淺談水電工程施工設備防撞安全管理系統

張輝

摘 要：在水電工程施工中許多施工環節需要借助設備來進行施工，并且在施工過程中其存在的交互性使設備之間極易發生碰撞問題，為了保證施工設備的安全性，避免因碰撞問題造成施工設備功能出現問題，以下結合水電工程中所需要應用的施工設備來分析如何建立相應的安全管理系統。對于安全管理系統所具備的功能本文將進行全面的分析，并提出了其在設備防撞中所起到的作用及特點，結合多種技術提出了防撞安全管理系統建立的方法，以期使其可以在水電工程中得到更好的應用。

關鍵詞：水電工程；設備防撞；安全管理系統

現代工業科技的發展使水電工程的施工現代化、專業化、機械化的水平都得到了極大的提高，這也使工程施工效率、工期都得到了良好的保障。同時現今水電工程施工現場中的施工操作也越來越密集，其設備使用、施工線路等存在著一定的施工交叉情況，這種空間交互情況會使設備出現碰撞問題，嚴重時還會造成安全事故，使施工人員的人身安全受到威脅，施工工期也受到了延誤。以下根據水電施工中所需要應用的設備提出了一套符合其施工要求的安全管理系統。

一、水利工程施工設備防碰撞安全管理系統的總體介紹

1、系統的組成

防撞安全管理系統包括：施工設備位置檢測系統、運算處理系統信息交換系統和人機界面。各施工設備的位置檢測：包括混凝土供料線塔柱、桁架，門塔機大車位置、小車位置、回轉臂位置及外形形態，纜機的吊鉤位置等。每一臺門機和塔機上安裝兩個高精度的GPS定位儀和兩個光電編碼器，用于檢測門機和塔機的位置和工作狀態，混凝土供料線的每一個立柱上安裝一個高精度的GPS定位儀，用于檢測混凝土供料線的位置，纜機吊鉤位置檢測由纜機本身的檢測系統檢測，纜機本身具備該功能。防撞系統服務器是整個系統的控制核心，安裝在纜機司機室內，各防撞設備的位置檢測數據通過無線以太網傳送到防撞系統服務器。

2、工作原理

安全管理系統的建立主要是以計算機為基礎，通過系統程序指令來對施工設備進行控制，并依靠信息技術進行智能化的高效處理。其主要是將水電工程施工現場進行全方位的模擬，建立相應的三維模型，在此模型中可以對施工現場設備等進行全方位的動態顯示，通過三維坐標點的確定使施工設備狀態可以進行實時反映。在施工設備作業的過程中安全管理系統會對其各項參數進行計算并分析其運行狀態，在設備可能發生碰撞問題時及時做出預警提示，以此來避免碰撞事故的發生。根據安全管理系統的特點，其預警模式分為兩種，第一種是在施工設備出現施工交互或是施工干涉時進行隔段預警提示，另一種則是在設備可能出現碰撞事故時由系統發出連續的預警提示，并作出設備停運的指令。

二、運算處理系統防撞系統的控制系統

每一臺防撞施工設備上的控制單元的核心是PLC，門塔機和混凝土供料線采用西門子S7-1200系列PLC，纜機采用西門子S7-300系列PLC，PLC通過無線以太網與服務器連接，可以進行實時的數據交換。

纜機防撞控制單元。纜機控制單元安裝在纜機主塔電氣房內，以一套S7-300系列PLC為核心，該PLC與纜機原有的PLC進行通訊，獲取纜機的位置和各機構的運行狀態數據，并把收集到的數據處理成服務器所需要的數據，通過無線以太網傳送到服務器。接收服務器輸出的防碰撞報警和停機信號，并轉發給纜機PLC系統，實現纜機的防碰撞功能。

混凝土供料線防撞控制單元。混凝土供料線防撞控制單元安裝在混凝土供料線的立柱上，以一套S7-1200系列PLC為核心，PLC連接安裝在每一個混凝土供料線立柱上的GPS裝置，用GPS數據定位混凝土供料線的位置以及混凝土供料線的高度。將GPS數據處理成服務器所需要的數據，通過無線以太網傳送到服務器。因為混凝土供料線位置相對固定，所以它是屬于被動防撞的設備，不需要從服務器接收報警和停機信號等控制信號。

門機和塔機防撞控制單元。門機和塔機的防撞控制單元安裝在門、塔機司機室內，以一套S7-1200系列PLC為核心，PLC連接編碼器和GPS。編碼器和GPS都是用來對門機或塔機進行定位和檢測其運行狀態的，運行狀態包括起升高度、小車位置和回轉角度。在塔頂和臂架頭部各安裝一個GPS，用于檢測塔機或門機的位置和臂架的回轉角度。編碼器安裝在小車卷筒和起升卷筒上，用于測量小車的運行位置和起升的高度。PLC把接收到的GPS和編碼器數據處理成服務器所需要的數據，通過無線以太網傳送給服務器。PLC通過無線以太網接收服務器的防撞報警信號和停機信號，并接收服務器發送的其他防撞設備的位置信號，以動畫的形式把所有防撞設備的位置和狀態顯示在人機界面上。

三、信息交換系統與人機界面

防撞系統采用了多種通訊方式進行信息交換，各防撞設備與服務器之間采用無線以太網通訊，PLC與編碼器之間采用Profibus-DP通訊，PLC與GPS之間采用串行通訊，PLC與觸摸屏之間采用串行通訊。在每臺門機和塔機上安裝了一臺觸摸屏，觸摸屏以動畫的形式顯示每臺防撞設備的位置和工作狀態，纜機的防撞動畫顯示在纜機司機室的工控機顯示屏上，為了方便司機監控，纜機防撞系統動畫效果圖顯示在原有的纜機運行界面中。

四、遠程管理與后續管理

防撞系統會接入互聯網，在有授權的情況下，互聯網接入的任何電腦上都可以打開防撞系統的運行界面，并且可以調用服務器中存儲的信息。設備管理人員通過使用該功能就可以在遠程及時掌握現場設備的運行情況，進行相應的指揮和協調工作，提高設備的工作效率。如果施工期內后續還有施工設備需要并入防撞安全管理系統，需解決本施工設備工作時的位置形狀檢測（由GPS檢測），并安裝交換機和無線通訊模塊，與防撞安全管理服務器建立通訊就可以在硬件上實現防撞功能。在軟件上，防撞安全管理服務器還必須增加新增施工設備與原有設備的碰撞解析程序，并把計算結果發送給原有設備；同時，在原有設備上增加或修改與新增施工設備的防撞運行程序；另外，在新增設備上修改運行程序，使其具有與其他設備的防撞功能。通過上述方法，可以在后期把需要進行防撞安全管理的施工設備并入此安全管理系統，達到整個施工區域設備的安全運行管理。

結語：以上介紹的防撞安全管理系統是通過高精度GPS、三維模擬技術、PLC控制、信息技術、計算機技術結合而成的一種智能化控制系統，其利用模型對設備運行狀態進行實時監測及反映，并且其具有的智能化分析的特點可以對設備情況進行預測，從而在發生碰撞問題之前就可以進行事先預警，發出相應的信號。由于安全管理系統需要應用大量的程序數據，因此在實際中必須要保證其現場數據的準確性，這樣才可以提高設備管理的效率。

參考文獻：

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