5 Technical route of identification of tangled rope

圖6 歸一化后的卷?yè)P(yáng)區(qū)域圖像Fig.6 Normalized image of the rope area

2.2 支腿安全監(jiān)控研究

支腿的主要安全風(fēng)險(xiǎn)是傾覆，當(dāng)然造成傾覆的原因很多，有可能是由2 個(gè)支腿高度不一致、支腿水平力過(guò)大、應(yīng)力過(guò)大等因素導(dǎo)致的。通過(guò)檢測(cè)支腿的水平傾角能夠判斷2 個(gè)支腿頂升的高度是否一致，避免架橋機(jī)整體不平整，檢測(cè)支腿的垂直度能夠判斷當(dāng)前架橋機(jī)的穩(wěn)定性，此方法適用于所有類(lèi)型架橋機(jī)。對(duì)于鐵路架橋機(jī)，由于前支腿是主要的受力單元，為防止傾覆，需要對(duì)前支腿的水平力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)安裝在斜桿上的銷(xiāo)軸傳感器進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于前支腿，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)尤其重要，可通過(guò)在支腿上安裝應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

2.3 主梁安全監(jiān)控研究

主梁的安全風(fēng)險(xiǎn)主要是傾覆，通過(guò)安裝在主梁上的雙軸傾角傳感器可以對(duì)主梁的傾斜狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，主梁的過(guò)孔行程也需要精確控制，對(duì)于鐵路架橋機(jī)，過(guò)孔通過(guò)后方的O 型支腿驅(qū)動(dòng)，其行程可以通過(guò)加裝計(jì)程輪和絕對(duì)值編碼器進(jìn)行采集。對(duì)于節(jié)段梁拼裝架橋機(jī)，通常采用液壓驅(qū)動(dòng)主梁前進(jìn)，通過(guò)內(nèi)置的拉線傳感器和壓力傳感器采集主梁行程，對(duì)于公路架橋機(jī)，通常采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主梁前進(jìn)，通過(guò)加裝齒輪和編碼器進(jìn)行行程采集。

3 工程應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)研制

依托深圳鹽港東立交橋項(xiàng)目，在一體化架橋機(jī)上部署了全新的架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，傳感器布置方案如圖7 所示。下面對(duì)系統(tǒng)研制情況進(jìn)行介紹。

圖7 架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)部署總覽Fig.7 Overview of the safety monitoring system of bridge construction machine

3.1.1 分布式模塊和數(shù)據(jù)交互終端

天車(chē)分布式模塊本身具有IP67 級(jí)防護(hù)，在安裝的時(shí)候考慮到原有的天車(chē)線纜布線的情況，將分布式模塊放置在天車(chē)的控制柜中，通過(guò)控制柜下方預(yù)留的走線孔進(jìn)行走線，部署位置如圖8 所示。監(jiān)控終端為64位八核處理器平臺(tái)，具有4G、GPS定位等功能，是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理的重要設(shè)備，該設(shè)備部署于主控柜附近，本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)裝對(duì)遠(yuǎn)程通信狀況進(jìn)行了測(cè)試，傳輸情況良好，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)至服務(wù)器端數(shù)據(jù)傳輸整體延時(shí)約為200～300 ms，具有極高的實(shí)時(shí)性，遠(yuǎn)高于行業(yè)水平。

圖8 天車(chē)分布式模塊放置位置Fig.8 Position of the distributed module of crown crane

3.1.2 PLC數(shù)據(jù)采集

架橋機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)均來(lái)自架橋機(jī)自身PLC，一體化架橋機(jī)采用了美國(guó)AB 公司研制的PLC，通過(guò)Ethernet/IP 協(xié)議與外界進(jìn)行通信，與PLC 的交互聯(lián)通性測(cè)試是此次實(shí)裝測(cè)試最重要的任務(wù)之一，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試已完全實(shí)現(xiàn)了與PLC的交互，并通過(guò)主動(dòng)觸發(fā)限位器等手段對(duì)數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.2 應(yīng)用效果

在部署架橋機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)后，一體化架橋機(jī)共計(jì)架設(shè)節(jié)段梁233榀、過(guò)孔20次，在架橋機(jī)提梁、落梁、縱移過(guò)孔、整機(jī)橫移等過(guò)程中，安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)有效地反映監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、反饋預(yù)警，較好地為設(shè)備操作人員提供可視化監(jiān)控和安全預(yù)警，為項(xiàng)目管理人員提供制動(dòng)器健康檢測(cè)、遛鉤檢測(cè)等功能，起到積極引導(dǎo)作用，大大提高架橋機(jī)本質(zhì)安全狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)架橋機(jī)的全方位安全監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)架橋機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了全面分析，制定了不同類(lèi)型架橋機(jī)的監(jiān)控項(xiàng)目及監(jiān)控方法，增加了起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器失效檢測(cè)、溜鉤檢測(cè)、亂繩檢測(cè)等特色監(jiān)控功能，采用了分布式模塊和高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)，融合了視頻監(jiān)視和圖像分析算法，研發(fā)了一套適用于各類(lèi)架橋機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于鹽港東立交一體化架橋機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)架橋機(jī)的全方位安全監(jiān)控。

本研究將安全監(jiān)控項(xiàng)目的全面性、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、人機(jī)交互的友好性、系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了提升，并擴(kuò)展了安全監(jiān)控系統(tǒng)的適用性。這些技術(shù)性能的提升，將為特種設(shè)備的安全監(jiān)控提供更有效的技術(shù)支撐，因此本系統(tǒng)的研究具有重要的實(shí)用意義和推廣價(jià)值。