1、概述

纜索起重機(jī)(簡稱纜機(jī))是一種以柔性鋼索作為大跨距支承構(gòu)件，兼有垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸功能的特種起重機(jī)械。纜機(jī)在混凝土大壩工程、渡槽架設(shè)、橋梁建筑、碼頭施工、森林工業(yè)、堆料場裝卸、碼頭搬運(yùn)等方面具有廣泛的用途，還可配用抓斗進(jìn)行水下開挖作業(yè)。纜索起重機(jī)的主要受力構(gòu)件有塔架系統(tǒng)、塔架穩(wěn)定系統(tǒng)、繩索系統(tǒng)、索鞍、起重天車、卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等部分。纜索吊機(jī)由于其具有載荷多變、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)跨度大等特點(diǎn)，具有安全風(fēng)險(xiǎn)高，管理難度大，并且一旦發(fā)生安全事故，將帶來極大的損失。

1．1纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

依據(jù)GB／T28264-2012起重機(jī)械安全監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于纜索起重機(jī)，其安全監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)監(jiān)測起重量限制器、起升高度限位器／下降深度限位器、運(yùn)行行程限位器、聯(lián)鎖保護(hù)安全裝置、門限位、機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行聯(lián)鎖、風(fēng)速儀裝置、操作指令、工作時(shí)間、累計(jì)工作時(shí)間、視頻系統(tǒng)等內(nèi)容。

1．2纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處

依據(jù)GB／T28756-2012纜索起重機(jī)的內(nèi)容，對(duì)于纜索起重機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)過于強(qiáng)調(diào)對(duì)起重機(jī)吊裝過程的監(jiān)控，對(duì)天車的運(yùn)行高度、行程、重量、風(fēng)速、偏斜等進(jìn)行了監(jiān)測。但對(duì)于纜索起重機(jī)而言，其關(guān)鍵受力構(gòu)件，還應(yīng)該包括有塔架、纜索系統(tǒng)等的受力情況，尤其是在山區(qū)橋梁修建過程中的塔架高度較高，其塔架和承重索的受力狀態(tài)也是非常關(guān)鍵的受力構(gòu)件，因此建議增加對(duì)塔架和纜索系統(tǒng)的安全監(jiān)控。

對(duì)于塔架的安全監(jiān)控應(yīng)側(cè)重于對(duì)塔架在空載和負(fù)載下受力、水平位移和垂直位移的監(jiān)測，考慮到實(shí)際中傳感器的安裝方便的程度，可以采用測量塔架傾斜角的方式來進(jìn)行安全監(jiān)控，當(dāng)塔架在空載和負(fù)載情況下時(shí)會(huì)出現(xiàn)傾斜，基于傾斜角的大小來判斷塔架的安全度。對(duì)于承重索系統(tǒng)的受力狀態(tài)可以通過在承重索上安裝起重量傳感器來測量承重索的索力，通過測量得到的索力的變化來判別承重索的安全狀態(tài)。

2、分布式纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)

針對(duì)纜索起重機(jī)的安全監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，考慮到纜索起重機(jī)具有跨度大，控制機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)之間距離較遠(yuǎn)，傳統(tǒng)的集中式安全監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場難以實(shí)施等特點(diǎn)，擬采用分布式安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)纜索起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全方位監(jiān)測、多種不同危險(xiǎn)的預(yù)警以及運(yùn)營作業(yè)的信息化管理，能夠有效提升起重機(jī)的安全水平和運(yùn)營效率。分布式起重機(jī)安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由安裝在起重機(jī)上的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安裝在遠(yuǎn)程管理中心的區(qū)域起重機(jī)械信息管理平臺(tái)三部分組成。分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由帶動(dòng)態(tài)顯示的主機(jī)、分布式數(shù)據(jù)采集盒、分布式控制盒以及多種不同類型的傳感器(行程傳感器、高度傳感器、起重量傳感器、風(fēng)速傳感器、水平傳感器)等組成，能夠?qū)崟r(shí)采集并顯示起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由分別布設(shè)在起升卷揚(yáng)機(jī)、后錨、吊鉤、運(yùn)行軌道、操作室、塔架處的安裝攝像頭以及操作室的顯示器、操作搖桿構(gòu)成，用于監(jiān)控起重機(jī)的吊重狀態(tài)。域起重機(jī)械信息管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)區(qū)域多個(gè)項(xiàng)目工地、多類起重機(jī)運(yùn)營信息以及安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)管理，便于實(shí)現(xiàn)區(qū)域起重機(jī)遠(yuǎn)程信息化管理的需求。

2．1分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的各種模擬量、狀態(tài)量信息的采集、顯示、存儲(chǔ)和報(bào)警等功能若對(duì)模擬量和狀態(tài)量信號(hào)進(jìn)行集中采集，則必然會(huì)遇到信號(hào)衰減大、易于受到噪聲干擾等問題，兇此將分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分為分布式控制端、采集端和傳感端，控制端由分布式控制器構(gòu)成，采集端由分布式采集盒和控制盒構(gòu)成，傳感端由各種不同類型的傳感器所構(gòu)成。傳感器端和數(shù)據(jù)采集端之間采用屏蔽線纜連接，數(shù)據(jù)采集端和分布式控制端之問采用Zigbee連接、CAN總線或者網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接，能夠有效減少信號(hào)的于擾，提升測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。以2天車?yán)|索起重機(jī)為例，分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接狀態(tài)見表1。

2．2視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻I監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效擴(kuò)展操作人員的視野，同時(shí)也能達(dá)到人員檢修不易接觸的區(qū)域，但纜索起重機(jī)存在跨度空問大、距離長等特點(diǎn)傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于同軸電纜進(jìn)行連接，線纜需要跨越整個(gè)纜索吊，現(xiàn)場線纜k度大，布線工作困難，存在信號(hào)衰減、易于受f擾等問題．因此綜合選用高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭+無線網(wǎng)僑的傳輸解決方案。此方案能夠有效減少施現(xiàn)場的線纜連接數(shù)，減少外部噪聲對(duì)信號(hào)的干擾，提升視頻監(jiān)控的效果。

2．3起重機(jī)遠(yuǎn)程信息管理平臺(tái)

為r能夠?qū)崿F(xiàn)塒現(xiàn)場的起重機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，同時(shí)也為能夠遠(yuǎn)程對(duì)區(qū)域內(nèi)的纜索起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，及時(shí)掌握區(qū)域內(nèi)多臺(tái)起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，為此需要建立起重機(jī)械遠(yuǎn)程信息管理平臺(tái)。

起重機(jī)械遠(yuǎn)程信息管理平臺(tái)通過在管理中心內(nèi)布置服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、路由器、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并基于ASP．net編制_Lr系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件起重機(jī)械遠(yuǎn)程信息管理平臺(tái)的主要功能如下：1)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程地對(duì)起重機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；2)依據(jù)起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)提供起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)區(qū)域監(jiān)督和管理；3)實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異地監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制；4)系統(tǒng)具有起重機(jī)信息查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警起重機(jī)查詢、運(yùn)營報(bào)告管理、系統(tǒng)信息設(shè)置、系統(tǒng)管理等功能：

2．4系統(tǒng)特點(diǎn)

基于分布式的纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1)通過減少數(shù)據(jù)采集端和傳感器之問的距離，將多種模擬量和狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)或者總線網(wǎng)絡(luò)將各傳感器的信號(hào)傳輸?shù)椒植际娇刂平K端進(jìn)行數(shù)據(jù)硅示、存儲(chǔ)、報(bào)警燈，實(shí)現(xiàn)了對(duì)起重機(jī)各種運(yùn)動(dòng)量的準(zhǔn)確測量、記錄，能夠有效減少現(xiàn)場的布線工作量和現(xiàn)場各種噪聲‘}=擾對(duì)信號(hào)的影響；2)通過分布式采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程信息管理平臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)起重饑司機(jī)、項(xiàng)目部、遠(yuǎn)程管理者等三層次的對(duì)纜索起重機(jī)安全狀態(tài)的管理需求，有效提升丫起重機(jī)的安全性能和信息化管理效率；3)通過在塔架等處布置高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)即叮以擴(kuò)展司機(jī)的操作視野。

3、工程案例

3．1夜郎河大橋概況

渝黔鐵路夜郎河雙線特大橋橋梁中心里程為DKI36十589．00，橋梁全長1120．81"11。主橋采用1—370m上承式鋼筋混凝土x肜(提籃)拱橋。引橋及拱JI子L跨布置為5—32m預(yù)應(yīng)力混凝二卜簡支T梁+4—38ITI鋼混連續(xù)結(jié)合梁+3—38m鋼混連續(xù)結(jié)合梁+4—38tn鋼混連續(xù)結(jié)合梁+16-32131預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁。橋上線路為雙線，線間距為5．0m．全橋位于直線上，大里程橋端部分位于豎曲線上，其他位于平坡上(見圖1)

由于夜郎河大橋具有跨度大、施工周期長等特點(diǎn)，兇此從結(jié)構(gòu)吊裝的角度選用纜索吊機(jī)系統(tǒng)。本橋設(shè)計(jì)纜索吊機(jī)為4×50I纜索吊機(jī)，凈吊重為200t，采用跨徑組合24．2m+548．46In+150．2lm。其結(jié)構(gòu)主要由纜索系統(tǒng)(承重索、牽引索、起重索)、起重小車、錨碇、塔架(含索鞍、承馬)及風(fēng)纜、動(dòng)力系統(tǒng)(牽引卷揚(yáng)機(jī)、起重卷揚(yáng)機(jī)、橫移機(jī)構(gòu))等五部分組成，為_r保證大橋在施工過程中的穩(wěn)定性、安全性，項(xiàng)目指揮部組織相關(guān)廠家設(shè)計(jì)了分布式纜索起重饑安全監(jiān)控系統(tǒng)，并于2015年4月開始安裝。

3．2安全監(jiān)控系統(tǒng)總體解決方案

結(jié)合夜郎河大橋的實(shí)際特點(diǎn)，纜索超重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案如下：

1)對(duì)纜索吊機(jī)的四個(gè)吊重天車的行程位移、吊鉤高度、起吊重量、環(huán)境風(fēng)速以及起重機(jī)的安全限位、操作指令等信息基于研發(fā)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)拱澀示終端安裝在重慶刪的操作室內(nèi)，并配備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸沒備，將監(jiān)控信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái)j-，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場、項(xiàng)目部、總部等3級(jí)管理模式。現(xiàn)場各個(gè)傳感器安裝圖見圖2。2)在兩側(cè)錨點(diǎn)、控制室附近均安裝紅外高清槍機(jī)(共3個(gè))，觀察錨點(diǎn)、控制室情況。在索塔頂部布置變焦攝像頭(共2個(gè))、塔架兩側(cè)分別布置360。高清透霧攝像頭(共2個(gè))．對(duì)索鞍橫移及現(xiàn)場吊裝過程全景進(jìn)行監(jiān)控。分別在操作中心和觀景平臺(tái)布置遙拄手柄，通過布置無線網(wǎng)橋?qū)①F州側(cè)錨點(diǎn)攝像頭

重慶側(cè)塔架變焦及高清攝像頭等監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控圖像傳輸?shù)娇刂?結(jié)語室，由控制室傳輸?shù)讲僮魇易罱K傳輸?shù)接^景平臺(tái)，將貴陽側(cè)塔架攝像頭的監(jiān)控圖像直接傳輸?shù)接^景平臺(tái)。3)在貴州側(cè)觀景平臺(tái)處架設(shè)4臺(tái)46寸拼接顯示器，并配備控制手柄，將9畫面攝像資料在總監(jiān)控室實(shí)時(shí)顯示．．

3．3軟件設(shè)計(jì)界面

系統(tǒng)軟件界面可以分為主界面、參數(shù)設(shè)置界面和歷史數(shù)據(jù)界面等不同功能界面。系統(tǒng)主界面能夠直觀顯示纜索起重機(jī)的工作狀態(tài)和各監(jiān)測量的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)(見圖3)。

4、結(jié)語

為了有效提升纜索起重機(jī)的安全管理水平，同時(shí)結(jié)合纜索起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研發(fā)了分布式纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，并在夜郎河大橋上成功應(yīng)用，取得良好的應(yīng)用效果，主要結(jié)淪如下：1)分布式安全監(jiān)控系統(tǒng)具有現(xiàn)場施工周期短、抗f擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)配置靈活等特點(diǎn)，能夠廣‘泛應(yīng)于各類復(fù)雜起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)中；2)實(shí)現(xiàn)了塒纜索起重機(jī)的二三層次管理模式，有效的解決了公司后臺(tái)級(jí)管理、項(xiàng)目級(jí)管理及區(qū)域級(jí)管理的不同需求，大大提升了管理效率；3)結(jié)合纜索起重機(jī)的實(shí)際受力特點(diǎn)，擴(kuò)展了纜索起重機(jī)的安全監(jiān)控內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了對(duì)纜索起重機(jī)更為全面的監(jiān)控；4)分布式纜索起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)在夜郎河大橋上獲得成功應(yīng)用，表明該系統(tǒng)具備良好的實(shí)際應(yīng)用效果。