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愷德爾關(guān)于大型船廠造船門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)研究與開發(fā)您的位置:首頁 > 行業(yè)新聞

愷德爾關(guān)于大型船廠造船門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)研究與開發(fā)

來源:愷德爾起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)專家 發(fā)表日期: 2016-04-30 08:03:00

一、起重機(jī)械安全管理現(xiàn)狀

   近年來政府一直強(qiáng)調(diào)要采取法律、行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等措施,加強(qiáng)特種設(shè)備的管理,堅決遏止重特大事故的發(fā)生,但由于各種原因,其事故率近幾年一直居高不下,導(dǎo)致人員傷亡的絕對數(shù)字一直高居八大類特種設(shè)備之首。

從事故原因分析,由于人為原因,例如無證操作、人為過載、操作不規(guī)范等違章操作引起的事故約占事故總數(shù)的 57%;起重機(jī)控制裝置失靈或鋼絲繩質(zhì)量差等制造質(zhì)量引起的事故約占 29%;還有 14%的事故原因是風(fēng)速大、地基下沉等自然災(zāi)害引發(fā)的事故。引起事故的主要原因有:違規(guī)操作、設(shè)計缺陷、制造缺陷、維修缺陷、管理缺陷等。其中,違規(guī)操作主要原因包括:起重機(jī)操作人員未經(jīng)安全與操作培訓(xùn)直接上崗;無視起重機(jī)的承載上限, 放松警惕,導(dǎo)致起重機(jī)過載;未有可依的操作章程, 操作人員無章可循等。

鑒于以上結(jié)果, 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)非常必要,通過將現(xiàn)代自動化控制、 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通訊等多種技術(shù)相結(jié)合,改變原來自我封閉的單一控制方式,實(shí)現(xiàn)起重機(jī)智能化和管理網(wǎng)絡(luò)化,這是起重機(jī),尤其是船廠特種起重機(jī)的發(fā)展方向。


二、安全監(jiān)控管理系統(tǒng)研究目標(biāo)與內(nèi)容

研究目標(biāo)

起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)主要是為保證起重機(jī)械運(yùn)行的安全性、可控性以及可管理性而設(shè)計研發(fā)的一套設(shè)備管理解決方案,主要用于反映起重機(jī)械實(shí)時和有效的運(yùn)行狀況,并能夠?qū)@些狀況和司機(jī)的操作指令進(jìn)行實(shí)時地監(jiān)控、 記錄和歷史回放;實(shí)時監(jiān)控檢測起重機(jī)工況,自帶診斷功能,快速危險狀況報警以及安全控制。系統(tǒng)具有黑匣子功能,自動記錄作業(yè)時的危險工況,為事故分析處理提供依據(jù)。


安全監(jiān)控信息采集要求

根據(jù) GB/T28264 標(biāo)準(zhǔn)的要求, 大型起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)信息采集源有 18 項,但針對門式起重機(jī),其所要求采集的信息源為 11 項,分別是:起重量限制器、起升高度限位器/下降深度限位器、運(yùn)行行程限位器、偏斜限位器、聯(lián)鎖保護(hù)安全裝置、抗風(fēng)防滑裝置、風(fēng)速儀裝置、同一或不同一軌道運(yùn)行機(jī)構(gòu)防碰撞裝置、超速保護(hù)裝置、供電電纜卷筒安全限位、 起升機(jī)構(gòu)制動器。當(dāng)有遠(yuǎn)程監(jiān)控要求時,還要增加遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。


三、安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計

總體構(gòu)思和模塊劃分

起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩個子系統(tǒng)組成, 分別是數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)、 視頻信息系統(tǒng), 其硬件設(shè)備安裝位置如圖 1 所示。

起重機(jī)械信息采集源

數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)將起重機(jī)運(yùn)行時的數(shù)據(jù)信息實(shí)時地采集進(jìn)來,并且對其進(jìn)行處理和存儲, 然后控制起重機(jī)的運(yùn)行,此外,系統(tǒng)還將故障信號和危險信號反映出來,提醒操作人員和維修管理員。該系統(tǒng)包括信息采集單元(限位、 重量傳感器、 編碼器等), 信息處理單元(PLC), 信息存儲單元和控制輸出單元(CMS)。視頻信息系統(tǒng)采集起重機(jī)行走區(qū)域和吊點(diǎn)的圖像畫面, 并顯示在司機(jī)室內(nèi)的顯示器上,供司機(jī)查看,同時存儲 72 h。


數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)

1.信息采集單元

信息采集單元用于讀取信息源數(shù)據(jù)。它由機(jī)械限位、感應(yīng)限位、紅外線光電限位、超速開關(guān)、重量傳感器、測速編碼器、絕對值編碼器、PLC 的輸入模塊等組成,信息采集模塊示意圖如圖 2 所示,它們將采集的信號送至信息處理單元。

信號采集模塊

PLC 模塊用于接收操作站和機(jī)上各個傳感器的信號, 并進(jìn)行相應(yīng)地運(yùn)算和處理, 然后輸出控制指令, 控制相關(guān)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。其具有開機(jī)自診斷功能,當(dāng)檢測到模塊故障或通訊問題時, 紅色的 Error 指示燈會亮起。


2.信息處理單元

信息處理單元將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和處理,同時根據(jù)起重機(jī)工況的要求, 執(zhí)行邏輯控制。它由可編程序控制器和工控機(jī)組成。PLC 的 I/O 及模擬量模塊將造船門式起重機(jī)上安裝的各種限位、編碼器、重量傳感器、風(fēng)速儀等信號實(shí)時地采集進(jìn)來,然后通過 PLC的 CPU 對信號進(jìn)行處理,控制相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行,并作出邏輯處理和故障報警等判斷。對于極限限位和超速開關(guān)這類信號,則采取同時進(jìn)入硬件控制回路和 PLC 模塊,這樣可以起到雙保險的作用;而對于有些不會造成損失的信號則直接進(jìn) PLC 模塊。并且極限限位等一類故障中,系統(tǒng)設(shè)計時通常使用的常態(tài)為常閉觸點(diǎn),這樣,只要信號丟失,就認(rèn)為極限動作,或者線路有問題,提高了安全性。工控機(jī)用于實(shí)時讀取 PLC 程序內(nèi)相應(yīng)的信息,并且通過監(jiān)控軟件將造船門式起重機(jī)的各種監(jiān)控信息實(shí)時顯示在電腦上,是信息處理單元和CMS 單元的連接紐帶。該軟件還提供了接口,可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出成 Excel 通用形式。


3.信息存儲單元和控制輸出單元( CMS)

CMS 的功能是實(shí)時存儲所采集的信息,并記錄操作指令和起重機(jī)實(shí)時工況, 輸出控制信號和報警信號。它主要由 PLC 的輸出模塊、 驅(qū)動器和數(shù)字硬盤等組成, CMS 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。

CMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

CMS 和 PLC 通過以太網(wǎng)交換機(jī)相聯(lián), 實(shí)時讀取PLC 內(nèi)相應(yīng)的信息, 并且通過監(jiān)控軟件, 將各種監(jiān)控信息實(shí)時顯示在電腦上, 同時存儲在硬盤內(nèi)。無線設(shè)備又將工控機(jī)、 PLC、 硬盤錄像機(jī)接入地面局域網(wǎng),將信息傳輸至服務(wù)器。局域網(wǎng)又與公網(wǎng)相連,用戶可以通過公網(wǎng)訪問起重機(jī)上的 CMS。

當(dāng)數(shù)據(jù)庫存儲的容量大于 2 GB 的時候系統(tǒng)會自動進(jìn)行壓縮數(shù)據(jù),并根據(jù)程序設(shè)置,自動刪除最早的歷史數(shù)據(jù),刪除的數(shù)量在程序中可以定義。故障記錄達(dá)到設(shè)定數(shù)量時,會在 CMS 的故障畫面上,提醒用戶備份。

PLC 擁有700MHz的CPU,采樣速度為 0.14 ms內(nèi)可以處理1 000個布爾量,其滿足“標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行周期內(nèi)采用周期不大于100ms”的要求。


視頻信息系統(tǒng)

視頻信號采集系統(tǒng)由前端、傳輸、控制和后端組成,前端主要由高性能攝像機(jī)組成;傳輸采用數(shù)字式光端機(jī);控制由小型控制鍵盤和四畫面分割器組成,鍵盤用于控制前端球機(jī)的旋轉(zhuǎn)和變焦,四畫面分割器用于整合多路視頻,將它們組合成一個畫面;后端為 2 臺監(jiān)視器和一臺高性能硬盤錄像機(jī)。司機(jī)通過司機(jī)室內(nèi)的2臺監(jiān)視器,觀察到大車行走區(qū)域,吊點(diǎn)區(qū)域的環(huán)境情況,硬盤錄像機(jī)提供存儲視頻和 Web 瀏覽功能,遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

目前,系統(tǒng)上用的的信號接口如下:無源開關(guān)量信號接口有110 V 輸入/輸出模塊,用于接收限位、光控開關(guān),溫控開關(guān)等信號。模擬量信號接口有4 mA ~20 mA的模擬量輸入模塊,用于接收重量傳感器,風(fēng)速等信號。脈沖量信號接口有,在驅(qū)動器的主控板上有編碼器信號輸入板,它可以接收來自脈沖編碼器的信號。整機(jī)的數(shù)據(jù)采用 PROFIBUS 和 GPRS 通訊,這些滿足國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,是對外開放的協(xié)議。

采用GPRS無線接入 Internet 的方式,雖然比較靈活、方便,但是這種方式也存在著一定的缺陷。數(shù)據(jù)傳送速率相對較慢,當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生大量的報警信息和狀態(tài)信息時,無法滿足數(shù)據(jù)傳送的要求。由于GPRS無線接入方式自身條件的限制,為了降低網(wǎng)絡(luò)開銷,可以在服務(wù)器端建立存儲過程。這主要是由于存儲過程的以下優(yōu)點(diǎn):

(1)可以與其他應(yīng)用程序共享應(yīng)用程序的邏輯,從而確保一致的數(shù)據(jù)訪問和操縱;

(2)提供了一種安全機(jī)制;

(3)執(zhí)行速度快, 便于提高系統(tǒng)的性能;

(4)可以減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時間。

通過使用服務(wù)器端存儲過程,可極大地降低網(wǎng)絡(luò)開銷,使用過程存儲前、后,數(shù)據(jù)量的對比如表1所示。通過對比可以發(fā)現(xiàn),雖然在建立連接時,使用存儲過程的網(wǎng)絡(luò)開銷比較大, 但是每條數(shù)據(jù)的傳送開銷,存儲過程的優(yōu)勢則十分明顯,這十分適合工業(yè)現(xiàn)場大量數(shù)據(jù)傳送的需求。

表 1   使用存儲過程前、 后網(wǎng)絡(luò)開銷的比較

存儲比較

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