起重機動態(tài)監(jiān)管的實現(xiàn)途徑與物聯(lián)網(wǎng)技術應用研究

牛妙玉，王莉華

（河南省特種設備安全檢測研究院三門峽分院，河南 三門峽 472000）

1 物聯(lián)網(wǎng)技術分析

從物聯(lián)網(wǎng)技術的應用角度來說，是借助各類信息傳感設備，比如全球定位系統(tǒng)和紅外線感應器等，對被監(jiān)控的物體或者運行過程，實施動態(tài)化監(jiān)控。通過收集各類信息，比如聲和光電等進行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)能夠和互聯(lián)網(wǎng)相互結合，形成完善的網(wǎng)絡，增強監(jiān)視的全面性。基于互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)物物互聯(lián)、人物互聯(lián)、物和網(wǎng)絡互聯(lián)，實現(xiàn)對整個過程的識別和管控。基于各類技術的支持，比如RFID技術和M2M技術以及兩化融合等實現(xiàn)了高效監(jiān)控。

2 起重機動態(tài)監(jiān)管的實現(xiàn)途徑分析

2.1 起重機運行和監(jiān)管

（1）無法及時獲取以及共享設備基礎數(shù)據(jù)。（2）傳統(tǒng)的起重機安全運行監(jiān)測，多采取人為間斷測量和分析的方式，或者通過安裝相應的限制和保護裝置等，對起重機實施動態(tài)監(jiān)控。采取此方式，存在著諸多問題，比如信息傳遞慢和加工時效差等問題，難以實現(xiàn)動態(tài)連續(xù)高效安全運行。（3）運行環(huán)境較為復雜，但缺少風險預警監(jiān)管。在實際運行中，隨著設備使用時間和頻率的增加，設備的使用性能和可靠性不斷降低，使得故障發(fā)生率持續(xù)增加。若無法有效排除故障，很容易造成停運或者重大安全事故。對起重機從出廠到使用全生命周期，實施在線監(jiān)測以及信息記錄，采取電子監(jiān)管以及構建故障預測方法等，對保證設備安全可靠運行有重要的意義。

2.2 監(jiān)管需求分析

起重機動態(tài)監(jiān)管的實現(xiàn)，需要明確監(jiān)管需求。具體包括以下需求。（1）信息需求。若想確保物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)全面可靠運行，必須要加強監(jiān)管力度。實施動態(tài)監(jiān)管，需要信息的支持。具體包括人員信息、設備信息以及技術文檔等。（2）功能需求。構建的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)，需要實現(xiàn)人員在線監(jiān)管和起重機在線監(jiān)管等功能。具體來說，系統(tǒng)對物聯(lián)網(wǎng)實施監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息，要能夠進行傳輸、分析以及存儲等。（3）性能需求。開發(fā)的監(jiān)管系統(tǒng)，必須具備外接性和可擴展性等性能。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)

（1）總體架構。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的結構，主要分為3層，包括應用層、網(wǎng)絡層、感知層。其中，感知層作為最底層，是利用RFID電子標簽和智能傳感器等設備，實時感知設備的信息以及運行情況。中間層作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡層，是利用互聯(lián)網(wǎng)和無線傳輸網(wǎng)絡等，將感知層采集的設備信息以及數(shù)據(jù)，發(fā)送給系統(tǒng)的最上層，也就是應用層，對數(shù)據(jù)進行分析和深度挖掘等操作，實現(xiàn)特定的監(jiān)控任務以及智能化應用等。圖1為基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)架構圖。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)架構圖

此系統(tǒng)的總體設計如下：①利用RFID電子標簽以及智能傳感器等，對起重機設備的實時運行，進行信息采集，并且將采集所獲的信息存儲在車載固定式智能前端中；②利用3G無線網(wǎng)絡，把獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，傳送到起重機監(jiān)管系統(tǒng)，實施在線監(jiān)控以及風險預警。同時借助網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)共享；③為滿足起重機動態(tài)監(jiān)管的靈活性需求，系統(tǒng)運行可以利用PDA，對起重機設備的基本信息以及檢驗信息等進行查詢。利用此閱讀器，通過無源數(shù)據(jù)以及非接觸的數(shù)據(jù)傳送方式，實現(xiàn)和電子標簽的互動。

（2）功能設計。基于起動機動態(tài)監(jiān)管需求，采用物聯(lián)網(wǎng)技術，根據(jù)監(jiān)控預警系統(tǒng)的設計目標，系統(tǒng)上位機軟件實現(xiàn)起重機設備以及人員基本信息等的管理，同時能夠進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及深度挖掘。設計的起重機物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管以及預警系統(tǒng)，其功能模塊具體包括系統(tǒng)管理功能模塊、人員RFID卡監(jiān)管功能模塊、起重機RFID卡監(jiān)管功能模塊、起重機運行監(jiān)控功能模塊、起重機定位管理功能模塊、設備檢驗管理模塊、統(tǒng)計管理模塊、安全預警模塊。在進行起重機動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)的設計時，對于功能模塊，要結合實際需求，進行功能開發(fā)和設計。

（3）系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。設計的此起重機物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)監(jiān)管及預警系統(tǒng)，使用Visual Studio 2010、SQL Server2005、Matlab開發(fā)完成，根據(jù)系統(tǒng)運行，主要運行環(huán)境如下：①PC機若干，其中1臺作為數(shù)據(jù)庫服務器。在服務器中，安裝數(shù)據(jù)庫，滿足數(shù)據(jù)存儲需求②系統(tǒng)開發(fā)端PC機需要安裝視頻監(jiān)控軟件以及SQL Server2005客戶機等，開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫服務器，利用局域網(wǎng)實現(xiàn)連接。

3 起重機動態(tài)監(jiān)管中物聯(lián)網(wǎng)技術的應用總結

3.1 運行狀態(tài)監(jiān)控

在起重機動態(tài)監(jiān)管實踐中，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，能夠為設備運行狀態(tài)的監(jiān)控提供技術支持。應用物聯(lián)網(wǎng)中的各類技術，比如傳感器技術以及GIS技術等，實現(xiàn)對起重機運行全過程的狀態(tài)監(jiān)控。起重機運行狀態(tài)的監(jiān)控，具體為重量和力矩以及起升高度等，采取全面的監(jiān)控。現(xiàn)行的國家標準中，對起重機運行安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構成以及性能要求等，提出了具體的要求。在具體實踐中，監(jiān)控數(shù)據(jù)量很大，為實現(xiàn)對起重機的系統(tǒng)控制，必須要全面應用物聯(lián)網(wǎng)技術，為起重機運行監(jiān)控提供保障，實現(xiàn)對起重機運行的有效監(jiān)控。通過對起重機設備運行各類參數(shù)的綜合收集整理，應用無線通信技術以及信源壓縮編碼技術等，對傳感器裝置所收集的各類數(shù)據(jù)信息，進行科學合理的分析，以便于及時發(fā)現(xiàn)運行問題，將信息發(fā)送給維修人員，及時采取處理措施，以免發(fā)生特種設備使用安全事故。

3.2 金屬結構狀態(tài)監(jiān)控

從起重機的組成情況來說，金屬結構為主要組成部分，發(fā)揮著承載作用，能夠保證設備運行的安全性。在使用的過程中，金屬機構的受力狀態(tài)以及損傷程度，直接影響著設備運行的安全性，影響著起重工作的實施。對金屬結構實施動態(tài)監(jiān)控，應用物聯(lián)網(wǎng)技術，借助傳感器技術，對金屬結構內(nèi)部的受力情況，做全面的監(jiān)控，通過及時分析數(shù)據(jù)和反饋信息，實現(xiàn)對安全隱患的有效預防，保證金屬結構的整體受力情況可以處于承受范圍內(nèi)。除此之外，為確保起重機設備監(jiān)控數(shù)據(jù)信息的精度，結合利用各類無損檢測技術，比如傳統(tǒng)壓電傳感器和光纖光柵傳感器等，掌握金屬結構的使用情況。對金屬結構實施監(jiān)控時，為降低工作強度，提高監(jiān)控效率，對整個金屬結構件，進行相應的分析研究，明確重點監(jiān)控部位，采取針對性監(jiān)控措施，用最小的工作量，獲得相對全面的金屬結構監(jiān)控數(shù)據(jù)，為起重機設備的安全運行提供保障。

3.3 人機互認管理系統(tǒng)

構建的人機互認管理系統(tǒng)，其指的是起重機的操作人員和起重機之間要維持相應的關系。具體來說，是當某個操作人員對設備進行操作時，其他人員不可以進行任何操作。此項功能的實現(xiàn)，是基于RFID技術以及傳感器技術。在實際應用中，應用RFID自動識別技術，對操作人員的資質進行準確的識別，實現(xiàn)對人員操作設備的監(jiān)控，確保起重機正常起重作業(yè)以及檢修工作有效運行。

3.4 故障識別診斷技術

在實際應用中，應用故障識別診斷技術，支持起重機安全運行的監(jiān)控。借助故障識別診斷技術，對設備運行的故障采取精準識別診斷，精準識別故障發(fā)生的特點，依據(jù)故障識別結果實施相應的診斷和處理，使得起重機可以保持安全運行的狀態(tài)。故障診斷識別功能的實現(xiàn)，是應用物聯(lián)網(wǎng)技術中的傳感器技術對起重機設備實施系統(tǒng)全面的監(jiān)控，采集設備運行狀態(tài)量，使得設備處于全面監(jiān)控。除此之外，利用神經(jīng)網(wǎng)絡技術和專家系統(tǒng)等，分析傳感器裝置采集的狀態(tài)量，實現(xiàn)對故障的預測和診斷，為故障處理提供支持。

4 結語

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)構建，能夠為起重機動態(tài)監(jiān)管的實施提供有力的技術保障。結合系統(tǒng)構建，總結了監(jiān)管功能的實現(xiàn)路徑。除此之外，結合起重機動態(tài)監(jiān)管實踐，分析了物聯(lián)網(wǎng)技術的具體應用。