1、概述

纜索起重機(簡稱纜機)是一種以柔性鋼索作為大跨距支承構(gòu)件，兼有垂直運輸和水平運輸功能的特種起重機械。纜機在混凝土大壩工程、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、卷揚機系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等部分。纜索吊機由于其具有載荷多變、機構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)跨度大等特點，具有安全風(fēng)險高，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纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

依據(jù)GB／T28264-2012起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)，對于纜索起重機，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、運行行程限位器、聯(lián)鎖保護(hù)安全裝置、門限位、機構(gòu)之間的運行聯(lián)鎖、風(fēng)速儀裝置、操作指令、工作時間、累計工作時間、視頻系統(tǒng)等內(nèi)容。

1．2纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處

依據(jù)GB／T28756-2012纜索起重機的內(nèi)容，對于纜索起重機的安全監(jiān)控系統(tǒng)過于強調(diào)對起重機吊裝過程的監(jiān)控，對天車的運行高度、行程、重量、風(fēng)速、偏斜等進(jìn)行了監(jiān)測。但對于纜索起重機而言，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，因此建議增加對塔架和纜索系統(tǒng)的安全監(jiān)控。

對于塔架的安全監(jiān)控應(yīng)側(cè)重于對塔架在空載和負(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)載情況下時會出現(xiàn)傾斜，基于傾斜角的大小來判斷塔架的安全度。對于承重索系統(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、分布式纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)

針對纜索起重機的安全監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，考慮到纜索起重機具有跨度大，控制機構(gòu)和工作機構(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)場難以實施等特點，擬采用分布式安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對纜索起重機運行狀態(tài)的全方位監(jiān)測、多種不同危險的預(yù)警以及運營作業(yè)的信息化管理，能夠有效提升起重機的安全水平和運營效率。分布式起重機安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由安裝在起重機上的分布式數(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)域起重機械信息管理平臺三部分組成。分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由帶動態(tài)顯示的主機、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采集并顯示起重機的運行狀態(tài)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由分別布設(shè)在起升卷揚機、后錨、吊鉤、運行軌道、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)控起重機的吊重狀態(tài)。域起重機械信息管理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域多個項目工地、多類起重機運營信息以及安全狀態(tài)的實時管理，便于實現(xiàn)區(qū)域起重機遠(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)需要實現(xiàn)對現(xiàn)場的各種模擬量、狀態(tài)量信息的采集、顯示、存儲和報警等功能若對模擬量和狀態(tài)量信號進(jìn)行集中采集，則必然會遇到信號衰減大、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)信號連接，能夠有效減少信號的于擾，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)能夠有效擴展操作人員的視野，同時也能達(dá)到人員檢修不易接觸的區(qū)域，但纜索起重機存在跨度空問大、距離長等特點傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于同軸電纜進(jìn)行連接，線纜需要跨越整個纜索吊，現(xiàn)場線纜k度大，布線工作困難，存在信號衰減、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)，減少外部噪聲對信號的干擾，提升視頻監(jiān)控的效果。

2．3起重機遠(yuǎn)程信息管理平臺

為r能夠?qū)崿F(xiàn)塒現(xiàn)場的起重機進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，同時也為能夠遠(yuǎn)程對區(qū)域內(nèi)的纜索起重機的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和管理，及時掌握區(qū)域內(nèi)多臺起重機的運行狀態(tài)，為此需要建立起重機械遠(yuǎn)程信息管理平臺。

起重機械遠(yuǎn)程信息管理平臺通過在管理中心內(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)管理平臺軟件起重機械遠(yuǎn)程信息管理平臺的主要功能如下：1)能夠?qū)崿F(xiàn)實時、動態(tài)、遠(yuǎn)程地對起重機狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；2)依據(jù)起重機的運行狀態(tài)提供起重機運行狀態(tài)報表，實現(xiàn)起重機區(qū)域監(jiān)督和管理；3)實現(xiàn)對起重機運行狀態(tài)異地監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制；4)系統(tǒng)具有起重機信息查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、報警起重機查詢、運營報告管理、系統(tǒng)信息設(shè)置、系統(tǒng)管理等功能：

2．4系統(tǒng)特點

基于分布式的纜索起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點有：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)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)或者總線網(wǎng)絡(luò)將各傳感器的信號傳輸?shù)椒植际娇刂平K端進(jìn)行數(shù)據(jù)硅示、存儲、報警燈，實現(xiàn)了對起重機各種運動量的準(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‘}=擾對信號的影響；2)通過分布式采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程信息管理平臺系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)起重饑司機、項目部、遠(yuǎn)程管理者等三層次的對纜索起重機安全狀態(tài)的管理需求，有效提升丫起重機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)即叮以擴展司機的操作視野。

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，兇此從結(jié)構(gòu)吊裝的角度選用纜索吊機系統(tǒng)。本橋設(shè)計纜索吊機為4×50I纜索吊機，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、動力系統(tǒng)(牽引卷揚機、起重卷揚機、橫移機構(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，項目指揮部組織相關(guān)廠家設(shè)計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)合夜郎河大橋的實際特點，纜索超重機安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案如下：

1)對纜索吊機的四個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j-，實現(xiàn)現(xiàn)場、項目部、總部等3級管理模式?，F(xiàn)場各個傳感器安裝圖見圖2。2)在兩側(cè)錨點、控制室附近均安裝紅外高清槍機(共3個)，觀察錨點、控制室情況。在索塔頂部布置變焦攝像頭(共2個)、塔架兩側(cè)分別布置360。高清透霧攝像頭(共2個)．對索鞍橫移及現(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布置遙拄手柄，通過布置無線網(wǎng)橋?qū)①F州側(cè)錨點攝像頭

重慶側(cè)塔架變焦及高清攝像頭等監(jiān)控點的監(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，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。3)在貴州側(cè)觀景平臺處架設(shè)4臺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)控室實時顯示．．

3．3軟件設(shè)計界面

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的工作狀態(tài)和各監(jiān)測量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)(見圖3)。

4、結(jié)語

為了有效提升纜索起重機的安全管理水平，同時結(jié)合纜索起重機的結(jié)構(gòu)特點，研發(fā)了分布式纜索起重機安全監(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、系統(tǒng)配置靈活等特點，能夠廣‘泛應(yīng)于各類復(fù)雜起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)中；2)實現(xiàn)了塒纜索起重機的二三層次管理模式，有效的解決了公司后臺級管理、項目級管理及區(qū)域級管理的不同需求，大大提升了管理效率；3)結(jié)合纜索起重機的實際受力特點，擴展了纜索起重機的安全監(jiān)控內(nèi)容，實現(xiàn)了對纜索起重機更為全面的監(jiān)控；4)分布式纜索起重機安全監(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)具備良好的實際應(yīng)用效果。