黃國健劉 金李鋈春陳 敏王新華

(1.廣州特種機電設(shè)備檢測研究院 廣州 510663)

(2.中山大學(xué) 廣州 510275)

廣州造船龍門起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗情況

黃國健1,2劉 金1李鋈春1陳 敏1王新華1

(1.廣州特種機電設(shè)備檢測研究院 廣州 510663)

(2.中山大學(xué) 廣州 510275)

本文簡要回顧了2011年以來我國政府要求大型起重機械加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的歷程，重點介紹了廣州造船龍門起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的檢驗及傳感器類型、工作時間和掃描周期、聯(lián)鎖保護、起重綜合誤差試驗，視頻信息系統(tǒng)的檢驗方法。

造船龍門起重機 安全監(jiān)控管理系統(tǒng) 檢驗

1 工作背景

1.1 政策標(biāo)準(zhǔn)

《國務(wù)院關(guān)于進一步加強企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(國發(fā)[2010]23號)，明確指出“大型起重機械要安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”。為貫徹落實國務(wù)院的通知，國家安監(jiān)、質(zhì)檢總局于2011年3月25日聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)＜大型起重機械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實施方案＞的通知》(國質(zhì)檢特聯(lián)[2011]137號)，通知明確指出：2011年需完成安全監(jiān)控管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)制定和部署試點工作，2012年需完成總結(jié)試點和擴大試點工作，2013年所有新制造的大型起重機械上需全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，2014年所有在用的大型起重機械上需全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，到2015年對于尚未安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的大型起重機械，將不予使用；2011年12月16日發(fā)布了《關(guān)于開展大型起重機械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)前期示范試點工作的通知》(質(zhì)檢辦特聯(lián)[2011]1394號)，確定了大型起重機械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)前期示范試點單位。

國家標(biāo)準(zhǔn)委于2012年5月發(fā)布GB/T 28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的構(gòu)成、系統(tǒng)的監(jiān)控、系統(tǒng)的性能要求、試驗方法和系統(tǒng)的檢驗[1]。

國家安監(jiān)、質(zhì)檢總局于2013年1月發(fā)布了《關(guān)于在部分大型起重機械推廣應(yīng)用安全監(jiān)控管理系統(tǒng)及繼續(xù)深入開展示范試點工作的通知》(質(zhì)檢辦特聯(lián)[2013]5號)，指出2013年的工作重點是放在200t及以上通用門式起重機上。國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備局于2013年6月發(fā)布了《質(zhì)檢總局特種設(shè)備局關(guān)于做好大型起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗工作的通知》(質(zhì)檢特函[2013]34號)，明確規(guī)定了起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的項目、內(nèi)容、方法和要求，為設(shè)計單位、使用單位和檢驗單位提供了技術(shù)指導(dǎo)。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)

國內(nèi)外專家學(xué)者針對起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)展開了廣泛的研究。其中，高校牽頭探索性開發(fā)的系統(tǒng)比較多，上海交通大學(xué)的步豐林教授團隊以交流變頻器和變頻電機作為傳動裝置、PLC為控制裝置、計算機為管理裝置來設(shè)計和實現(xiàn)了岸邊集裝箱起重機的監(jiān)控系統(tǒng)[2]；上海振華重工集團有限公司的張曉芳等提出了一種大型浮式起重機運行智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法，該系統(tǒng)可為分析、判斷大型浮式起重機運行狀態(tài)及其安全事故提供可靠的科學(xué)依據(jù)[3]；西安建筑科技大學(xué)的孫敏基于Proteus 進行原理圖設(shè)計，根據(jù)Proteus中的電子元件特性模擬了監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器，利用Proteus與Keil的聯(lián)合調(diào)試進行仿真分析，并進行PCB板設(shè)計，開發(fā)出了一套汽車起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)[4]；沈陽建筑大學(xué)的王勛等對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的塔式起重機監(jiān)控系統(tǒng)展開了研究，實現(xiàn)了建筑機械和無線通信的良好組合[5]；華東交通大學(xué)的楊輝教授團隊開發(fā)了一套橋式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時監(jiān)視設(shè)備運行狀況和故障報警，能提供歷史數(shù)據(jù)查詢，為維護和修理帶來極大的方便[6]；大連理工大學(xué)的張元良教授團隊研究和設(shè)計了一套基于Zigbee的門式起重機起重量安全監(jiān)控系統(tǒng)[7]。除高校外，西門子、港迪電氣等各起重機控制系統(tǒng)提供商也紛紛按國標(biāo)升級或推出自己的安全監(jiān)控系統(tǒng)，并更多應(yīng)用在大型起重機中。

廣州特種機電設(shè)備檢測研究院(以下簡稱廣州機電院)也在該領(lǐng)域投入了大量人力物力進行研究，并取得了一定成果，該院研發(fā)中心下屬仿真分析與風(fēng)險監(jiān)測研究室（以下簡稱仿真室）申請的國家質(zhì)檢總局科技計劃項目《基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)》（2012QK069）已順利通過驗收，該項目所開發(fā)的門座起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)已安裝在廣州某港口的門座起重機上，并基于該項目成果，制定了《起重機械安全監(jiān)控系統(tǒng)檢驗細則》等一系列作業(yè)文件。

2 廣州檢驗概況

各個廠家推出的起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)五花八門，但系統(tǒng)開發(fā)的主要依據(jù)都是GB/T 28264-2012《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》。目前所檢驗的全部起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)均由相互獨立的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和視頻信息系統(tǒng)組成，圖1為起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

圖1 起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

廣州機電院在開展起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)檢驗驗證工作前期，做了大量基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。通過完成科技項目和學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，編制了QT156-2013《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗操作規(guī)程》、《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗原始記錄》、《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗報告》等規(guī)范文件。

依托以上編制的規(guī)范文件，廣州機電院從2013年9月到2013年年底，以委托檢驗的方式，完成了廣州轄區(qū)內(nèi)所有11臺320t以上造船門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗驗證工作，其中包括華南地區(qū)起重噸位最大的1臺900t造船龍門起重機以及5臺600t造船龍門起重機。通過這些檢驗，發(fā)現(xiàn)了一系列問題，如龍門起重機與門座起重機之間無防碰撞監(jiān)控、程序的掃描周期大于100ms等，針對這些問題，向企業(yè)提出了整改意見。通過本輪檢驗指出并協(xié)助企業(yè)解決了生產(chǎn)操作中存在的問題，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟和社會效益。

3 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)檢驗要點

由于需檢驗的項目較多，本文重點分析較重要或經(jīng)常出問題的檢驗項目。

3.1 傳感器類

傳感器屬于信息采集源，它是整個安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，表1為造船龍門起重機需具備的采集源[5]，圖2為造船龍門起重機傳感器大致位置圖。在對傳感器的監(jiān)控狀態(tài)進行檢驗時，需先找到對應(yīng)的傳感器，然后人為操作傳感器斷開或閉合，以觀察監(jiān)控系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確反映其狀態(tài)。

表1 造船龍門起重機信息采集源

圖2 造船龍門起重機傳感器位置圖

3.2 工作時間和掃描周期

●3.2.1 需記錄的參數(shù)

安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確記錄工作時間、累計工作時間和工作循環(huán)次數(shù)，這些重要參數(shù)將為以后的事故鑒定、安全評估和設(shè)備報廢提供重要依據(jù)。具體檢驗方法為：1)工作時間：記錄起重機械各機構(gòu)動作時間點、時間段，與監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)值比較看是否一致；2)累計工作時間：完成一個工作循環(huán)后，調(diào)取試驗過程中存儲的時間數(shù)據(jù)，現(xiàn)場驗證已完成的工作循環(huán)的時間系統(tǒng)應(yīng)全部累加、記錄和存儲；3)工作循環(huán)次數(shù)：查看顯示屏幕上應(yīng)該有工作循環(huán)的次數(shù)，調(diào)取試驗過程中存儲的時間數(shù)據(jù)，系統(tǒng)已完成的工作循環(huán)應(yīng)全部記錄和存儲。

●3.2.2 掃描周期

系統(tǒng)掃描周期一般與系統(tǒng)的硬件及復(fù)雜程度有關(guān)，系統(tǒng)硬件水平越高，掃描周期可以做到越短；系統(tǒng)越復(fù)雜，掃描周期會越長。系統(tǒng)掃描周期過長，有些操作指令會無法記錄到，這樣會給后期的事故鑒定帶來很大的麻煩。例如，在進行事故調(diào)查時，司機堅稱自己采取了正確的操作方法，但由于系統(tǒng)掃描周期過長，系統(tǒng)并未很好地記錄下司機的操作指令，這樣就給事故責(zé)任的追究帶來了很大的麻煩。所以為了使掃描周期達到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡可能地提高系統(tǒng)硬件水平和降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

檢驗時，現(xiàn)場通過查閱實物和產(chǎn)品說明書驗證系統(tǒng)掃描周期不應(yīng)大于100ms。

3.3 聯(lián)鎖保護

聯(lián)鎖保護裝置對于保障工作人員和起重機的安全至關(guān)重要，所以系統(tǒng)需準(zhǔn)確監(jiān)控其狀態(tài)。龍門起重機的聯(lián)鎖保護主要包括門限位和機構(gòu)之間的運行聯(lián)鎖。其中門限位包括大車門限位、上小車門限位和下小車門限位等，在現(xiàn)場進行門限位開關(guān)閉合試驗，監(jiān)控系統(tǒng)顯示應(yīng)與門限位狀態(tài)保持一致；而機構(gòu)之間的運行聯(lián)鎖則主要包括抬吊時上下小車距離、上小車兩吊鉤載重差和上小車兩吊具之間的鉤移差等應(yīng)符合設(shè)計要求，并能被實時監(jiān)控，檢驗時，在空載的條件下，分別進行兩機構(gòu)的動作，其聯(lián)鎖應(yīng)滿足規(guī)定要求，顯示屏應(yīng)實時顯示聯(lián)鎖狀態(tài)。

上小車兩吊具之間的鉤移一般存在于起重量600t及以上的龍門起重機中，此時就需要監(jiān)控其鉤移差，圖3為上小車兩吊具之間的鉤移實物圖。由于鉤移不具備普遍性，所以極易被設(shè)計人員、維保人員和檢驗人員忽視，但是鉤移差又非常重要，當(dāng)鉤移差超過一定值時，起重機由于受載偏心太大極易引起事故，所以系統(tǒng)需準(zhǔn)確監(jiān)控鉤移差。

圖3 鉤移機構(gòu)實物圖

3.4 起重量綜合誤差試驗

起升載荷是龍門起重機工作時受到的最主要載荷，在工作時必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求起吊載荷，當(dāng)起吊載荷超過設(shè)計要求時，會帶來很大的安全隱患，所以系統(tǒng)需準(zhǔn)確監(jiān)控起重量，起重量綜合誤差應(yīng)不大于5%[5]。

造船龍門起重機通常有4個吊鉤，即上小車的2個吊鉤（＃1鉤和＃2鉤）和下小車的主鉤（＃3鉤）和副鉤（＃4鉤），4個吊鉤的起重量綜合誤差都應(yīng)滿足要求。每個吊鉤的載荷試驗不少于3次，且試驗載荷不低于30%的額定起重量，推薦100%額定起重量作為必測點，其他兩點在30%～100%額定起重量之間任意選取[5]。

根據(jù)多次檢驗經(jīng)驗，該檢驗項目耗時最長，大約需要1天時間，約占整個檢驗時間的一半。由于耗時較長，不但增加了檢驗人員的工作量，更重要的是增加了起重機的停工時間，這樣勢必會提高企業(yè)的經(jīng)營成本，所以在保證完成工作的前提下，應(yīng)對載荷進行合理組合和分配，力求用最短的時間完成工作。以某臺600t造船龍門起重機為例，其＃1鉤和＃2鉤額定起重量為300t，＃3鉤額定起重量為350t，＃4鉤額定起重量為30t，由于＃4鉤額定起重量較小，容易完成檢驗，現(xiàn)只對＃1鉤、＃2鉤和＃3鉤的起重量綜合誤差試驗的載荷組合和分配方案進行研究。圖4為起重量綜合誤差試驗流程圖，通過合理組合和分配載荷，能最大限度地提高工作效率，縮短起重機停工時間。做完三次載荷試驗后，按照式（1）計算起重量綜合誤差[5]。

式中：

圖4 起重量綜合誤差試驗流程圖

Eq——起重量綜合誤差；

Qa——系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)，單位為噸，t；

Qb——試驗載荷的實際數(shù)據(jù)，單位為噸，t。

3.5 視頻信息系統(tǒng)

由于造船龍門起重機占用空間較大，而司機的視野又非常有限，起重機工作過程中存在大量視覺盲區(qū)。為了消除該隱患，需裝設(shè)視頻信息系統(tǒng)，以充當(dāng)司機的“眼睛”，為安全作業(yè)提供保障。

系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠至少監(jiān)控吊點及大車行走區(qū)域的視頻圖像，為了進一步確保安全，最好同時能監(jiān)控上、下小車行走區(qū)域的視頻圖像，圖5為推薦使用的造船龍門起重機攝像頭分布示意圖。其中，柔腿和剛腿內(nèi)側(cè)上方的兩個攝像頭共同監(jiān)控吊點（必要時帶云臺控制）；剛腿、柔腿兩側(cè)均需裝有攝像頭，以監(jiān)控剛腿側(cè)大車行走區(qū)域；上下小車兩側(cè)均裝設(shè)攝像頭，可監(jiān)控上下小車行走區(qū)域。

圖5 造船龍門起重機攝像頭分布示意圖

4 結(jié)束語

1）在進行傳感器類的檢驗時，需先找到對應(yīng)傳感器的準(zhǔn)確位置，人為操作傳感器，觀察系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確監(jiān)控其動作狀態(tài)；

2）系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確記錄工作時間、累計工作時間和工作循環(huán)次數(shù)，同時確保掃描周期不大于100ms；

3）進行聯(lián)鎖保護檢驗時，如果上小車有鉤移裝置，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能準(zhǔn)確監(jiān)控鉤移差等；

4）起重量綜合誤差試驗耗時較長，應(yīng)對載荷進行合理組合和分配，力求用最短的時間完成檢驗工作；

5）視頻信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠至少監(jiān)控吊點及大車行走區(qū)域的視頻圖像，最好同時能監(jiān)控上下小車車行走區(qū)域的視頻圖像。

6）目前檢驗的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)均由相互獨立的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和視頻信息系統(tǒng)組成，為了進一步提高工作效率和系統(tǒng)可靠性，可考慮從設(shè)計、制造角度將這兩個系統(tǒng)整合成一個系統(tǒng)；此外，起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的檢驗與起重機定檢有比較多的重合部分，建議在今后的檢驗中，將該部分的工作納入起重機定檢項目中。

1 GB/T 28264-2012 起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[S].

2 程嚴(yán)駿. 岸邊集裝箱起重機監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].上海：上海交通大學(xué),2012.11.

3 張曉芳,蔡東偉. 大型浮式起重機運行智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 起重運輸機械,2012,(9)：10～12.

4 孫敏,張曉鐘,楊毅. 基于Proteus的汽車起重機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機械設(shè)計與研究,2013,29(2)：117～120.

5 王勛,周悅,李皓明. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的塔式起重機監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 建筑機械,2013,(6)：78～86.

6 余丹.橋式起重機監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計[D].南昌：華東交通大學(xué),2011.6.

7 董健. 基于Zigbee的門式起重機起重量安全監(jiān)控系統(tǒng)[D].大連：大連理工大學(xué),2010.12. 8 黃國健. 基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)（2012QK069）[R].廣州: 廣州市特種機電設(shè)備檢測研究院,2013.

The Inspection of Shipbuilding Gantry Cranes’ Safety Monitoring and Management System

Huang Guojian1,2Liu Jin1Li Wuchun1Chen Min1Wang Xinhua1
(1.Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing Guangzhou 510663 )
(2.Sun Yat-sen University Guangzhou 510275)

This paper briefy reviews process of ftting safety monitoring and management system for large hoisting machinery to satisfy the requirement of the government since 2011. The safety monitoring and management system and sensor type, working time and scan cycle, interlock protection, hoisting the comprehensive error test, test method of video information system of Guangzhou Longmen shipyard crane is emphatically introduced.

Shipbuilding gantry crane Safety monitoring and management system Inspection

X941

：B

1673－257X(2014)11－44－05

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.013

黃國健，工學(xué)博士、博士后，高級測控工程師、高級質(zhì)量工程師，主要從事傳感技術(shù)、力學(xué)分析、特種設(shè)備仿真分析與風(fēng)險監(jiān)測技術(shù)研究。

2014-07-23）