物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管中的應(yīng)用

引言

起重機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于冶金、交通、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口等工業(yè)生產(chǎn)的特種設(shè)備。目前，起重機(jī)不僅使用數(shù)量在不斷擴(kuò)大，同時(shí)也正在向大型化、高速化、自動(dòng)化和多功能復(fù)雜化方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)外每年都因起重設(shè)備、起重作業(yè)造成大量的財(cái)產(chǎn)損失以及人身傷害事故。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨之而來(lái)的起重機(jī)事故也越來(lái)越多，在全部產(chǎn)業(yè)部門的事故中，起重機(jī)械傷害事故約占總數(shù)的20%左右。我國(guó)隨著起重機(jī)械使用數(shù)量的增多，起重機(jī)械傷害事故占全部工業(yè)企業(yè)傷亡事故的比例也呈逐年上升的趨勢(shì)，近年已經(jīng)達(dá)到15%左右。

為此，國(guó)家出臺(tái)了一系列有關(guān)起重機(jī)安全管理的法律、法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)文件，其中都要求加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行的日常維護(hù)和監(jiān)控,確保設(shè)備安全運(yùn)行。在國(guó)家質(zhì)檢總局的《“十二五”特種設(shè)備安全與節(jié)能發(fā)展規(guī)劃》的第一大類“信息化工程”中明確提到：“在電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂(lè)設(shè)施、移動(dòng)式特種設(shè)備等領(lǐng)域，鼓勵(lì)和支持生產(chǎn)、使用、維保單位對(duì)設(shè)備實(shí)施基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷和監(jiān)控”。在國(guó)質(zhì)檢特聯(lián)[2011]137號(hào)文（即《大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案》）中明確規(guī)定：“2012年，對(duì)大型起重機(jī)械,所有生產(chǎn)和使用單位要在本單位內(nèi)對(duì)應(yīng)每個(gè)品種（至少一臺(tái)大型起重機(jī)械）要安裝一套安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，以鞏固和推廣前期試點(diǎn)成果。2013年，要逐步在所有新制造的大型起重機(jī)械中全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。全面推進(jìn)、取得實(shí)效。從2014年開(kāi)始，在所有在用的大型起重機(jī)械上全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。2015年底，尚未安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的大型起重機(jī)械，將不準(zhǔn)使用?！?

由此可見(jiàn)，對(duì)起重機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管已經(jīng)越來(lái)越受到重視。目前，動(dòng)態(tài)監(jiān)管在制度上已經(jīng)得到保證，而在技術(shù)層面上，為了實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，則必須依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)手段。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的最初概念是在1999年提出的，其被視為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用擴(kuò)展。2005年，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上,國(guó)際電信聯(lián)盟正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。把物聯(lián)網(wǎng)定義為：通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外線感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，以方便識(shí)別、管理和控制。

物聯(lián)網(wǎng)包括RFID、傳感網(wǎng)、M2M和兩化融合四大關(guān)鍵領(lǐng)域。其中，RFID是指射頻識(shí)別技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。傳感網(wǎng)是指一種隨機(jī)分布的、集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。M2M是將數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話。從廣義上講，M2M可代表機(jī)器對(duì)機(jī)器、人對(duì)機(jī)器、機(jī)器對(duì)人、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器之間的連接與通信，它涵蓋了所有實(shí)現(xiàn)在人、機(jī)器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段。兩化融合是指電子信息技術(shù)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，信息化成為工業(yè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的常規(guī)手段。信息化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程不再相互獨(dú)立進(jìn)行，不再是單方的帶動(dòng)和促進(jìn)關(guān)系，而是兩者在技術(shù)、產(chǎn)品、管理等各個(gè)層面相互交融，彼此不可分割，而這將催生工業(yè)電子、工業(yè)軟件、工業(yè)信息服務(wù)業(yè)等新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

從技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，其主要功能是識(shí)別物體和采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，主要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)特性主要體現(xiàn)在其應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，目前，綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)行業(yè)均有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嘗試，某些行業(yè)已經(jīng)積累了一些成功的案例。

2起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管

起重機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管是指在起重機(jī)整個(gè)運(yùn)行壽命周期中，為準(zhǔn)確掌握起重機(jī)的使用狀態(tài)，由各級(jí)安全監(jiān)察部門和監(jiān)督檢驗(yàn)單位通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)察和強(qiáng)制檢驗(yàn)，采用現(xiàn)代化科技手段和管理手段，依法對(duì)特種設(shè)備安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理的全過(guò)程。這一過(guò)程中主要應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段包括RFID技術(shù)、GIS技術(shù)、傳感器技術(shù)、M2M技術(shù)以及智能處理技術(shù)等。動(dòng)態(tài)監(jiān)管技術(shù)在起重機(jī)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。

2.1運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

對(duì)于起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)量的監(jiān)控主要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)和GIS技術(shù)等，監(jiān)控的起重機(jī)主要運(yùn)行狀態(tài)量包括起重量、起重力矩、起升高度、大小車運(yùn)行位置以及各種安全保護(hù)裝置工作情況等。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T28264-2012《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中規(guī)定了起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)成、性能要求、試驗(yàn)方法和系統(tǒng)的檢驗(yàn)等。該系統(tǒng)作為起重機(jī)電控系統(tǒng)的一種功能要求，大部分狀態(tài)量的獲取都需要依靠傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

上海交通大學(xué)對(duì)塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程虛擬監(jiān)控建模與運(yùn)行進(jìn)行了可視化研究，其利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，基于DirectX技術(shù)構(gòu)架虛擬化場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)三維、高度逼真、實(shí)時(shí)交互的監(jiān)控系統(tǒng)。太原科技大學(xué)研發(fā)了一種多臺(tái)塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于WEB實(shí)現(xiàn)多臺(tái)塔式起重機(jī)的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過(guò)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)塔式起重機(jī)網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)監(jiān)控，然后通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)、信源壓縮編碼、信源編碼技術(shù)的應(yīng)用，可有效實(shí)現(xiàn)多臺(tái)塔式起重機(jī)的集中管理。西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)的橋門式起重機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，是一種基于AT89C5131的智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄起重機(jī)的作業(yè)參數(shù)，對(duì)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的位置和鋼絲繩傾擺角進(jìn)行監(jiān)控。浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院研制了一種橋門式起重機(jī)智能控制及GPRS監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可記錄起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)具有設(shè)置檢查項(xiàng)功能、黑匣子功能和GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能。

2.2金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控

金屬結(jié)構(gòu)作為起重機(jī)工作時(shí)的承載結(jié)構(gòu)，其受力狀態(tài)和損傷程度關(guān)系著整機(jī)的使用安全。對(duì)于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)控，主要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了傳統(tǒng)壓電傳感器、光纖光柵傳感器以及聲發(fā)射等無(wú)損檢測(cè)方法。

中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種大型起重機(jī)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括光纖傳感子系統(tǒng)、解調(diào)子系統(tǒng)、健康監(jiān)測(cè)診斷與管理子系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可以可靠、安全、方便地對(duì)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)在各種環(huán)境下的起重機(jī)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。天津港進(jìn)行了基于虛擬儀器技術(shù)的岸橋應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以Labview軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行的一種岸橋金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)岸橋鋼結(jié)構(gòu)重點(diǎn)部位應(yīng)力應(yīng)變信號(hào)的高速同步采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析等功能。

2.3人機(jī)互認(rèn)管理系統(tǒng)

起重機(jī)的人機(jī)互認(rèn)管理系統(tǒng)主要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID技術(shù)和傳感器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的智能識(shí)別，可從技術(shù)上保證操作人員與起重機(jī)的一一^對(duì)應(yīng)關(guān)系。

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)人機(jī)互認(rèn)監(jiān)控系統(tǒng)，利用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來(lái)對(duì)起重機(jī)作業(yè)人員實(shí)施身份識(shí)別，并根據(jù)人員身份對(duì)起重機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的正常作業(yè)、檢修運(yùn)行的監(jiān)控管理。管理員、點(diǎn)檢員和操作工進(jìn)入起重機(jī)后，首先要通過(guò)RFID身份識(shí)別裝置進(jìn)行身份權(quán)限識(shí)別，不同的身份權(quán)限可以進(jìn)行不同的起重機(jī)操作，在起重機(jī)作業(yè)人員通過(guò)身份識(shí)別后才可開(kāi)啟起重機(jī)，實(shí)現(xiàn)正常的起重機(jī)作業(yè)。當(dāng)管理人員登陸鎖定起重機(jī)后，其他人員均不可再登陸，直到管理人員解除鎖定。管理人員可以授予不同作業(yè)人員的起重機(jī)操作權(quán)限。上海智大電子有限公司研制了一種基于AVR單片機(jī)的起重機(jī)操作檢測(cè)裝置，其利用AVR單片機(jī)ATmega16為處理器進(jìn)行起重機(jī)操作的規(guī)范監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)起重機(jī)的操作規(guī)范，并記錄違規(guī)操作的類型和發(fā)生的時(shí)間。

2.4故障識(shí)別診斷技術(shù)

對(duì)起重機(jī)的故障識(shí)別診斷，首先需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的傳感器技術(shù)獲得起重機(jī)的狀態(tài)量，再依靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能技術(shù)對(duì)獲取的狀態(tài)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)期識(shí)別與診斷。

Sparrows集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“MIPEG起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)”不僅能監(jiān)測(cè)和記錄起重機(jī)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出警告，同時(shí)還具有3D限制回轉(zhuǎn)操作顯示器。韓軍等人利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)診斷橋式起重機(jī)軸承故障，其根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)診斷技術(shù)，并利用信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，從而建立了一種故障診斷系統(tǒng)并進(jìn)行試驗(yàn)。

3結(jié)語(yǔ)

目前，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管主要集中應(yīng)用在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控、人機(jī)互認(rèn)管理以及故障識(shí)別診斷等四個(gè)方面，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含的內(nèi)容十分廣泛，并在不斷的發(fā)展之中。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展,今后可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行更加完善的起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控：

云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)的使用。云計(jì)算和云存儲(chǔ)是一種通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)方式提供的動(dòng)態(tài)可伸縮虛擬化資源的計(jì)算和存儲(chǔ)模式。通過(guò)該模式在起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用，可以節(jié)省起重機(jī)的本地資源，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)起重機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換和對(duì)比，防止本地?cái)?shù)據(jù)丟失，保證動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的安全和長(zhǎng)期性。

多網(wǎng)融合技術(shù)的使用。目前，起重機(jī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控多使用ZigBee等低速短距離無(wú)線傳輸方式，而包括電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)在內(nèi)的相互滲透和兼容的多網(wǎng)融合技術(shù)，則可形成統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的互相結(jié)合，將使動(dòng)態(tài)監(jiān)控更加快捷和便利。

人工智能的使用。人工智能是使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為，主要包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的原理來(lái)制造類似于人腦智能的計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。在起重機(jī)動(dòng)態(tài)故障診斷中，采用人工智能,可以使故障預(yù)判行為更加合理和科學(xué)。

20211014_616847fc6af0c__物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)管中的應(yīng)用