信息化技術在工程起重機中的應用探索

金久暄

（天津市安定醫院，天津 300222）

建筑工程規模的日益擴大，國民經濟實現了可持續發展，起重機是運輸貨物最關鍵的方式，由此提升了起重機械的使用頻率。然而，在具體工作中，施工現場的環境十分惡劣，并受諸多因素的影響，施工條件也越來越復雜，從而引發了許多安全問題，如果造成安全事故，將會嚴重影響社會和諧，因此有必要采用信息化技術對起重機械進行綜合管理，使機械設備維持正常狀態，保障工作人員的安全，營造和諧的社會環境。

1 國內外研究現狀

國外的其中機械管理起步很早，20 世紀60 年代就有了載荷限制器設備，并研發了起重機信息化管理系統。由此可見，國外對起重機信息化技術的應用已趨于成熟。國外的起重機信息化系統包括地面網絡與起重機網絡，兩者既相輔相成，又相互獨立，保證了起重機的穩定運行。而國內的起重機信息化管理發展較晚，截至目前，已呈穩步前進趨勢。大部分超載保護裝置的廠商已能夠獨當一面進行防碰撞裝置、生產載荷限制器與起升高度器等零部件的生產。但是，唯獨在系統集成商，研究深度依然不足，若想實現功能的多樣化，就必須安裝多類精密儀器，這與國外一些先進的控制系統來說，不僅材料及造價昂貴，還存在煩瑣的拼接過程。對此，國內應深入研究系統的優化方面，爭取可以將風險預警、數據顯示和系統控制等功能集于一體，對設備參數進行實時監控。同時還應具備長遠的眼光，有效保護監測區，避免設備傾翻，實現設備的準確定位。

2 施工企業起重設備面臨的問題探討

在電力與水利等行業中使用的起重設備，通常會因交通不發達且位置偏遠等條件限制存在許多問題。

（1）存在較高的作業安全風險。起重機作為一類特種設備，屬于國家規范管理的重要內容。在電力工程或水利工程建設中，起重機往往承受著極大的工作強度，甚至全天高負荷運行，并且該設備的檢測與維修很難落實，設備使用過程信息也不公開，無法預知起重機的運行狀態，存在很大的安全風險。尤其是水電站領域的高架門式起重機，因其具有較大的擺臂幅度，容易引起很多安全事故。

（2）工作條件復雜。當起重機在高濕與高溫的條件下工作時，須嚴格控制起重機的系統質量及零件，因起重機長期暴露于高濕和高溫的惡劣條件下，會嚴重損耗控制類元件及其他零件，容易降低起重機運行性能，倘若未能及時檢測與維修，在設備運行過程中就會突發故障，影響生產效率，進而給企業造成巨大的經濟損失。

（3）售后維保未落實到位。銷售至國外的起重機，具有相對較高的成本，且售后維保未落實到位，通常一些小故障能找當地人予以排除，難度較大的故障就要找專業人員維修，難免存在維修不及時的情況。

3 施工單位起重機信息化管理要求

3.1 信息化技術應用簡析

隨著“互聯網+”技術的普及，各個行業都尋求自身的轉型路徑，建立基于“互聯網+”的智慧信息管理系統，旨在定位目標客戶的需求，并集資源共享、采購、施工、開發、制造等一系列數據互通，從而提升自動化水平，促進起重機更好地發展。相關制造單位圍繞自身的客戶，特意基于物聯網在線管理系統研發了物聯網與收集移動技術，成功接入起重機上的智能管理模塊，實時監控起重機的狀態，迅速反饋至客戶群體，以便其使用。例如，利用GPS 技術，新型起重機可借助手機應用程序實時查看其狀態信息；舊式起重機通過GPS 的裝設，完成對車輛的綁定，也可查看狀態信息。假如老型的起重機原本就無法實現CAN 通訊，在裝設GPS 以后只可查到車輛位置與運行軌跡等，無法獲取實際的工況信息，而在用戶下載并安裝物聯網在線管理系統后，便可查看具體的信息，如行駛公里數、是否開機、工況狀態、當前位置等。同時還可利用售后服務板塊功能，同維修人員保持良好溝通，以實現問題的解決。

3.2 信息化管理要求

施工企業不管是在單車核算方面，還是設備管理方面，信息化技術都不失為提高設備運營的有效途徑。并且信息化技術在起重機方面的應用也會迎來許多技術難題。例如，重量級履帶式起重機在國有企業中有的已經使用了十年之久，在信息化技術應用與設備管理上均有很大的困難，大多民營企業的機械采購又是分季度性或年度性的，主要為國產車，很難進行信息化技術升級。根據吊裝施工企業的競爭現狀來看，急需加大設備的信息化管理力度，用先進的技術與方法代替以往的管理模式，比如，設備全生命周期管理方式等。例如，根據設備編號，將設備索具、物理資產等要素與信息化融合起來，及時更新階段數據與項目分布，并利用設備的ID標識進行掃描，上傳至電腦端與手機端，方便人員查找。此外，還可針對設備識別碼建立設備檔案，追溯設備從采購、使用、故障、報廢等全過程，防止出現設備管理的信息孤島效應。

4 信息化技術在工程起重機中的應用

4.1 建立起重機工業物聯網系統平臺

起重機工業物聯網系統平臺的建立，通過大數據挖掘和工業互聯網技術，對異地設備的工作狀態進行實時監控，快速響應設備的指令要求，給設備提供個性化的服務，包含有空中升級、智能診斷、遠程指導、組態調試、節能管理等功能，避免由于設備突發故障而影響生產，提升設備利用效率，確保安全生產。該系統平臺利用人工智能，實時判斷與分析設備的運行數據，第一時間了解設備的運行情況。并且再現報警信息，充分還原事故場景，可有效追溯事故，規范人員的實際操作行為。同時，該系統平臺還具備可視化操作功能，方便人員檢修設備。記錄與備份也是全程在線，利用大數據挖掘技術可收集與分析設備的報警信息，快速發現并排除故障。

4.2 起重機工業物聯網系統平臺的功能實現

4.2.1 系統平臺的建立過程

PLC 是一種可編程控制程序，利用起重機的PLC 將起重機工作期間所需要的全部數據收集起來，PLC 借助相應的網絡接口連接到工業智能網關中，這時根據相關網絡協議與數據傳輸功能，把已經解析過的數據利用網絡輸送至互聯網，隨后再傳輸至服務器，接著利用服務器內的數據系統，把業務數據和設備數據上傳至各監控終端。如圖1 所示，起重機工業物聯網系統平臺。例如，某雙向門式起重機建立的工業物聯網系統平臺以監控系統下的PLC 為主要控制中心，一邊連接車輛操作室，一邊用以太網連接智能網關，然后通過PLC 下設的PROFINET 總線連接并控制起升變頻器、大小車變頻器、起升高度編碼器、鋼絲繩檢測傳感器等，將相關信息通過智能網關傳輸到服務器終端，經過數據系統平臺的分析與處理，最后反饋至物聯網云平臺。

4.2.2 遠程組態調試

起重機工業物聯網系統平臺支持設備的遠程組態調試與程序的上傳下載，利用移動數據平臺可隨時查看設備的運行情況，維修人員也可實現遠程運維。依托此平臺起重機的廠家能夠及時掌握其售賣過的起重機位置和工作狀態，如果設備出現問題或潛在風險，系統也可以利用短信等形式向客戶發出警示信息，提醒客戶該維修與保養，將故障降到最低。例如，在水利工程中，某雙向門式起重機檢修閘門時，其具體運行過程如下：機械設備開始運行，并帶動大小車結構運行，依靠編碼器確認和檢測門槽位置，如果無法確認視頻位置，機械則從頭開始檢測，若可以確認視頻位置，則下降起升結構，液壓抓梁就位，如果抓梁穿銷到位，起升結構則升高，起升編碼器到位確認是否運行大小車結構，是的話則到達指定位置，再次確認視頻位置，開始檢修閘門。

4.2.3 超載保護功能

按照國家起重機安全標準，起重機必須具備超載保護功能。當起重機所承載的重量在額定重量的96%時，必須馬上開啟超載保護限制器裝置，釋放警示信息。一旦起重機所承受的重量超過100%，超載保護器裝置就會馬上啟動，自動關閉設備升降電源，使設備處在低能耗狀態，減緩下降動作。當起重機所承載的重量大于112%時，超載保護限制器就會統計全部影響發動機安全的設備信息，強制設備停止運行，僅根據工藝設定下的安全機制做緩慢下降動作。

4.2.4 起升高度保護功能

高度限制器裝置的存在可實現起重機的起升高度保護功能，如果起重機起重貨物升至一定的極限位置，高度限制器就會馬上關閉設備的電源。在特殊條件下，比如起重機所吊裝的貨物為液態金屬，則需裝設在第2 級高度限位設備，其主要用來關閉第一高度限制器的電源。若有其他技術要求，須安裝下降深度限制器，一旦起重機根據要求降低至額定位置，就會立即關閉下降行為的電源，從而保護起重機設備不受損害。

4.2.5 預測性維護功能

預測性維護功能可以基于監控功能，收集、分析與記錄設備運行過程中所生成的參數，同時有效處理故障問題。具體來講，預測性維護功能能夠預估設備的使用壽命。預測性維護功能通過對起重機日常工作過程中所產生的動態數據加以記錄，確定起重機具體的載重數量與運行效率，再利用特有的算法技術，計算出起重機的剩余壽命。起重機的信息記錄機構在每次工作期間均會有不同程度的損壞，預測性維護功能可準確記錄設備使用時所承擔載荷相應的累計時間，結合特有的算法預估出起重機未來的使用壽命。此外，要想實現預測性維護功能，還需要信息記錄設備對零件運行時的應力峰值信息進行收集，根據此項參數得出零件剩余使用次數的結果。另外，預測性維護功能是通過GPRS 技術，并結合互聯網技術遠程監控施工現場的設備狀態，實現了人員的遠程控制目的。

4.3 起重機工業信息化安全管理系統框架

在大型建設工程中，起重機工業信息化安全管理系統框架應包括三個參建方，即施工方、監理方與建設方，其中數據框架第一層為施工方，第二層為監理方，負責監督數據，第三層為建設方，負責監管前兩層的數據。如圖2 所示，起重機工業信息化安全管理系統框架。

圖2 起重機工業信息化安全管理系統框架

以安全生命周期理論為基礎，結合起重機的安全管理規程，可把起重機工業信息化安全管理系統分成登錄界面、建設方監督界面、施工方管理界面與監理方管理界面，以統計與管理功能為主。登錄界面按照大型工程項目的參與方，為各單位設置使用權限。建設方監督界面可利用后臺運行統計功能模塊，搜索轄區內的標段與全部施工方起重機的數量及工作狀況，并對起重機工作的不同環節進行審查，針對性地采取管理措施，保證安全管理的質量與效率。施工方管理界面要求施工企業錄入起重機的動態數據與靜態數據，動態數據由技術交底、機械檢查、運維、保養等；靜態數據如資質審核、型號、進場方式等。建立方管理界面有建立單位檢查施工方起重機管理工作，包括每個管理環節，增強施工企業管理流程的規范性，以真正落實起重機各項安全制度。

5 結語

綜上所述，基于信息化技術廣泛應用的背景下，各種工程施工現場的全周期管理必然朝著信息化方向發展。起重機作為特種設備，是國家安全管理的重要內容，應創新其安全管理模式，提高安全管理水平，打破以往繁瑣和無序的工作禁錮，朝著簡化與有序的工作狀態轉變。本文通過建立起重機工業物聯網系統平臺與起重機工業信息化安全管理系統，簡化了管理環節，在強化管理力度的同時，有效規避安全風險。此外，在機械設備工作期間還可以及時獲取準確的動態化信息，給生產與維護提供了科學參考。