针对起重事故频发的现状，采用微电子技术开发了具有监控起重机超载、超高、主梁扰度超限、制动器功能失效、斜拉歪吊和大车运行机构不同步的监控系统，并对相关工作原理进行了分析。现场安装使用表明，该系统可以实现起重机的安全保护和实时监控的功能。

作为工程施工所采用的主流特种设备，桥式、门式起重机在生产作用中一直占据核心地位，虽然桥式、门式起重机的使用大大提升了施工效率，缩短了施工工期，但操作人员不规范操作以及工况复杂所引起的工作失误造成了大量重大施工事故，在没有研制起重机安全监控管理系统之前，行业普遍缺乏有效的监控措施，导致风险无预警、无溯源。不仅使施工方无法及时处理安全隐患，而且无法使安全人员追分溯源查验设备。据此桥式、门式起重机安全监控管理系统应用而生。

该监控装置基于 ARM7 嵌入式微控制器开发术研制而成，主要包括采集数据、处理数据、显示工况和故障警报、停机制动五部分。

1）采集数据。依靠数据传感器和数据采集卡实现对起重机的吊装重量、主梁扰度、制动性能、吊绳的偏角、起吊高度和大车行走同步性能这 6 种对起重机的安全运行有重大影响的参数进行监测。

2）处理数据。采用 PLC 控制系统和单片机对传感器和数据采集卡收集到的数据进行处理。

3）显示工况和故障警报。工况通过液晶屏显示，故障警报则借助声光报警装置将电信号换成声光信息。

4）停机制动。断路控制器在出现违章作业或者发生超载时立即切断对应的回路。

5）数据存储。一般利用无线网络将数据传输到远程服务器，基于经济投入的考虑，选择将数据保存在 USB 移动存储设备。

1）起升高度监测单元。在卷筒支座上安装起升高度控制装置，通过此装置对起重机的吊钩进行实时监控并将高度信息传输到显示器。一旦吊钩达到限定的高度时，该装置将轨迹信息传输到数据处理中心，立即断开起升回路停止起重机在垂直方向的动作。数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，并在显示器上显示起升故障。

2）起重监测单元。在卷筒支座上安装起重控制装置，通过此装置实时监控起重机的监控重量。一旦起重的重量超过额定起重的 95%，立即控制报警器发出起重重量已达到额定荷载的 95%；一旦起重重量超过额定起重的 105%，该装置将起重信息传输到数据处理中心，立即断开起升回路停止起重机的起升动作。数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，并在显示器上显示起重故障。

3）显示器。显示器安装在操控室内，实时显示起重机大车、小车、主起升、副起升和制动器的详细信息，司机可以通过查看显示器了解起重机各个单元的实时信息。

4）斜拉歪吊单元。通过在卷筒下的钢丝绳上端安装此装置，监测起重机吊钩倾斜的角度。一旦倾斜的角度超过限定值时，该装置将起重信息传输到数据处理中心，立即断开起升回路停止起重机的相应方向的移动。数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，并在显示器上显示斜拉歪吊故障。

5）制动器监测单元。该装置安装在制动器内，可以对起升制动器的制动性能进行实时监测。一旦制动器出现异常下滑时（例如制动距离超过限定值），该装置将起重信息传输到数据处理中心，数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，并在显示器上显示制动故障，提示工作人员进行检修。

6）扰度监测单元。安装在起重机主梁的侧面。通过此装置对起重机的大梁扰度值进行实时监测，一旦大梁的扰度值超过设定值时，该装置将大梁扰度信息传输到数据处理中心，数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，并在显示器上显示大梁处于危险状态。

7）采样单元。该装置安装在大车的运行机构上，监测实时大跨度门式起重机行走部的同步性。一旦起重机的行走部出现不同步时，该装置首先停止行走部的运行，并将行走部信息传输到数据处理中心，数据处理中心一边将数据进行记录保存，一边控制报警器发出警报，从而避免重大事故。

该系统采用的是安全性极高基于 μC/OS-Ⅱ的RTOS 操作系统。该系统将应用分解为多个任务执行，可以降低系统软件的设计，同时为控制系统的实时性提供保障。多任务的设计能保证系统的稳定性和可靠性。应用层的软件选用 C 语言编程。嵌入式的应用系统在对任务进行划分的时候，可以根据需求进行不同的任务划分方案。本系统的首要要求是监控的“实时性”，即保证在最坏的情况下所有的指令都能立即执行。因此在进行任务划分时，根据不同任务的计算量的多少来选择合理的任务数，这样就能尽可能地降低不同任务间的同步通 信要求，使监控系统更加合理。

某工厂配有 32/5 t 桥式起重机。表 1 所示为该起重机的相关参数。将起重机监控系统的各个单元在对应位置安装完成后，接通监控系统的电源，将上述相关参数录入系统。在空载情况下控制主起升升至最高高度，然后在参数设置窗口校对主起升高度。采用同样的方法 校对副起升高度。控制起重机吊起一个重量已知的物件，在参数设置界面设置主起升的倍率使显示器上显示的重量与重物重量一致，并将拱度等参数录入系统，完成初始参数的设置。

在应用监控系统的一个月的时间内，该系统多次发出制动器异常的警报，而且在吊运重量较小的货物时不发出警报，只在起吊质量较大的货物时才发出警报，具体表现为重物在停止时，下滑高度过大。经检修人员检查发现是制动器的闸皮磨损严重并且制动器的制动力矩过小。因此，增大制动器的制动力矩并更换闸皮，经过检修后没有出现了下滑异常的故障。经过现场应用，发现此监控系统具有如下特点：系统功耗低、安装简单、操作便捷、数据查询快捷；基于嵌入式的微控技术，可以进行系统自查；监测单元之间采用 CAN 总线连接，稳定可靠；所有的传输信号采用光电隔离，可以抵抗电磁干扰。

基于以上对门式、桥式起重机安全监控管理系统技术研发与制造落地的分析，可知桥式、门式起重机安全监控管理系统可有效预警，提醒施工人员及时处理安全问题、并使施工数据管理更加高效可靠，保证施工的正常进行。