摘要：安全监控系统对保障架桥机运行安全、监控架桥机运行状态和事故事后分析具有重要作用和意义，为了降低架桥机使用安全风险，设计了一套能反映架桥机实时状态，并提供安全预警功能的本机与远程端安全监控系统。介绍了架桥机安全监控的参数，对本机安全监控系统的硬件组成、传感器选型、软件显示界面进行了设计，对远程安全监控系统的功能、系统架构和选型进行了详细论述。设计实现了架桥机监测数据的采集、运行状态实时监控和故障安全预警，实现了架桥机远程数据传输、存储和云平台监控，实现了架桥机关键部位和作业情况的视频监控和记录。研制成功的架桥机安全监控系统经过了现场的测试和使用，验证了系统的功能和实用性，有效提升了架梁作业安全。

　　关键词：架桥机；安全监控；远程监控；云平台

　　0引言

　　架桥机是国家规范管理的重大危险源，根据国家市场监督管理总局最新发布的《起重机械型式试验规则》(TSG Q7002-2019)中指出：7类12种起重机械必须安装安全监控管理系统，其中架桥机在强制要求范围内。如何有效保证架桥机作业安全、预防事故发生是架桥机安全监控系统设计重点。

　　近年来，针对架桥机安全监控系统的研究逐渐成为研究热点。如梁霖浩[1]研究的架桥机主梁安全监测系统，实现主梁应力和挠度变形的监测；卞永明[2]等设计了基于CAN总线的架桥机安全监控系统，实现了架桥机实时监控；郑晓雯[3]等利用433 MHz无线通讯构建了一种架桥机无线传输的安全监控系统。本文以千吨级分体式架桥机为研究对象，建立一套满足国标、性能优异的架桥机安全监控系统，并且借助目前日益发展的物联网技术，实现架桥机的远程端监控，为架桥机施工作业中的安全监管提供基础数据。

　　1总体方案设计

　　千吨级分体式架桥机[4]由主梁、前支腿、后支腿、辅助支腿、起升机构、前小车、后小车等组成，如图1所示。根据功能需求，架桥机安全监控系统应包含以下3个部分。

　　(1)架桥机安全监控终端。通过安装各类监控仪表、传感器等采集得到架桥机动态信息，实现工作过程全程监控[5]；通过PLC控制器对各机构重要的运行参数和状态进行记录和管理；通过人机界面(触摸屏)显示设备实时状态及故障报警提示。

　　(2)架桥机远程监控系统。利用物联网、云平台技术，将安全监控终端上传的状态信息进行解码并存储，对采集数据进行实时分析，实现远程监控及故障预警。

　　(3)架桥机视频监控系统。通过在架桥机关键部位装设摄像头，作业人员可实时监控架桥机关键部位和施工工况，同时通过4G/5G网络实现移动端远程视频监控。

　　2安全监控终端设计

　　2.1监控内容选定

　　根据国标《GB28264-2017起重机械安全监控管理系统》，架桥机监控系统应包含架桥机过孔、架梁等各种工作状态参数。结合国标要求及现场需要，拟定了以下监控内容：

　　(1)所有操作输入、输出点，所有限位点监控；

　　(2)小车的位置和运行速度，吊钩的起升高度和运行速度，前支腿位置和运行速度，后支腿速度；

　　(3)变频器运行状态监控，采集变频器控制输入、故障、输出电流、电机转速、输出扭矩、输入和输出电压、用电统计等参数；

　　(4)所有接触器状态、热继电器状态；

　　(5)液压系统操作和电磁阀动作；

　　(6)重量传感器数据、实时风速、支腿/主梁倾斜角度；

　　(7)设备故障和报警信息、以及出现和消除的时间记录。

　　2.2系统架构

　　架桥机电气控制系统和安全监控系统一般采用可编程控制器(PLC)+工业人机界面(HMI)的模式[6]。千吨级架桥机安全监控系统终端采用西门子S7-200 SMART PLC作为控制中心，配合昆仑通态触摸屏做人机界面显示报警。通过PLC实现信息采集、运算处理、控制输出等功能，通过触摸屏实现状态显示、存储、报警预警等。

　　2.3传感器选型

　　千吨级架桥机主体结构庞大、运行机构多、布线距离长、线缆多且复杂，受布线方式的制约很难做到强弱电分离。另外，对信号传输稳定性、抗干扰性也提出了较高要求。在选择传感器时，要充分考虑安装位置、距离、监控系统上位机接口等因素。

　　架桥机所使用传感器有旋转编码器、接近传感器、光电传感器、压力传感器、倾角传感器、重量传感器、风速传感、限位开关等。按传感器信号输出类型可分为开关量、模拟量和数字量。

　　设计中安全监控系统所使用的S7-200 SMART CPU具有RS485和Profibnet通信接口，优先考虑这两种信号类型的传感器。但要注意PLC接口的通信距离，一般超过50 m要加装中继或路由器进行延长。

　　2.4终端软件功能

　　架桥机安全监控终端需实现功能[7]：对架桥机运行数据进行实时显示、存储、查询；故障时立即发出报警信号，并能按预设的处理方式停止相应机构动作。架桥机安全监控终端软件显示界面至少应有工作状态页面、历史记录页面、报警查询页面、参数设置页面、数据导出页面等，如图2所示。

　　3架桥机远程监控系统

　　架桥机远程监控系统[8]需建立在物联网技术基础上，对设备进行远程预警和在线监管，提高设备智能化程度、降低作业安全风险，还可及时诊断设备故障。架桥机远程监控系统需要实现如下功能[9]：(1)采集数据实时回传，如地理位置信息、设备运行状况信息等及时回传云平台[10]，并将数据存储；(2)远程监控分析，为用户提供非正常状态信息，为设备维修保养提供依据；(3)对设备运行数据进行处理，根据已设定规则进行报警。

　　远程监控系统主要有设备端、服务器端和客户端组成。设备端包括安全监控终端，如PLC、HMI和仪表等；还包括物联网关，如各种IOT无线通讯模块。服务器端(即监控云平台)分为公有云服务器或自建私有云服务器。客户端为PC客户端/WEB客户端、手机App等。通过互联网(以太网、4G、5G等)，把架桥机数据传输到远端云数据中心，实现远程数据监控、设备诊断、故障报警等功能，其系统架构[11-12]如图3所示。

　　设计中选取了施耐德机器顾问云平台及物联网关作为千吨级架桥机的远程监控的软件和硬件。在软件设计方面，通过Web组态将物联网关上传的架桥机数据灵活地在远程监控窗口显示，并提供数据分析和报警等。

　　4架桥机视频监控系统

　　架桥机视频监控主要是为了辅助驾驶室操作人员及时了解重点位置情况，为操作提供参考，同时还可以记录现场作业情况，给发生意外或事故提供原因分析资料。架桥机视频监控应实现功能：(1)监控过孔、喂梁、吊梁状态，小车及支腿运行状态以及卷扬机构运行状态(钢丝绳排绳)；(2)用户在插入4G流量卡后通过萤石云，可实现远程PC电脑实时查询监控，视频回放功能；(3)可实现手机App远程实时查询设备状态，视频画面抽取查询等功能。

　　千吨级架桥机共配置10个摄像头来监控重点区域的运行情况，相关画面可以在司机室大屏监视器查看，也可以通过手机、电脑远程查看。

　　5应用效果分析

　　千吨级架桥机安全监控系统实现了架桥机本机和远程端的运行状态监控和故障报警，有效保障了架桥施工作业安全。该系统已在设备上进行了相关的测试和试验验证，功能满足设计要求，远程数据和视频传输稳定可靠。如图4~5所示。

　　6结束语

　　千吨级分体式架桥机安全监控系统实现了架桥机各作业工况下的运行状态采集和实时监控预警，通过物联网技术将架桥机关键参数、工作状态以及故障信息接入远程监控平台，实现了远程访问和远程故障预警等。架桥机本机和远程安全监控系统有效提高了设备自动化程度，帮助现场操作人员和设备管理单位及时掌握设备状态，降低了故障安全风险。

　　参考文献：

　　[1]梁霖浩.架桥机主梁安全监测系统研究[J].机电工程技术,2019,48(11):109-111.

　　[2]卞永明,孙舒婷,陈玮湛,等.基于CAN总线的架桥机安全监控系统设计[J].机电一体化,2014(12):65-68.

　　[3]郑晓雯,张红松.基于无线通信的架桥机安全监控系统[J].建设机械技术与管理,2019(9):68-70.

　　[4]温鹏,张光明.千吨级分体式架桥机设计研究及应用[J].机电工程技术,2022,51(1):171-173.

　　[5]朱士杰.安全监控技术在大型起重机上的应用[J].山东工业技术,2017(17):251.

　　[6]王善樵,文豪.起重机安全保护技术[M].北京:中国铁道出版社,2009.

　　[7]方铭杰,赵娜.大型起重机安全监控系统开发管理及工程应用[J].市场周刊,2018(4):71.

　　[8]王一铖.基于物联网的起重机实时监控系统的开发[D].南京:东南大学,2016.

　　[9]徐扬.物联网技术在起重机监控系统中的应用研究[D].南京:南京邮电大学,2012.

　　[10]刘海涛.物联网技术应用[M].北京:机械工业出版社,2011.

　　[11]伍迎节.基于ZigBee无线传感网的起重机安全监控系统设计[D].南昌:华东交通大学,2014.

　　[12]林芳.NB-IoT物联网覆盖增强技术及在远程抄表系统中的应用[J].电子世界,2017(14):124-126.