流動式起重機可視化遠程監控管理系統的開發與應用

張明榮

(中國十九冶成都設備租賃分公司, 四川成都 610300)

流動式起重機可視化遠程監控管理系統的開發與應用

張明榮

(中國十九冶成都設備租賃分公司, 四川成都 610300)

流動式起重機具有轉場方便，集中管理難，安全風險大的特點，文章從流動式起重機運行安全角度出發，基于互聯網+物聯網技術，針對流動式起重機工況及吊裝要求開發可視化遠程監控系統軟件，重點研究遠程監控管理系統整體結構，詳細介紹了監控平臺、數據處理平臺、傳輸平臺、終端監管平臺配置與應用等，該系統數據采集精度高，傳輸速率及時準確，可滿足流動式起重機實時監管的要求，大數據、云計算的數字化平臺的應用，解決了遠程監控安全預警、維修保養提醒、抑制不安全操作等問題，對流動式起重機的安全運行、管理和事故分析有重要的指導意義。

流動式起重機； 實時遠程安全監控管理； 可視化； 物聯網； 云計算

2009年以來，隨著我國制造業飛速發展，大批量履帶式、汽車式起重機(下文統稱流動式起重機)替代固定式工業塔機服務于工業安裝領域，據質檢總局統計，截至2015年底，全國特種設備總量達1100萬臺(圖1)，其中：起重機械210.44萬臺，占比總量的19 %[1]。

圖1 2015年特種設備數量分布比例

隨著起重機械特別是流動式起重機數量的高速增長，由于從業人員的能力、素質參差不齊以及超載、違章、強令作業所導致的事故、糾紛不斷，僅因使用方面的原因所引發的事故約占事故總數的70 %[2]。事故發生的因素復雜，涉及面廣、隨機性大，單靠制度較難控制。因此對流動式起重機的安全管理提出了更高的要求。

從2011年開始，國家質檢總局出臺了一系列有關起重機安全管理的法規和加強對起重機運行的監控標準，強制要求對大型起重機械安裝安全監控管理系統[3]。

在流動式起重機管理中引入實時遠程安全監控可視化管理系統，實現各生產廠家監控參數和標準在軟件中的統一，使系統能適應所有的流動式起重機，能有效解決流動式起重機作業點多面廣、違章作業監管不能到位、使用方與出租方安全責任難以劃分等安全管理難題，從而實現設備管理的高效低成本。

1 實時遠程安全監控管理系統特點

本系統基于GPRS無線通訊和采用WEB動態網站開發技術，加載GPS信號、音視頻信號、作業端的力矩限制器安全控制數據及故障檢測信號，增加了與現行管理相關的燃油消耗、作業動作監測、操作人員現場到位“認證識別”等傳感器，參考生產廠家早期開發監控系統做了差異性改進，達到不同廠家、不同型號、不同通信協議的統一，能更好地實現實時遠程監控效果，并便于行業內的應用推廣。

(1) 通過互聯公網的實時在線預警，抑制超載作業。

工程層層轉包下的車輛使用方，在起重機作業時普遍存在以下隱患：使用方缺乏經驗的指揮人員違章指揮、為節省成本，車輛選用“以小代大”、吊裝方案不完善引發的安全風險；使用方以好處費作為交易引發的超載冒險作業；從業人員素質、技能、經驗因素引發的操作風險等，通過實時在線預警，可以有效控制上述隱患的發生。

(2) 通過故障數據采集，及時發現設備故障，防范機械事故，節約點多面廣“巡檢”成本。

(3) 通過記錄動作數據和發動機工況數據，確定車輛的作業狀況及實際作業時間，實現人員合理配置與調度。

“24小時待命”是目前設備租賃合同常態化約定的彈性作業時間，其實際作業時間長短關系到司機人數的配備、司機計件工資的考核、每天作業時間的核定等，決定著車輛租賃合同執行的實際成本，合理的人員調度在管理實踐中尤為顯得重要。

(4) 通過流量傳感器記錄燃油實時消耗，杜絕管理漏洞。

(5) 預防設備脫保，縮短備件采購周期，遠程在線指導修理，排除簡單故障得以實現。

(6) 實現非作業時間無人監管車輛的輔助監控。

(7) 明確出險責任的認定。

(8) 營造偏僻地點施工環境下與操作人員溝通的人性化氛圍。

通過音視頻的加載，解決了管理人員與各個司機的實時互動，溝通交流更人性化，減輕異地施工員工的孤獨感；

(9) 報表統計及時準確。

2 關鍵技術

2.1 數據處理、存儲技術

本系統采用現場數據存儲(≥72 h)+數據上傳服務器平臺并采用冗余備份方式，對音視頻數據不請求情況下不上傳，采用“即查即傳”方式，當需要指定時段的視頻數據時，再指令到現場存儲硬盤上提取相應的視頻，對GPRS信號要求低(E信號即可)，流量消耗少(≤500 M/月，僅數據信號)。采用互聯網方式提供動態、可伸縮、虛擬化資源的云計算、云存儲技術，可以節省車輛本地存儲和額外架設數據處理的硬件資源，防止數據丟失，保證動態監控數據的安全性和長期性。

2.2 不同廠商力矩限制器通信協議的取得

相較民建塔機、橋式起重機、門式起重機而言，對單一工況加裝(更換)傳感器進行技改，容易實現有限工況的簡單監控功能。而流動式起重機有1 600余種的工況不同組合[4]，對每個工況的安全控制，有車載終端的力矩限制器獨立管理，有較高的技術含量。由于制造廠商間的技術壁壘，限制了明文的“通信協議”，很難截獲車輛所在工況的諸如實際載荷與工況數據，阻礙了監控后臺“數據轉發中心”軟件的開發。因此，迄今為止，全球尚無一家軟件開發商能對全球所有品牌的流動式起重機的通信協議有全面的掌握。

力矩限制器是起重機最重要的安全保護裝置之一，目前國內外起重機生產廠家所標配的力矩限制器，大多向力矩限制器廠家采購，或與其合作開發的方法定制，能夠反映車輛的即時工況和提供超載保護措施，具有出色保護能力和強大工況排列組合功能， 但不具備數據存儲能力，不能實現設備運行狀況的歷史數據查詢，出險后就無法對設備運行狀態及責任進行認定。

不同廠商力矩限制器通信協議的取得至少有以下四種方法：通過與廠商合作開發的模式由其主動提供通信協議；對不愿提供的廠商采取“協議截獲分析”方法獲取；對廠家不再生產的力限器且更換成本較高的，采用現場信號采集后，以分流方法解析獲取；對早期生產淘汰的，采用更換最新力限器方式解決。從而實現移動式起重設備通信協議和故障信息的還原分析，有助于實現軟件的數據獲取標準化。

3 流動式起重機監控平臺的搭建

流動式起重機可視化遠程監控管理系統由四個部分構成(圖2)，分別是：設備端監控平臺、起重機數據處理系統——簡稱數據處理平臺、起重機數據傳輸系統——簡稱傳輸平臺、以及客戶端(終端)監管平臺。各系統平臺之間，用互聯網的延伸——物聯網(Internet Of Things, IOT)技術，將人與物、物與物相聯，實現對車輛實時監控。

圖2 流動式起重機遠程監控物聯網結構

(1) 端監控平臺主要由GPS定位系統、各類傳感器、控制器、數據轉換器以及射頻識別系統(Radio Frequency Identification, RFID ) 利用ZigBee無線模塊使用智能化的近距離識別功能，把操作人員現場到位的認證與其他監控數據捆綁一起，實現運行參數的短時間小容量儲存，方便有限時段檢索查閱；

(2) 傳輸平臺將采集到的實時數據壓縮加密后，通過移動通信的GPRS上公網發送到數據處理的服務器平臺進行客戶端的請求預處理；

(3) 數據處理(服務器)平臺利用企業共享服務器對客戶端請求車輛運行參數，通過云端計算并反饋到客戶端，實現對大數據的長期儲存；

(4) 末端監管平臺是管理數據請求端和結果反饋的結果端，通過與服務器平臺聯網進行數據的轉發請求，對起重機運行參數實時監控管理，并對運行狀態進行異常進行監控，對違章操作進行預警或報警。實現租賃方、用戶管理方、生產廠家、以至質檢審驗部門等的網上監控，并對起重機運行狀況進行維護統計監管，為出險后的責任調查認證提供依據[5]。

4 監控平臺的軟、硬件構成

除起重機力矩限制器本身自帶的相關傳感器外，要做到實時遠程監控功能，需要另行增加與日常管理功能相對應的其他傳感器，如操作人員射頻識別認證系統、燃油消耗流量傳感器、吊裝作業動作識別傳感器、GPS模塊等前端硬件。

監控平臺的軟硬件構成，還包括應答指令請求的數據轉發中心軟件、WEB網站、以及服務器平臺系統等(表1)。

5 服務器平臺配置、WEB界面及主要功能設計

5.1 服務器平臺配置

系統根據安裝車載監控終端的數量，階段性地配置服務器平臺，并具有擴展升級預留空間，在試驗階段可承擔≥100臺車載終端的數據采集，同時支持不少于100人的同時上網瀏覽和業務處理(圖3)。中心服務器配置：

(1)CPU頻率2.4GHz，四核CPU核心，IBM System x3500 M4(7383IN2)提供2個4 GB內存，24個內存插槽，最大內存容量768 GB，標配硬盤容量300 GB，最大支持8塊2.5英寸硬盤。

(2)線路：10M帶寬寬帶線路。

(3)固定IP地址，有授權域名支持。

(4)配置負載均衡交換機。

將多臺服務器通過負載均衡交換機進行連接，可以實現所有服務器的負載均衡，間接提高關聯服務器的整體性能；

表1 監控平臺的軟硬件構成

圖3 服務器平臺構

自動停運故障服務器并立即啟用完好服務器，保證所有服務的可用性；服務器的在線(不停機)升級得以保障，提高服務的可維護、可擴展性。

5.2 系統軟件的基本配置

(1)服務器操作系統：Windows 2010 Server 企業版。

(2)數據庫管理系統：Microsoft SQL Server 2008。

(3)WEB服務器：JAVA TOMCAT 5.0 以上。

(4)電子地圖數據：百度地圖或高德地圖。

5.3 WEB網站主要功能及數據采集標準[6]

系統設計所采集的監控參數及精度均高于現行國標，更貼近最終用戶所需的管控數據，主要功能頁面見圖4～圖6。

圖4 查詢監控WEB首頁

圖5 汽車起重機監控WEB首頁

圖6 報警功能WEB頁面

5.3.1 查詢、監控功能

(1)運行狀態：可實時顯示車輛的力矩限制器屏顯數據，各傳感器開關輸入輸出狀態和模擬量值(電池電壓、轉速、水溫、機油壓力溫度、泵壓力、燃油液位、車輛傾角等)，并提供模擬量的歷史趨勢圖。

(2)定位服務：可以提供指定車輛的地圖實時位置信息、經緯度、速度、方向、城鎮距離方位等。也可指定時段車輛在地圖上的運行軌跡。

(3)實時影像：根據需求隨時向網絡硬盤錄像機NVR(Network Video Recorder提取指定時段存儲的影像資料。

(4)故障報警提示：系統設置報警界面，可以顯示當前設備報警信息，包括由車控CPU板發出的故障碼信息、GPS、GPRS信號異常、車輛傾角過大、車用電池開路、車輛越界運行等報警。

5.3.2 統計功能

通過數據篩選可以完成車輛在請求時段的指定任務的工作統計。

(1)24小時開關機圖；

(2)移動、行走情況統計；

(3)每天燃油消耗量圖；

(4)每天重負荷時間圖；

(5)作業平臺(上車)每天的工作時間、起重次數統計圖；

(6)每天重、中負荷時間比例圖。

5.3.3 維修保養提醒及記錄

通過起重機出廠時對主要零部件運行保養時間規定的設定，起到維修保養提醒及預警的目的，提高起重機的完好率，使其處于良好的工作狀態。

保養記錄主要內容：車輛編號、保養項目名稱、保養日期、實時部門和保養人。

維修記錄主要內容：車輛編號、維修項目名稱、維修零部件、供貨商、維修日期、維修保用日、維修費用、維修部門和維修人。

通過對車輛維保的詳盡記錄，做到配件產品可追溯、修理處置有反饋，經過一定時段的數據統計，對易損易耗配件的儲備有依據。通過信息化手段形成車輛完整終身檔案。

6 結束語

本系統采用了物聯網中的三項關鍵技術，即傳感器技術、RFID標簽、嵌入式系統技術，通過本系統對吊車的工作狀況、作業內容進行實時監控，對超載作業進行實時預警等，實現了對流動式起重機的智能化、管理的精細化要求，抑制安全事故的發生。通過資產管理方、租賃經營方、使用方以及質檢部門多系統聯網互動，提高了對流動式起重機的互管、監管能力，具有較高的應用價值及社會效益。

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局. 質檢總局關于2015年全國特種設備安全狀況情況的通報[EB/OL]. [2016-04-05].http://www.aqsiq.gov.cn/xxgk-13386/ywxx/tzsb/201604/t20160405-463840.htm.

[2] 傅玲燕, 姜偉, 周見行.基于Web和GPRS技術的塔式起重機遠程監控系統[J].機電工程, 2011(7).

[3] 國質檢特聯【2011】137號 國家質量監督檢驗檢疫總局、國家安全生產監督管理總局聯合發的文件[S].

[4] 張耀華, 朱曉錦, 李松.起重設備實時工況采集系統[J].儀表技術, 2013(7).

[5] 門智峰， 范亞輝， 許智.基于物聯網的流動性起重機遠程監控系統[J]. 起重機械, 2016(2).

[6] GB/T 28264 — 2012 起重機械 安全監控管理系統[S].

TU731.3

A

[定稿日期]2017-05-23

市政公用行業安全生產大檢查方案(三)

(三)城鎮園林綠化安全檢查內容。

1.城市公園管理機構檢查內容。

(1)公園日常安全管理制度建設情況。重點檢查公園管理機構建立完善安全管理相關規章制度情況；制定游樂設施突發故障、動物逃逸、動物傷人、重大動物疫情等突發事件的應急預案、定期組織模擬演練情況；落實日常巡查、隱患排查、人員培訓等安全管理措施情況；監督管理公園經營場所、作業活動的承租單位、承包單位安全運營情況。

(2)公園(動物園)設施設備的運營維護情況。重點檢查公園管理機構對游覽、防護、游樂、通信等設施設備的日常隱患排查、維修維護管理情況；公園(動物園)游覽警示標志和引導標牌的建設情況；動物園和設動物展區的公園對展覽動物、防護設施的監控管理情況。

(3)重大節慶活動期間安全保障能力建設情況。檢查公園按照突發事件應急預案采取應急措施能力情況；安保力量和應急搶險隊伍備勤及物資裝備保障情況等；加強值班工作，落實值班和領導帶班制度情況。

(4)公園防災避險功能發揮情況。重點檢查承擔防災避險功能的公園按照《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》(國發[2013]36號)合理設置防災避險設施，確保出現災情時及時開放、功能完好等情況。

摘自中華人民共和國住房和城鄉建設部網站