摘 要: 提出造船门式起重机安全监控管理系统的解决办法，指出确保造船门式起重机安全可靠运行所必须要监控的参数。充分利用造船门式起重机本身已具有的传感装置及仪器仪表，对其运行状态及故障信息进行监控，并对采集的各类信息进行集成处理及存储、传输，从而确保造船门式起重机的运行状况得到有效监控，安全状况得到有效管理。

伴随着社会的发展，经济的繁荣，港口装卸设备正向着自动化、高速化、大型化以及重型化方向发展，以有效提高港口装卸作业的效率。

为了保障安全生产，降低安全事故发生率，对大型起重机械的安全监控管理势在必行。

国家安全监管总局、国家质检总局也于 2011 年开始要求逐步实现在大型起重机械上加装安全监控管理系统，特别要求针对造船门式起重机先行试点，并明确了到2014 年对造船门式起重机实行强制加装安全监控管理系统。

1 系统功能要求

为了实现对造船门式起重机运行状况的有效监控及安全状况的有效管理，安全监控管理系统的功能必须达到以下要求:

( 1) 应能监测直接关系到起重机使用状况，可能导致安全事故的起重机运行的参数，包括起重量、起升高度、各小车运行行程、大车运行偏斜、风速、同一或不同轨道运行机构安全距离、操作指令、工作时间及累计工作时间、工作循环及累计工作循环。

( 2) 应能监控易导致安全事故的工作机构及装置的工作状态，包括起升机构制动器状态、抗风防滑装置状态、联锁保护( 包括门限位及各机构之间的运行联锁) 状态、供电电缆卷筒状态。

( 3) 应具有对起重机运行状态及故障信息进行实时记录及历史追溯的功能。

( 4) 应具有对起重机运行状态及故障信息即时进行远距离传输的功能。

( 5) 应具有对起重机运行状态进行判断，对可能发生的危险进行预警及止停的功能。

2 系统模型

造船门式起重机安全监控管理系统模型见图1。

图 1 造船门式起重机安全监控管理系统结构模型

在该系统模型的各信息采集单元中，起重量、起升高度、各小车运行行程、大车运行偏差、风速、运行机构安全距离这几个单元采集的是模拟量，均可以借助造船门式起重机现有的仪器仪表上的传感器来采集。如起重量可以通过起重量限制器中的压力传感器来获取，起升高度可以通过卷筒上的角位移传感器来获取，各小车运行行程、大车运行偏斜、运行机构安全距离都可以通过各运行机构上的位移传感器来获取，风速可以通过风速报警器来获取。

获取的这些模拟信号通过 A/D 转换以后输入信息处理单元。

操作指令、工作时间、工作循环这 3 个采集单元是直接采集数字信号，其中操作指令可以从起重机操纵系统中读取，工作时间和工作循环可以利用系统本身进行计数获取。

起升制动器状态、抗风防滑装置状态、联锁保护装置状态、供电电缆卷筒状态这几个采集单元需要采集的只是一些表征状态的开关量，可以通过装置本身设置的触碰开关或者加装触碰开关得到。

这样，在不改变起重机本身操控系统及基本不增加外设的情况下，就能获取需要的所有信息，把这些信息输入信息处理单元，就能得到一组反映起重机运行安全状况的数据。

利用这些数据通过信息显示单元就可以把起重机的运行状况用图表或者动画的方式直观地反馈给操纵者。把这些数据与一些事先设置好的门槛值对比，根据对比结果通过控制输出单元给操纵系统信号，警示或者强制停止一些可能导致危险的操作。

信息存储单元则可以把这些数据完整的保存，保证通过该单元所存储的信息能对起重机之前的运行状况进行追溯。该单元存储的数据随时可以通过信号导出接口导出，而且在存储单元容量接近限值时，能提醒管理人员进行导出。

为了实现对整个造船厂的起重机实行集中监控管理及方便监管部门需要介入监管时可以随时介入，系统还设置了远程传输单元。通过该单元，可以把数据实时地传输给远程监控中心，实现一个重点设备的监控网络。

3 重要应力测量

为了确保造船门式起重机的运行安全，有必要测量并且监控造船门式起重机各个重要部位的关键应力。当作用在一个平面上的力与此平面成切向时，一个剪切应力会生成出来。比如，某转轴用于连接工作机械以及驱动机械，当转轴受某力矩作用时会产生一个剪切方向的应力见图 2。根据理论力学的相关知识，转轴内最大应变应当与轴向的夹角成 45°，并且此应力会令轴的外部由正方形逐渐形成平行四边形。基于以上分析，转轴上的应变片应该分布在与转轴轴线的夹角成 45°的方位。在这种方式下，电桥中对角线上的电压大小只与转轴上的作用力导致电阻 MD的变化有关，可完全排除温度参数的影响。

图 2 关键部位产生的剪切应力测量

测量转轴上产生的转矩时，粘贴在轴上的应变片会跟随转轴一同运动，因此这些应变片应该连接在部件上静态安装的设备上面。理论上，完成此连接方式采用 4 个滑环即可。对于载频电桥而言，若给电桥施加交流电压，那么在此电桥对角线方向同样会产生交流电压。这样借助一种特殊的变压器，采取耦合方式可以把供电的电压进行非接触式输入，同时亦可以非接触式输出测试的信号。

4 结语

       本文所介绍的安全监控管理系统是实现对造船门式起重机这类重点大型设备网络化监控管理的一个基本模型。由于该模型充分利用了现阶段造船门式起重机上普遍配备了的设备装置，达到了预期的安全监控目标，使得该系统模型极具经济性和可操作性，易于在现役造船门式起重机上大面积推广。但是，由于该系统是通过对运行状态的监控来回避安全风险的，并未直接监控起重机结构本身的状况，使得本系统缺乏对可能出现的危险因素的前瞻性。为了弥补这一缺点，后续的研究应该考虑加入直接监控起重机钢结构状态和焊缝状态的单元，重点是要找到一个合适的能够在起重机复杂的工作条件下稳定、长期采集钢结构状态和焊缝状态的传感装置。