起重機(jī)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的探析

候正魁

（青海中特檢特種設(shè)備檢測(cè)有限公司，青海 西寧 810000）

隨著社會(huì)的進(jìn)步以及科技的發(fā)展，許多先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率得到了極大的提升。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，萬物可聯(lián)，推動(dòng)了現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)之間的無障礙交流，改善了起重機(jī)操作人員的工作環(huán)境，提升了起重機(jī)的工作效率和質(zhì)量。起重設(shè)備的應(yīng)用以及發(fā)展有著極為深遠(yuǎn)的影響。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)的概念起始于20 世紀(jì)初，它的基本定義是指利用射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器紅外線感應(yīng)器等裝置和技術(shù)，對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控和連接，同時(shí)，對(duì)目標(biāo)對(duì)象的位置、聲音、化學(xué)、力學(xué)、生物等各種需要掌握的信息進(jìn)行采集，并形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，達(dá)到管理控制和識(shí)別的目的。物聯(lián)網(wǎng)包含四大關(guān)鍵因素，射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、M2M 及電子信息技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)即無線射頻識(shí)別，又稱為電子標(biāo)簽。它利用無線的電池信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的識(shí)別和讀寫，與特定的目標(biāo)建立起接觸。傳感技術(shù)是利用合理布局的傳感器組成傳感網(wǎng)，是數(shù)據(jù)的通信單元以及處理單元的節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。電子信息技術(shù)是在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化的管理。M2M 是人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器、網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器之間的連通，代表了系統(tǒng)之間的通信連接的技術(shù)以及手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使管理技術(shù)以及物體之間融合為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)之間的無障礙交互。

2 物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的特征

與傳統(tǒng)的起重機(jī)操作與管理相比，物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)具有極大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的起重設(shè)備的保護(hù)措施僅僅限于荷載和力矩的限位，只能進(jìn)行單機(jī)的人工操作以及監(jiān)控或者是進(jìn)行小范圍的集群監(jiān)控管理，很難滿足目前復(fù)雜的工作環(huán)境以及貨物裝卸的要求，同時(shí)，其工作的效率和安全難以得到保證。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，則有效地解決了這一難題。物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)具有兩大明顯的特征：第一，信息的分析和決策由計(jì)算機(jī)來完成。傳統(tǒng)的起重設(shè)備有起重機(jī)的操作人員對(duì)設(shè)備的重量、運(yùn)行的路線、掛鉤狀況等環(huán)境信息進(jìn)行收集，然后做出相應(yīng)的決策，例如，掛鉤已就位，調(diào)運(yùn)貨物重量符合要求，可以進(jìn)行操作起吊。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，則可以通過遠(yuǎn)程的信息收集和自動(dòng)感知，并由計(jì)算機(jī)做出吊裝線路、吊裝方法等吊裝方案，起重機(jī)的操作人員則根據(jù)計(jì)算機(jī)的信息分析和決策進(jìn)行輔助。第二，物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，可以不受距離以及時(shí)空的局限，進(jìn)行人與機(jī)器器與機(jī)器之間的信息的交互。舉例來說，傳統(tǒng)的起重機(jī)的操作，必要時(shí)，需要操作人員及管理人員實(shí)地進(jìn)行查看，判斷是否產(chǎn)生故障以及是否需要維修以及能否吊裝。而物聯(lián)網(wǎng)起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，可以在遠(yuǎn)程的狀態(tài)下對(duì)起重機(jī)的各種數(shù)據(jù)，如油壓、溫度等等現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行收集，然后做出分析判斷和決策，極大地提升了起重機(jī)的效率，同時(shí)，使起重機(jī)更具有穩(wěn)定性和安全性。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)上的應(yīng)用，從技術(shù)架構(gòu)上包括3 個(gè)層面，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。

3.1 感知層

感知層的作用與人體的感知器官，眼睛、皮膚等神經(jīng)末梢的作用相同，是對(duì)起重機(jī)的外部環(huán)境以及工作環(huán)境進(jìn)行感知，從而對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，對(duì)物體的信息進(jìn)行采集。感知層包括監(jiān)控單元、開關(guān)信號(hào)以及各種傳感器，它可以采用并聯(lián)的方式。感知層中極為重要的是傳感器技術(shù)的應(yīng)用。起重機(jī)的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)感知層的傳感器包括振動(dòng)傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器、輪壓傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、繼電器、行程限位器、超載限制器等組成，對(duì)起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感知，它包括上升下降的方向、小車及大車運(yùn)行的方向、升降的速度、運(yùn)行的速度、升降的高度、運(yùn)行的距離、極限位置、繼動(dòng)器的開合狀態(tài)等等信息進(jìn)行識(shí)別和收集。同時(shí)負(fù)責(zé)起重機(jī)的安全性能信息的監(jiān)測(cè)，包括超載保護(hù)、結(jié)構(gòu)變形、運(yùn)動(dòng)測(cè)試等等起重機(jī)的管理活動(dòng)。另外，感知層還具有獨(dú)立的監(jiān)控單元，通過傳感器數(shù)據(jù)的收集和分析，對(duì)異常問題做出快速的反應(yīng)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層其作用于人的神經(jīng)中樞和大腦相當(dāng)，包括互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通訊網(wǎng)以及私人網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)及云計(jì)算平臺(tái)。主要作用是對(duì)感知層的信息進(jìn)行傳遞以及處理。起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要有Internet 局域網(wǎng)以及電信網(wǎng)兩種，而隨著5G 技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施，在遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。起重機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層主要包括以太網(wǎng)通訊模塊，負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)線上的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為CPU 能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)。5G 路由器，為設(shè)備端提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其主要作用是將采集設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。用戶服務(wù)器，起主要作用是對(duì)遠(yuǎn)程的起重機(jī)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和調(diào)用。5G 技術(shù)在起重機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)中的應(yīng)用，其提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢臁⑷萘扛蟆⒕珳?zhǔn)性更高，避免了因信號(hào)受到干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層會(huì)利用公共云服務(wù)平臺(tái)，將數(shù)據(jù)在云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，而客戶端通過對(duì)云平臺(tái)上數(shù)據(jù)的訪問來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的操作和管理。為了防止數(shù)據(jù)的泄漏，確保數(shù)據(jù)的安全，可以采取自有協(xié)議直接通訊的方式來完成。感知層的數(shù)據(jù)直接向服務(wù)器進(jìn)行發(fā)送，使主機(jī)與服務(wù)器之間建立鏈接，通過定時(shí)發(fā)送的方式，并對(duì)定時(shí)發(fā)送的頻率進(jìn)行靈活的設(shè)置，確保數(shù)據(jù)信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的司令部，他將收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)起重機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行操作和管理，同時(shí)，還具有為起重機(jī)的操作人員和管理人員提供相應(yīng)的交互接口。應(yīng)用層一般包括數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序以及通訊程序，數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建要確保兼容性和易容性。起重機(jī)的操作人員管理人員可以利用電腦或者手機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問，清楚地掌握起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)并了解起重機(jī)的安全狀況。還可以利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)起重機(jī)的綜合性能進(jìn)行分析，并提出適當(dāng)?shù)木S護(hù)保養(yǎng)建議。操作人員和管理人員可以通過交互界面來實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)的操作以及管理。

另外，起重機(jī)的應(yīng)用層能夠?qū)ζ鹬貦C(jī)的歷史操作過程以及故障點(diǎn)兒運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄和監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理芯片，可以對(duì)數(shù)據(jù)信息以及信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和運(yùn)算，并能夠設(shè)置安全性能指標(biāo)，當(dāng)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件以及關(guān)鍵零部件的狀況以及運(yùn)行的狀態(tài)到達(dá)臨界報(bào)警點(diǎn)時(shí)，可以對(duì)操作人員進(jìn)行提示，遠(yuǎn)程管理人員也可以獲取相關(guān)信息，從而確保起重設(shè)備的穩(wěn)定而又安全地運(yùn)行。

4 遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的功能

起重機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)一般分為三個(gè)部分，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及中心控制平臺(tái)，三個(gè)系統(tǒng)緊密地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器之間的緊密配合，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，完成了起重量起重力矩小車、大車吊鉤高度以及回轉(zhuǎn)角度的實(shí)時(shí)操作，并確保起重機(jī)的起重性能曲線，在一定的限制范圍內(nèi)。同時(shí)，還可以對(duì)作業(yè)中的危險(xiǎn)工況進(jìn)行記錄，并將之作為事故分析處理的依據(jù)。操作人員及管理人員可以隨時(shí)地進(jìn)行調(diào)閱，進(jìn)而總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高操作和管理的水平。

4.1 起重機(jī)的運(yùn)行操作和管理功能

起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)遠(yuǎn)程操作并對(duì)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理。通過物聯(lián)網(wǎng)中的傳感技術(shù)以及Gis 技術(shù)，可以對(duì)起重機(jī)的起重量、起重力矩、起重升高、大小車運(yùn)行位置進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)，并通過人機(jī)交互的界面，通過中心控制平臺(tái)來進(jìn)行相應(yīng)的操作。另外，操作人員以及管理人員可以通過中心控制平臺(tái)，在遠(yuǎn)程對(duì)起重機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行了解，如風(fēng)速以及溫度的變化，實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)的整機(jī)工作狀態(tài)，包括高低壓供電狀況、運(yùn)行方向、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)升溫制動(dòng)器等。同時(shí)，還可以了解起重機(jī)的安全狀況。物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)在遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠完全滿足國(guó)家關(guān)于起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)中的構(gòu)成以及性能的要求，滿足相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法和系統(tǒng)的檢驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作（圖1）。

圖1

4.2 金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能

起重機(jī)的承載結(jié)構(gòu)是金屬結(jié)構(gòu)，如果過度受力以及一定程度的損傷，都會(huì)對(duì)起重機(jī)的運(yùn)行和操作帶來嚴(yán)重的影響。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感技術(shù)，并與傳統(tǒng)的壓電傳感器以及聲發(fā)射等無損檢測(cè)融合在一起，可以實(shí)時(shí)的對(duì)運(yùn)行的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，特別是重點(diǎn)的部位的應(yīng)力，進(jìn)行應(yīng)變信號(hào)的同步、實(shí)時(shí)的采集和分析，并將之傳輸給遠(yuǎn)程的操作人員以及管理人員，為操作人員和管理人員提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，使管理人員和操作人員在遠(yuǎn)程即可做出相應(yīng)的判斷，采取必要的措施，從而避免事故的發(fā)生，確保起重機(jī)的使用壽命。

4.3 人機(jī)交互功能

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器之間的智能識(shí)別，使操作人員以及管理人員與起重機(jī)相互對(duì)應(yīng)，防止了其他人員對(duì)起重機(jī)的介入操作，提高了起重機(jī)操作的安全性。操作人員以及相關(guān)的管理人員需要進(jìn)入起重機(jī)或者遠(yuǎn)程操控時(shí)，首先，要利用RFIR 的身份識(shí)別技術(shù)對(duì)相關(guān)人員的身份和權(quán)限進(jìn)行識(shí)別，不同的授權(quán)可以進(jìn)行與之相對(duì)應(yīng)的操作，作業(yè)人員只有通過身份識(shí)別后，才能夠正常地進(jìn)行起重機(jī)的作業(yè)。管理人員如果登錄并對(duì)起重機(jī)進(jìn)行鎖定，其他人員則無法再進(jìn)行相應(yīng)的操作，除非管理人員將鎖定解除后方可進(jìn)行。管理人員可以對(duì)作業(yè)人員的操作權(quán)限進(jìn)行授權(quán)，從而確保了操作系統(tǒng)的安全性和可靠性。另外，還可以對(duì)相關(guān)的違規(guī)操作的發(fā)生以及類型進(jìn)行記錄，使起重機(jī)的操作更加的規(guī)范。

4.4 起重機(jī)的運(yùn)維保護(hù)及故障診斷分析功能

系統(tǒng)中能夠自由地進(jìn)行維護(hù)周期和更換間隔的自由調(diào)整，對(duì)損耗的部件的更換以及周期性的保養(yǎng)的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)的記錄，并于規(guī)定的維護(hù)周期和更換間隔進(jìn)行對(duì)比，在達(dá)到運(yùn)行維護(hù)的周期，或者是必須進(jìn)行損耗部件的更新會(huì)發(fā)出提醒功能，從而能夠延長(zhǎng)起重機(jī)設(shè)備的使用壽命。

另外，可以記錄和儲(chǔ)存起重機(jī)故障的內(nèi)容、時(shí)間以及具體的位置以及解決方法，相關(guān)的作業(yè)人員可以通過人機(jī)交互界面來進(jìn)行讀取。同時(shí)，可以顯示驅(qū)動(dòng)器plc部分的故障位置以及控制線路存在的問題，故障選項(xiàng)的位置能夠具體到每個(gè)故障點(diǎn)。同時(shí)，還可以對(duì)歷史故障進(jìn)行儲(chǔ)存，并建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)有同類的故障產(chǎn)生時(shí)，可以直接進(jìn)行調(diào)用進(jìn)行比較，從而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維修和維護(hù)。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了人與起重機(jī)設(shè)備、起重機(jī)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程交互。通過對(duì)起重機(jī)的遠(yuǎn)程操作與管理，提高了起重機(jī)的工作效率，使吊裝更加精準(zhǔn)。另外，更加強(qiáng)了起重機(jī)的安全操作及管理，使操作和管理更加規(guī)范，及時(shí)發(fā)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行過程中存在的問題并進(jìn)行相應(yīng)的處理。而隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與先進(jìn)的技術(shù)融合，例如，云技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)、人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，更好地對(duì)起重機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改善，使遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)更加科學(xué)合理、方便快捷。因此，我們應(yīng)當(dāng)注重和加強(qiáng)起重機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的開發(fā)和研究，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行拓展和優(yōu)化，進(jìn)一步地提升起重機(jī)效率和穩(wěn)定性、安全性，充分地發(fā)揮起重機(jī)的功能和作用，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。