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浅谈龙门吊安全监控管理系统在大型门式起重机上的应用—郑州恺德尔科技起重机安全监控系统

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2021-10-06 08:20:00

起重机械是港口装卸作业的重要设备种类之一,其起重能力从十几吨已经发展到数百吨,并且有继续向大型化和自动化的方向发展趋势。由大型起重机械导致的各类安全事故时有发生,给企业和社会造成巨大的损失。因此,提高大型起重机安全管理手段,采取积极有效技术改造措施,预防事故发生减少经济损失已迫在眉睫。根据“关于公布《安装安全监控管理系统的大型起重机械目录》和做好 2015 年大型起重机械安全监控管理系统推广应用与试点工作的通知”(质检办特联[2015]192 号)的要求:对 100t 及以上通用门式起重机、60t及以上门座起重机(含船厂门座起重机、港口门座起重机、电站门座起重机)、315t 米及以上普通塔式起重机、1,000t 米及以上电站塔式起重机、200t 及以上履带起重机和所有缆索起重机等超大型起重设备,自本文印发之日起,新制造和安装的上述产品,依据《GB/T  28264-2017 起重机械安全监控管理系统》标准全部安装安全监控管理系统。要落实国家对大型起重机械安全生产的相关要求,必须对起重机的使用过程进行有效监管,把故障和隐患做到杜微慎防,才能切实控制起重机械运行过程中的危险因素和安全事故。

现有额定起重量 600t 超大型门座起重机一台,其不但具有起重量大的特点,而且其作业范围大,机构多,构成复杂,主要用于特大型结构件海运装卸作业,日常使用频次较普通门座起重机低但其对吊装过程的安全性要求非常高,因此安装安全监控管理系统是非常必要和有益的,我港历时数年,逐步完善安全监控管理系统,对安全生产起到了良好的作用,本文以此应用为例,对安全监控管理系统的设计和应用进行探讨。

二、系统设计

根据现行国标《GB/T 28264-2017 起重机械安全监控管理系统》要求,门座起重机安全监控管理系统由硬件和软件组成。结构模式上由信息采集单元、信息处理单元、控制输出单元、信息存储单元、信息显示单元、信息输出接口单元等,系统结构模式图如图一。

      

     本系统对起重机工作状态进行 24h 实时监控,涵盖司机操作时涉及安全的所有重点信息。主要包括姿态信息(大车行程、回转角度、吊钩幅度、起升行程和起重力矩)、操作危险报警控制(超载超高超幅超速保护、起升机构制动器开闭、防风防滑、门限位、机构联锁、大车防撞、卷缆保护等)、运行操作记录(电机启停、高压操作、主令操作等)、作业环境及关键场景记录(轨道、吊钩吊点、作业场所)。可以对以上信息进行储存和分析,通过对数据的分析,可排查判断故障、预估配件使用寿命、优化设备巡检方案等,为起重机的安全运行提供数据支撑。

三、系统架构

系统功能采用组态结构,由多个模块子系统构成,包括主监控系统、参数监控子系统、状态监控子系统、视频监控子系统等。各子系统既能独立运行,也能互联互通,提高系统的稳定性和统一性。

1.主监控系统

主控系统安装在电气室,包括电控柜、通讯网桥、PLC、触控显示器、报警器、UPS、温控器、外接传感器等,主监控系统为整个安全监控管理系统的一级监控层。 电控柜按照电气设计和接线要求,将电源、通讯网桥、PLC、温控系统、保护电气和其他辅助设备组装在柜中。电控柜通过串口服务器、网关、PLC 等,将各子系统、主系统与各种外接信号用以太网通讯、RS232 通讯、RS485 通讯等方式联合到一起。PLC 作为主系统的信息处理中心,将所有采集的信息进行解析、分析、运算、缓存、控制和处理,并对子系统输出声光报警等控制信号。 触控显示器安装在电控柜的面板上,可简洁明了的查看整个安全监控系统的运行状态,并实现查看、配置参数、管理系统等各种操作功能。监控界面显示的内容和布局,遵循简洁直观实用的原则,符合起重机司机和电气人员的操作需求设计。监控数据可长期保存,数据超容后自动循环覆盖保存。

2.参数监控子系统

超大型门座起重机有起升、回转、变幅、行走四大机构,但其起升机构有主钩、副钩、索具钩三个独立机构,电气控制和机械结构比较复杂。安全监控管理系统设计要求需要监测的状态点和参数点较多,电气控制系统已经有的监控信号采集源,考虑到经济和安全的因素,直接在电气房内通过RS232 通讯与原电气控制系统的 PLC 通讯,获取原电气系统中已采集的相关数据,且仅从原电气系统 PLC 中读取数据进行显示,不参与原机程序控制,无安全和故障风险。 实时监控包括当前风速;主钩、副钩和索具钩的载荷、额载、载荷率、力矩控制;单个传感器重量数据;吊钩高度、幅度;大车在轨道上的行程和防撞距离和起重机回转角度等。操作指令包括主钩、副钩、索具钩、大车行走、大车变幅手令开关的操作状态和档位。运行统计功能包括开始工作时间、累计工作时间、工作循环。历史数据包括状态、参数和报警的记录保存功能,支持多种形式报警。

3.状态监控子系统

监控参数子系统信号获取来源,包括通过 PLC 直接获取各路信息采集源的信号、通过 RS485 信号从力矩限制器仪表和通过 RS232 从原电气系统获得的数据。 监控状态的内容,包括主副起升和索具钩各机构制动器的开闭、防爬器、门限位联锁保护、起升、变幅、旋转、行走四大机构的运行联锁、大车行走在轨道上与左右两侧的防碰、当前吊钩的使用工况、供电电缆卷筒的左右张紧限位、各吊钩起升超速以及上下限终点限位等。 门限位联锁保护在上机人员必过的三道门(登机门、回转门、机房门)加装感应开关,信号通过 PLC 处理后传给触控显示器显示。若门被打开则系统会同步显示打开门的情况并进行声光报警,提醒司机有人员登机。通过这个功能的增加,可以记录人员的登机离机时间,使司机及时掌握作业重的人员登机情况,降低人员意外事故风险,也可以作为统计管理的基础数据。

4.视频监控子系统

根据本门座起重机结构特点和工作时运行状态,视频监控系统可以解决操作者视野受限的问题,尤其可以方便地观察到船舱内部的情况,在门式起重机行走移动时,也可以实时观察轨道运行线附近的情况。视频监控子系统由以下五部分组成: 视频采集:视频采集摄像头分三处安装,一处是在象鼻梁头部安装一部自动稳定摄像系统,带有不锈钢防护罩,防护等级达到 IP65,满足远距离强震动等设备特性,起重机业时摄像始终保持竖直向下,自清洁与红外线补光,驾驶员通过屏幕可向下观看吊钩运动情况,弥补司机视线盲区,提高生产效率,降低安全隐患。二是在司机室顶部安装 2 台高清摄像头,实现超大广角监控,可监控岸边和船舱等作业区域情况。四个门腿位置各安装一个 200 万像素高清摄像头,对设备行走轨道进行实时监控,防止设备在行走作业时发生碰撞。图像最大影像分辨率 1,600×1,200,图像清晰细腻,并带有红外监控功能,可实现夜间无障碍监控。 视频存储管理:视频有存储系统采用软硬件一体化设计,融合了集群应用,负载均衡结构化存储技术,对外提供高性能高可靠不间断的视频、图像存储和业务访问的服务,配 8路网络硬盘录像机和 2T 硬盘,提供 VGA/HDMI 多种输入输出接口。支持录像拷贝,回放等功能,视频存储 7 天以上,超期视频能自动覆盖。 控制器系统:可控制整体监控系统,实现监控画面多路控制及切换,调控摄像头转向,画面变焦,雨刷调控等功能为一体,操作简单。 视频显示:采用工业监视器,可抗击震动、高温等恶劣环境,监视器加设稳定支撑装置,可实现全方位角度调整,安装在驾驶台侧方,方便作业司机随时观察作业情况。 信号传输:采用网络接收摄像机传输的数字视频码流,通过网络利用 TCP/IP 协议进行传输,中心滑环处采用无线网络对接,数据传输采用专用通讯电缆,有效防止设备信号干扰。

四、系统功能扩展

此次改造过程中,除满足《起重机械安全监控管理系》要求外,我们应用基于物联网云平台和可视化网络编程框架技术,进一步进行扩展,开发出云端系统可视化系统,使得系统界面快捷直观,数据安全可靠实时性高,且易拓展易维护。既可单机运行也可联网运行,具备多种网络构架方式,网络构架方式主要分三级,本地单机系统、终端服务器平台、云端和 app 应用程序。对应的系统方案有本地单机方案,本地单机—终端服务器—局域网浏览器方案,本地单机—终端服务器—广域网app 方案。实现联网功能后,可将实时状态数据、实时报警、历史查询等,与终端服务器安全监控管理平台实时数据通讯,所有实时数据、故障信息、业务、维护信息等,都可以直接通过终端服务器平台进行访问查询即远程监控。应用时可根据具体应用环境和项目需求及预算,选择最佳的组网方案。

五、结语

在顺应企业提高本质安全管理的背景下,起重机安全监管理控系统应用了集散控制系统和物联网信息管理等先进技术,通过监视、控制、管理等手段,实现安全保护、安全预警、实时监视、状态记录和历史追溯等功能。全面直观高效的监控起重机运行,提高了起重机运行的安全性、可控性和经济性。