桥式起重机是一种能在一定范围内垂直起升与水平移动物品的机械设备。它广泛应用于各大行业，如钢铁、化工、采矿等，是最普遍应用、应用范围最广的一种起重机械。根据统计数据报告，桥式起重机产量占起重运输机械总产量的45％以上，尤其是小吨位的桥式起重机产量更为惊人，占桥式起重机总产量的60％以上。这更加有力证明了桥式起重机在生产建设中的不可替代的作用。

随着全球经济与各大行业的蓬勃发展，针对起重机械的技术需求也不断提高，安全性、稳定性、高效率已成为它的主要发展目标。目前，起重机系统也正不断朝着自动化、网络化和智能化方向发剧21。由于起重机械是高空作业性质的工作，我们首要解决的目

标是安全性，起重机的一大研究重点则为安全、可靠运行【3】。目前，起重机事故发生频繁，主要原因为监管工作不足，当起重机系统存在问题时不能及时发现问题，解决问题，最终导致事故的发生。现代监控技术是集计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术为一体，也是对信息技术和监控技术的集成【41。它帮助我们快速了解设备的运转状况，指导操作人员作出正确的操作，降低设备故障率，有效提高生产效率，当存在问题时及时、实时报警提示维护者，也将存在的问题记录下来便于日后查询分析，这给维护带来了极大的便利。起重机安全监控系统的应用将起重机械的安全监管带入了新的时代，它

能起到有效监控与管理起重机，降低起重机事故的发生，为安全生产提高保障的作用。

同时，也为生产的有序、可靠进行、起重设备的合理维护带来益处。鉴于此，本文针对某钢铁行业的用户现场的实际需求，开发了起重机的安全监控管理系统。

     本文以钢铁行业桥式起重机为研究对象，其是炼钢车间吊运钢水的起重设备，要求司机操作准确、快捷并具备一定的故障判断能力，存在问题时维护人员故障排查时间短，系统自身的稳定性要高。本文以起重机安全性为核心，使起重机系统维护变得及时，避免起重机在故障状态下运行，提高起重机的工作效率，维护人员能够对起重机定期检修，检修的设备全面、具有目的性，检修效率得到提高，保证生产的正常性，当起重机存在问题时，现场维护工程师能够在最短时间内解决问题为目标，采用组态软件技术，实时监视并记录设备实际运行状况，存在故障时及时提醒维护人员存在的问题及解决方案，加强起重机系统的稳定性与可靠性，提高操作人员的安全性，并可追溯历史数据，为维护和定位问题提供了数据基础，提高维护效率。同时，也为起重机监控管理的功能扩展(如报警统计分析、设备点检管理等)、升级提供了数据基础与技术基础。

     本系统将西门子PLC作为起重机控制与数据采集设备，通过变频器、调压调速设备等驱动设备控制电机，进而控制桥式起重机，并采用大连美恒时代科技有限公司的组态软件MH．SCADA作为上位机软件开发平台，实现了上位机监控系统，完成了人机的数据交互。本文分析研究了桥式起重机(包括大车、主小车、主起升、副起升、Nd,车

等)的工作特点和现场实际需求，针对桥式起重机监控系统的监控特殊性，提出桥式起重机安全监控管理系统的总体架构设计。通过对现场起重机系统与用户需求的分析，确定起重机控制系统控制方案，并确定上位机监控系统的采集量以及网络方案。研究了STEP 7编程软件，完成了起重机PLC的程序设计。研究了基于MH．SCADA组态软件并开发了本地起重机监控(LCMS)系统和远程起重机监控(RCMS)系统。

1．2监控系统概况及国内外发展

     要达到安全运行的标准必须要求工业系统的稳定性、作业效率性、故障率要达到一定的标准，但仅仅依靠工作流程或规章制度很难达到此标准。若对现场设备进行24小时监视、管理、控制、维护，充分了解设备当前状态，有效实施预防性维护，保证设备无故障运行，使现场设备的可靠性达到此标准，使生产顺利进行，将具有重大的实际意义。因此，可编程控制器PLC的产生并在监控系统中的应用大大提高了控制设备的可靠性、维护性，有效降低了设备的故障率与维护时间，并使设备的抗环境能力得到加强。但随着技术的发展，设备种类的繁多，设备分布的广泛，仅仅应用PLC已无法满足实际需求。现场总线的发展与应用，使监控系统更加具有可靠性、高性能化、分散化等功能特点。系统规模的不断扩大与设备数量的不断增多，使维护人员数量也越来越多、越累越分散，数据库技术、网络技术、信息技术等开始应用于监控系统中【51，监控系统正朝着通用性、开放性、稳定性、智能型方向发展[6-7]。

    随着工艺过程的越来越复杂，管理水平的不断提高，现场需求的增加，监控系统的应用将会非常普遍，其发展方向将具有以下特点：

(1) 监控管理一体化

    由于处理器、嵌入式技术的发展，硬件设备模块化、智能化程度的不断提高，现场信号的处理和控制将会在控制系统中实现。而计算机软件技术的不断发展，新型组态开发平台的出现，使得监控系统不仅可以实现设备监控功能，也具备了强大的管理与分析功能，使监控系统与生产调度层、管理层的结合变得简单，设备层的各种汇总、分析数据可以方便地向上传送，在管理层可以方便、及时地看到现场的各种统计、分析数据，

    了解现场的实际设备运行情况，生产调度层和管理层的指令可方便地向下传送，使监控与管理形成一体化，提高管理、维护、升级改造等效率。

(2) 大型化及网络化

      一个监控系统监控的监控量可以是几十点，也可以是几十万点。监控的范围可以是一个设备，也可以是覆盖全球范围的所有设备。由于集中监控、集中管理的需求及计算机网络技术(如虚拟局域网、2G／3G)的不断发展，依赖计算机网络的监控系统已经很普遍。

(3) 多媒体技术

      多媒体技术的快速发展，视频监控等需求正在各个行业中不断攀升。更多丰富地、直观地、实时的现场信息提供给人们帮助人们了解信息、判断问题、分析问题。

(4) 全球化

    随着因特网覆盖范围的不断扩大与应用的越来越广泛，监控技术中普遍应用因特网技术。基于全球范围的远程监控中心或云中心建设，极大地提高了现场设备运行的稳定性，排查故障的效率性、同时也降低了出差成本。专家可以在全球任何位置能够轻松地监控全球范围内的所有现场，预测问题，排查故障，提供专家建议。

    起重机监控系统的国内外发展趋势

    目前起重机的应用广泛，但安全事故却在起重机械行业频发，加强安全性，提高效率就成为我们需要解决的一大研究重点。针对起重机而言，无事故、高效稳定运行是起重机系统最关键的工作。

安全运行是指起重机运行中大车、小车、起升等每一机构都不存在超速、冲顶、溜钩等现象，所有保护装置都时刻起作用，都能起到及时防止起重机事故发生的作用，并能无故障的稳定、可靠长时间运行，使起重机系统时刻处在受控状态中，并可以及时衡量、评估起重机系统，保证起重机能够准确、安全运行。监控系统是指通过采集与分析起重机的核心设备的关键技术指标，实时了解起重机的设备状态、工作状态。通过这些数据我们将原来摸不着、看不见的复杂控制系统转变为看得见、摸得着的，能够判断起重机状态的监控系统。我们能够通过它实现起重机的实时状态监控、实时数据记录、历史数据回查，设备寿命监控和权限管理、及时警报等功能，这将大大提升起重机安全性，加强对起重机的管理。

    多年前就已存在起重机监控系统，国外对于港口集装箱起重机已使用PLC控制、计算机软件和无线局域网络实现对港口的调度以及对起重机的监控，能够在港口内的任何地方都可以查看现场设备运行状况，进行操作及维护，保证系统的可靠、安全运行。国外起重机安全监控管理系统方面的发展已较为完善。如ABB、科尼等知名公司在

港口机械或其他起重机中有大量应用。从实时数据的采集、实时数据的记录、起升高度的检测、载荷的测量、减速机、联轴器等机械设备的检测等等。目前国内港口起重机中监控系统也较普遍应用，如中国的深圳盐田国际集装箱码头早已采用远程监控系统¨⋯，其它种类的门座起重机和岸桥起重机的运用场合也已采用监控系统，但只是实现部分数据的状态监控、实现了少量的报警功能以及历史数据的复现

功能，而且都只有单机版，只能在起重机上进行监控。单机版功能的全面性与网络版监控系统的扩展有待进一步提高。但监控系统的应用却大大加强了系统的安全性，减少了事故的发生。

     桥式起重机结构特点

     桥式起重机是人们的生产活动中必不可少的重要起重机械设备。桥式起重机在钢铁、化工、采矿、仓储、港口码头等行业得到广泛应用。桥式起重机的种类繁多，其中通用桥式起重机和门式起重机是应用最为广泛的，这两种类型起重机的机械结构类似，主要区别在于运行位置，通用桥式起重机在高空轨道上运行，而门式起重机是在地面轨道上运行。本文研究的对象是桥式起重机。动作间歇性与作业循环性是桥式起重机的工作特点。一个工作循环是指起升机构的载重量由无到则认定为本工作循环开始，当起升机构的载重量由有到无则认定为本工作。循环结束。在一个工作循环过程中，各个机构电机都将经历多次启动运行、稳定运行、制动运行等状态。

    桥式起重机监控基本要求

    开发任何系统都需要满足本行业标准及用户的需求，但总体上的需求大同小异，主要要求是保证系统稳定性、技术先进性、使用简便性、应用开放性、开发效率性、高性价比等。

(1)系统稳定性

    这是用户或使用人员最关注的技术点。这首先是由于工业现场中的环境非常恶劣，存在高粉尘、高温、高震动、盐雾等情况，很多在非工业现场或环境较好的工业现场运行稳定的设备或系统在相对恶劣的环境条件下常出现系统不稳定、故障率高、设备使用寿命缩短等现象，使维护成本与生产成本都大大提高；其次，计算机监控系统承担着重要角色，参与控制、存储大量现场数据，帮助使用者改善工艺，分析、判断问题等，经常出现故障或问题将大大降低生产效率，维护效率，甚至可能无法进行生产或维护。所以，确保不间断、稳定、可靠地运行成为计算机监控系统设计中最重要的问题。特别是庞大的、重要的控制系统。

(2)技术先进性

     计算机监控是一个技术深度较深的、复杂的技术领域，它将多方面知识融合在了一起如计算机技术、现场工艺知识、项目管理知识等。硬件设备智能化、模块化，软件功能开放性、控制算法的复杂性及工艺流程和策略优化等都体现了技术的先进性。计算机监控系统设计应该是保证稳定性的前提下采用满足现实需求的技术：

     先进的技术将带来更多的技术开放性，提高数据整合、分析能力，可以获得丰富的现场信息，并从这些信息中挖掘和提取更多有价值的信息，为决策提供帮助；

②计算机技术更新换代的频繁，降低了设备的使用生命周期，采用先进技术利用其扩展性与开放性，容易升级、扩展原有系统；

③计算机监控系统将产生高附加值，随着技术的不断发展，硬件的价值越来越低，而软件的价值越来越高，先进技术的采用可以实现更多用户需求的功能，提高系统的技术深度，优化工艺，提高效率与产量也为用户决策提供更多参考数据，带来更多增值。

(3)使用简便性

    这包括三方面的含义：

    ①操作上简便。操作人员无需具备专业知识，只要通过生活常识和简单学习就能快速、熟练使用。

②故障诊断上快捷方便。在对设备进行事前维护和事后维护时，都能够准确定位

问题或缩小问题范围，让维护人员在较短时间内解除故障。

③维护上方便。设计时考虑硬件设备的损坏情况，尽可能采用通用设备，便于设备替代，同时也考虑安装便捷性。

(4)应用开放性

    随着计算机监控系统的不断发展，设备与设备间、系统与系统间的互联互通已成为趋势。监控系统间的整合、监控系统与生产管理系统的融合越来越多，这就要求系统具有很好的开放性，能够灵活扩充、升级功能，适应与其他系统的融合。

(5)开发效率性

①当前市场竞争如此激烈，市场机会转瞬即失，能够以更短的时间开发出满足用户的需求产品，尤为重要；

②计算机技术高速发展，产品更新换代频繁，每款产品在市场上占主流地位时间很短，一旦有新产品价格马上呈下降趋势，时间成为了必须关注的因素；

③模块化、面向对象等技术的应用，提高代码等的复用性缩短设计周期。

(6)经济上合理

充分了解并分析用户的现实需求的基础上，结合当前技术现状及未来技术发展趋势，综合全面分析，兼顾成本与技术先进性最终得出最有性价比的合理技术方案。桥式起重机监控系统总体架构

桥式起重机监控系统结构图如图2．1所示。桥式起重机的总体架构由以下几个主要部分构成：

起重机维护站：安装于起重机电气室或司机室内，运行现场监控程序，实现本地监视与控制。

地面数据中心：通过无线网络采集起重机维护站数据实现远程监控，可以实时地对多台起重机进行监视与控制。数据采集和控制设备(如PLC)：控制并采集传感设备、驱动设备并将数据上传给现场监控计算机。传感设备：直接与被控对象相连，检测被控对象需要监控的信号并与采集设备相连将信息上传。通信网络：连接现场监控计算机、远程监控计算机，在工业控制系统中常采用基于

TCP／IP协议的工业以太网传输数据。

  驱动设备：驱动电机的控制设备(变频器等)，通过现场总线与数据采集设备相连。