基于物聯網的起重機遠程監控關鍵技術與系統研究

羅力

摘要：起重機是一種重要的機械設備，在物流活動、碼頭工作、建筑生產等工作環節的作用突出，這就要求加強遠程管理，提升其控制能力。本文以起重機遠程監控的目標為切入點，在此基礎上分析基于物聯網的起重機遠程監控關鍵技術、系統設計方法，就現場信息采集技術、通信技術、設計框架等內容進行論述，最后通過模擬實驗對相關理論進行輔助說明。

關鍵詞：物聯網?起重機?遠程監控?關鍵技術?通信技術

中圖分類號：TP273

Research?on?Key?Technologies?and?Systems?for?the?Remote?Monitoring?of?Cranes?Based?on?the?Internet?of?Things

LUO?Li

Guizhou?Special?Equipment?Inspection?and?Testing?Institute，?Guiyang，?Guizhou?Province，?550000?China

Abstract：?The?crane?is?important?working?equipment，?and?it?plays?a?prominent?role?in?work?links?such?as?logistics?activities，?longshore?work?and?construction?production，?which?requires?strengthening?remote?management?to?enhance?its?control?capabilities.?This?article?takes?the?goal?of?the?remote?monitoring?of?cranes?as?the?starting?point，?analyzes?the?key?technologies?and?system?design?methods?of?the?remote?monitoring?of?cranes?based?on?the?Internet?of?Things，?discusses?on-site?information?collection?technology，?communication?technology，?design?framework?and?other?contents，?and?finally?assists?in?explaining?relevant?theories?by?simulation?experiments.

Key?Words：?Internet?of?Things;?Crane;?Remote?monitoring;?Key?technology;?Communication?technology

物聯網（Internet?of?Things）是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接。物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能的工作網絡，可將其作為互聯網功能的具體化、延伸化。在現代管理活動中，物聯網的作用日益突出，得到的關注也越來越多。就起重機而言，從管理效率、安全生產等角度出發，有必要提升實時工作情況的有關分析?，F有的管理方法難以保證管控實時性，這為物聯網技術的運用提供了空間[1]。在此背景下，分析基于物聯網的起重機遠程監控關鍵技術與系統設計，有助于提升設備管理水平，為后續有關工作提供必要思路。

1?起重機遠程監控的目標

1.1采集實時信息

起重機遠程監控的直接目標在于采集各類實時信息，以了解起重機當前工作情況，包括負荷水平、起重貨物的重量、設備穩定性、工作時間以及戶外的環境情況等。與一般小型設備不同，起重機的工作參數必須高度穩定，以避免安全問題。各類實時信息可以真實反映起重機的工作情況，以便管理人員了解起重機現狀，進行必要的管理干預[2]。

1.2及時察覺異常

組織對起重機的遠程監控，也可以察覺其工作中的異常，避免出現生產安全事故，一些尚未發生的故障也可以通過遠程監控及時察覺和處理。例如：懸臂起重機的懸臂，可能在持續作業過程中會出現松動、緊固件失效等問題，如果未能及時察覺，其懸臂甚至存在掉落風險[3]。借助信息化技術、設備進行有關參數、信息的收集，可幫助工作人員了解起重機存在的異常，及時加固其懸臂，避免事故。

1.3常規記錄數據

起重機的工作信息往往是固定的，即“額定工作參數”，但在實際工作中，受到工作內容影響，起重機的參數又呈現動態性。利用遠程監控技術，可了解起重機當日、一段時間內的工作參數，形成大數據以服務后續管理。例如：起重機出現了事故，可通知常規記錄的各類信息了解事故發生時其具體工作參數，以判斷事故成因和工作安全臨界值，為后續起重機管理工作提供參考[4]。

2?基于物聯網的起重機遠程監控關鍵技術

2.1基礎技術

基于物聯網的起重機遠程監控，需要來自各類技術的支持，其中關鍵性的基礎技術包括物聯網技術、計算機技術以及單片機技術等，這些技術的共同特點在于能夠搭建物聯網工作系統，為起重機遠程監控系統的實現、操作管理等活動提供基礎性保障[5]。

2.2現場信息采集技術

現場信息采集技術是實現起重機遠程監控的關鍵，在物聯網系統內，各類實時信息是組織交互、下達指令的基本依據。在起重機的遠程監控系統中，現場信息采集主要借助傳感設備、監控設備，前者又可細分為接觸式傳感和非接觸式傳感兩種，對起重機各核心工作參數的采集以接觸式傳感為主，如其起重物的重量信息、起重機負荷情況、起重機是否出現異常移位等。其他參數的收集以非接觸式傳感為主，如周邊風力、空氣濕度等。監控設備主要收集起重機工作范圍內的各類實時畫面，如門式起重機是否穩定、工作人員是否存在不當操作、安裝裝備佩戴是否整齊等。現場信息采集越豐富，起重機遠程監控工作質量越有保證。

2.3嵌入技術

嵌入技術是組織起重機遠程監控的關鍵技術之一，其主要價值體現在對常規信息工作系統功能的擴展層面，如可視化擴展、存儲能力擴展等。采用監控設備遠程了解起重機的工作情況，需要將可視化儀器放置在工作系統中，為保證其兼容性，需要以嵌入技術提供支持，使各類遠程獲取的信息可以被轉化為直接能為計算機識別、讀取的語言，再以數字化形式呈現給管理者[6]。同樣，嘗試進行起重機信息的存儲，需要在系統中嵌入存儲卡或其他設施，以保證系統存儲空間能夠在一段時間內保留所有有價值的關鍵信息。與集成技術相比，嵌入技術的實現難度相對較小，其應用成本也相對可控，實際工作中更具可選擇性。

2.4通信技術

通信技術在物聯網系統中作用突出，也是支持起重機遠程監控的關鍵技術之一，主要負責將現場采集的信息提供給遠程管理端，而遠程管理端下達的指令也需要通過通信技術提供給執行端。例如：起重機的懸臂出現異常，通過現場信息采集系統發現其連接出現松動，此信息可以借助通信線路快速提供給管理處，管理處在通過線路下達指令，要求懸臂中止作業，直到其緊固完成。此外，如果起重機所屬的物聯網工作系統規模較大，其他工作設備與起重機的聯動、其他管理人員對起重機的遠程管理等，也均需要以通信技術提供支持。

3?基于物聯網的起重機遠程監控系統設計

3.1基本設計框架

按照上文所述的技術運用方法，對基于物聯網的起重機遠程監控系統進行設計，原則上強調簡化設計內容，避免復雜設計影響其可實現性，也避免多指令出現內部互擾，在此要求下，做遠程監控系統設計如下：

按照圖1所示，基于物聯網的起重機遠程監控系統主要分為4個功能模塊，即執行模塊、遠程模塊、智能模塊和通信模塊。執行模塊即安裝在起重機以及其工作區域內的各類傳感器以及監控設備，其分別根據程序設定情況，對起重機作業區域的各類傳感器信息進行采集，如起重物重量、風力水平等。遠程模塊負責設定物聯網工作程序、智能設備工作程序，也負責進行各類信息存儲與加工。智能模塊根據程序進行信息對比、分析，如果信息異常，可以做應急處理和警報，反之則繼續進行信息采集。通信模塊負責各類指令在傳輸、交互，以保證物聯網內各部分可以有效完成預期工作。

3.2作業流程

以圖1所示的設計思路為基礎，基于物聯網的起重機遠程監控系統主要負責對起重機日常工作情況進行監督。其監督工作的一般流程為信息采集、信息分析、以及基于分析結果的指令下達。當起重機作業情況無異常時，系統不做額外管理，只常規進行信息的持續收集。當起重機作業情況異常時，系統需要投入作業，如警報、中斷作業等。

懸臂起重機懸臂異常、出現松動，有可能誘發安全事故，此時遠程監控系統通過信息采集器收集有關信息，并通過智能對照發現問題，立即由智能系統發出警報，暫停起重機的起重作業，直到人員參與處理、完成懸臂的加固，再恢復生產活動。與常規人工管理模式相比，智能化管理、遠程監督的敏銳性、精準性均有所提升，能夠更有效地處理各類異常，保證起重機作業安全。

4?模擬分析

4.1模擬目標與實驗過程

通過計算機搭建模擬實驗，對上述理論進行輔助論證。以某港口的門式起重機為模擬對象，通過其產權所有方提供的信息搭建實驗模型，另通過大數據對常規管理模式下起重機工作信息進行采集，形成大數據。主要包括起重機出現故障的次數、故障檢查時間、因故障中斷作業天數占工作總天數的比重。實驗采用參數模擬法進行，共分為三組：

第一組為常規生產實驗，共進行5?min模擬，選用的加速參數為1：100?000，即每完成1分鐘模擬，相當于設備持續工作10?000分鐘（總計約為347天，下同）。該組模擬不添加異常參數，默認起重機工作參數、現場環境均無異常。

第二組為參數故障實驗，共進行5?min模擬，本組選用的加速參數固定為1：10?000，每完成1分鐘模擬相當于設備持續工作10?000分鐘。該組模擬默認起重機工作參數存在異常（默認為起重重量過大），工作環境無異常，隨機添加異常參數1000個，記錄起重機智能模塊是否能夠察覺異常、是否能夠快速完成警報，計算因故障中斷作業天數占工作總天數的比重。

第三組為環境故障實驗，共進行5?min模擬，本組選用的加速參數也固定為1：10?000，每完成1分鐘模擬，相當于設備持續工作10?000分鐘。該組模擬默認起重機工作參數無異常，工作環境存在異常（默認為風力過大），隨機添加異常參數1000個，記錄起重機智能模塊是否能夠察覺異常、快速完成警報，計算因故障中斷作業天數占工作總天數的比重。

4.2實驗結果與分析

實驗結果以及大數據結果統計如表1所示。

結合實驗結果與大數據統計結果，可發現基于物聯網的起重機遠程監控系統可以更敏銳地察覺起重機的工作異常，故障檢查時間較短，因故障中斷作業天數占工作總天數的比重也較低。這表明以現場信息采集技術、嵌入技術、智能技術支持物聯網建設、服務起重機遠程監控具有突出優勢。

5結語

綜上所述，以物聯網為基礎，進行起重機遠程監控有助于掌握其實時工作態勢、預先發現風險并做處理，具有一定的可行空間和現實價值。目前來看，應用于起重機遠程監控的關鍵技術除物聯網、計算機等基礎性技術外，還包括現場信息采集技術、嵌入技術、智能技術、通信技術以及一些輔助性技術，其系統設計上關注簡潔性，以保證各項功能能夠妥善實現。結合模擬實驗過程、結果，可知基于物聯網的起重機遠程監控能夠發揮數據積累、問題察覺、自適應調整等作用，未來可嘗試應用，以提升起重機的控制水平和工作效率。

參考文獻

[1] 許益峰.基于PROFINET及云平臺橋式起重機控制系統設計[D].銀川：北方民族大學，2023.

[2] 周化龍，張博，石海濤.基于LabVIEW和TBox的起重機工作參數遠程監測系統[J].儀表技術與傳感器，2023（1）：91-95.

[3] 孫潔，孫超群.基于LPWAN和MEA-BP的港口起重機故障診斷[J].國外電子測量技術，2022，41（7）：133-138.

[4] 周煒，王亮，趙挺生，等.施工過程安全數字孿生模型的構建和應用[J].中國安全生產科學技術，2022，18（6）：5-11.

[5] 何光輝，李曉偉，李鑫奎，等.基于有限元與物聯網的塔式起重機安全監測系統[J].中國安全科學學報，2020，30（11）：88-94.

[6] 許楠.基于物聯網的汽車起重機遠程監控系統設計[J].中國新通信，2022，24（16）：77-79.