安全監控系統在大型行車上的應用

陳祥興

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

冶金行車作為鋼鐵行業的重要載重及運輸設備，在日常生產中起著非常關鍵的作用，行車系統運轉的正常與否，直接影響了生產線的生產效率。大型冶金行車通常吊運的是液態金屬熔融，如果吊運過程發生傾翻、墜落，其后果是非常嚴重的，涉及周邊區域人員的生命財產安全。2015年之前的冶金行車基本無設置安全監控系統，在發生事故后，不能通過視頻、音頻等有效數據記錄還原當時情形，難以鑒別是設備引起，還是操作不當或是指揮失誤引起的事故。在生產過程中行車的操作、卷揚機構和行車系統的電氣設備信息同樣重要，前者是人為主觀因素，后者是客觀的電氣參數信息。這些信息有的是可視化的，如：操作人員對按鈕的按下抬起、行程開關推行和返回等，大車、小車實際運行軌跡、掛鉤位置、起吊時掛鉤情況等；有的是與設備狀態相關的，如：各機構電機的速度和扭矩、卷揚載重、制動器張力、齒輪箱溫度、接觸器使用次數等；有的是與操作相關的電氣信息，如：各機構電機的啟動和設定速度、起吊的開始與停止等。這些可視化的信息和數據信息對設備預檢修、維護分析、故障診斷是非常重要的信息支持，同時為操作和控制原理追溯和分析提供方法，完善行車系統的操作管理、設備維護及提高使用效率。

1 安裝安全監控系統的必要性

近年來，國家出臺了GB/T28264-2017起重機械國家標準建議起重機械設備安全監控管理系統，對行車進行電氣信號監控和對行車進行視頻監控，用以保證行車系統的安全性、可靠性。安全監控系統主要指記錄冶金行車各機構運行軌跡、狀態、數據，將各卷揚吊運設備的狀態以可視化形式記錄下來的，以及接收、發送的指令全部同步記錄下來的裝置。因此，安全監控系統相當于冶金行車的“黑匣子”，其各數據的完整記錄通常可以保留一段時間，以方便事后回放還原，幫助分析。目前僅有極少數鋼鐵企業的行車作為試點配備了行車監測系統，這些系統的應用大多僅限于記錄行車的一些信號，包括行車電氣信號、控制系統信號等，沒有完善的可視化監測，達不到GB/T28264-2017管理要求。鑒于冶金行車管理維護工作的重要意義，并針對目前冶金行車的管理及維護現狀，有必要將先進的安全監控與預警預報技術引入到鋼鐵企業的冶金行車管理體系中，從而降低或減少設備的突發故障率，確保設備的安全運行，提高經濟效益，降低安全事故的發生。

2 系統構成

以某鋼廠一臺460t行車為例，該行車于2014年上線使用且未安裝安全監控系統。該行車采用ABB傳動及ABBAC800M系列PLC控制系統，主要用于鋼水包的吊運，無安全監控系統對平時操作、維護存在盲區，對分析安全問題上不能提供有效的數據，存在安全隱患。為了吸取經驗教訓，該行車增加安全監控系統，對行車系統提供主起升、副起升位置信息，吊點實時動態，行車異常振動檢測，行車動作狀態與聲控同步檢測，以及預警、報警、故障分析等功能，適時準確的同步收集行車運行過程中視頻信息和關鍵電氣數據信息，對行車狀態跟蹤，實現行車操作管理及行車運行狀態追溯，并以直觀畫面反應出行車的當前運行狀態，可對行車的安全運行和事故分析提供完備的技術條件，確保行車的安全。

行車安全監控系統由兩部分構成，分別是監控系統主機及數據采集軟件和現場信號檢測設備。

2.1 監控系統主機及數據采集軟件

行車監控系統主機：行車監控主機由高性能工控機、操作系統和顯示器、鍵盤鼠標等構成。數據采集軟件和監控操作界面的運行平臺，設置管理人員管理權限；

數據采集軟件：數據實時采集和長期存儲軟件系統，用于采集齒輪箱的振動信號、麥克風的音頻信號、PLC中的過程信號和行車視頻信號；

人機界面：信息管理系統，對采集的數據進行分析處理，實現對行車異常動作的預警與報警；

數據采集卡：用于與高頻信號采集模塊和振動檢測模塊通過光纖進行通訊；

交換機：提供TCP/IP接口，實現行車監控系統主機與PLC和現場攝像頭的通訊連接；

低壓電器系統：用于系統供電和保護等功能以及其他輔助配套設備.

2.2 現場信號檢測設備

（1）振動檢測模塊：在主起升機構主減速機旁安裝振動檢測模塊和低壓電器等，振動檢測模塊用于采集ICP傳感器發送的振動信號，通過光纖把處理后的振動信號發送給數據采集卡。

（2）攝像頭：用于采集現場視頻信號，包括采集現場吊點和駕駛室操作視頻；

（3）高頻信號采集模塊：用于采集麥克風接收的音頻信號，設置一個具有良好背景音濾除功能的麥克風用于采集操作室的聲音信息。綜上所述，現場需要采集的信號通過信號檢測設備采集，經過檢測模塊和高頻信號采集模塊和交換機，連接到行車監控系統主機，由數據采集系統對數據進行實時采集與長期存儲，并且由人機界面軟件實現行車異常動作的預警和報警功能，以實現行車安全監控所需的功能和要求。視頻畫面與電氣、振動數據統一，多元化的反應行車運行信息，視頻與信號之間必須嚴格的同步，才具備說服力。本系統使用數據采集系統提供數據同步方案，將采集的電氣信號、振動檢測信號、視頻信號全部通過數據采集同步系統進行系統同步，這是安全監控系統的核心部分。

3 監控內容及要求

3.1 安全監控系統監控內容

（1）信息采集源：重量限制器、起升高度限位器、運行形成限位器、門限位、機構之間的運行聯鎖、同一或不同一軌道運行機構防碰撞裝置、超速保護裝置、起升機構制動器等；

（2）監控參數：起重量、起升高度、運行行程、操作指令、工作時間、累計工作時間、工作循環等；

（3）監控狀態：起升機構制動器的開閉、連鎖保護、同一或不同一軌道運行的安全信號、超速保護等；

（4）視頻監控：吊點等部位。

3.2 監控系統的要求

監控系統應滿足行車的實際使用環境條件要求，在實際使用工況下，系統誤差不應大于5%，同時具備抗電磁干擾能力和不應干擾其他設備，其工作循環次數不應低于20次或連續作業試驗時間不應少于16小時，系統應具有對行車運行狀態及故障信息進行實時記錄，能以圖形、圖像、圖表、文字的方式顯示起重機械工作狀態和工作參數，可以觀看回放即歷史追溯，在設備通電后能自檢查，在發生故障影響正常使用的應發出警告；系統中視頻數據至少能保存3天以上，其他監控數據至少能保持30天，在斷電的情況下，能保存已采集的信息數據；對于監測報出的故障應有明顯的警報，能向起重機械操作者和處于危險區域內的人員發出清晰的聲光報警。

4 注意事項及思考

（1）選擇攝像頭時，需充分考慮冶金行車作業現場的粉塵和高溫環境，最好選擇耐高溫的高清攝像頭，并做好防粉塵的措施，同時面對高溫液態熔融應選擇具備過濾紅光的攝像頭。

（2）對于監控對象的選擇，可以更多面，以便做好設備的傾向管理和狀態管理，如鋼絲繩的磨損監控、潤滑效果監控，卷筒竄動監控、軸承磨損監控等。

5 結 語

在生產過程中，行車安全監控系統采集、錄入行車操作信號、電氣設備信號、現場視頻信號，能夠全面監控和管理行車的安全狀況。通過監控管理軟件對行車的監視、故障分析處理、數據采集、運行維護、生產統計和整體設備使用狀況分析，有效的為管理決策人員提供全面的、及時的數據輔助。可以實時顯示行車設備狀態信息和診斷信息、操作指導和報警提示信息；提供行車管理、狀態監控和指令下達工具。并且可以對行車運行狀態進行跟蹤和追溯，從而使操作規范化，設備管理現代化。并且可以快速定位故障原因，加快故障處理速度，減少故障時間，對管理部門、設備點檢和操作都具有良好的輔助作用。