馬磊　張貴德　陳文　黃穎　曹詩(shī)龍

【摘 要】本文介紹了基于人工智能的新型倉(cāng)庫(kù)吊繩智能輔助測(cè)量裝置，該裝置在不改變?cè)趵K結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)增設(shè)輔助測(cè)量繩，實(shí)現(xiàn)了在物件吊運(yùn)過(guò)程中對(duì)吊繩受力的實(shí)時(shí)監(jiān)控。輔助裝置由兩部分組成，測(cè)量繩本體和終端，測(cè)量繩能夠完全模擬受力狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算得出原吊繩上的受力大小并在中終端顯示，配合裝置內(nèi)置算法能夠智能評(píng)估起吊作業(yè)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)主動(dòng)預(yù)警。

【關(guān)鍵詞】倉(cāng)庫(kù)；吊繩；輔助裝置

中圖分類(lèi)號(hào)： TH213.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.011

【Abstract】This paper introduces a new type of auxiliary measuring device for warehouse sling based on artificial intelligence， the device can realize the real-time monitoring of the force of the sling in the process of lifting the object， by adding an auxiliary measuring rope without changing the structure of the original sling. The auxiliary device consists of two parts， the body of measuring rope and the terminal， the measuring rope can completely simulate the stress state， and the force on the original sling is calculated and displayed in the middle terminal. The built-in algorithm of the matching device can intelligently assess the safety risk in the lifting operation process and proactively early warning.

【Key words】Warehouse； Sling； Auxiliary Device

0 前言

在進(jìn)行大型物件吊裝作業(yè)時(shí)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在諸多問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。如超特高壓變電站內(nèi)設(shè)備，體積大，價(jià)格高，在吊裝的全過(guò)程中存在多個(gè)難以管控的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。首先，起吊前，由于部分備品備件裝箱起吊，物件本體不可見(jiàn)，操作員僅能依靠自身經(jīng)驗(yàn)人工判斷被吊備件的重心位置，需經(jīng)反復(fù)多次試吊，才可進(jìn)行正式吊裝，操作效率低；其次，備品重心與起吊重心不完全一致，在吊運(yùn)過(guò)程中便會(huì)導(dǎo)致吊繩受力不均勻，嚴(yán)重時(shí)可引起起吊備品大幅晃動(dòng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高；再次，在吊運(yùn)過(guò)程中若某根吊繩內(nèi)部出現(xiàn)少量斷股，憑現(xiàn)有條件，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)若繼續(xù)吊運(yùn)則可能導(dǎo)致吊繩斷裂、備品墜落，發(fā)生人身傷亡和備品損壞的事故。此外，吊繩的安全性能檢測(cè)分為出廠檢驗(yàn)和定期送檢，均為離線檢驗(yàn)方式，無(wú)法及時(shí)迅速獲知吊繩安全性能情況，且部分換流站所在地并無(wú)專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，需送至外地檢測(cè)，吊繩檢驗(yàn)流程耗時(shí)耗力。

1 裝置簡(jiǎn)介

本文介紹了一種能夠在備品庫(kù)吊裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析吊繩受力情況的新型檢測(cè)裝置。該裝置通過(guò)加設(shè)與吊繩同時(shí)起吊的測(cè)力繩，能夠完全模擬吊繩的受力狀態(tài)，計(jì)算測(cè)力繩拉力并結(jié)合力的相似性原理即可測(cè)出吊繩拉力，并可在終端實(shí)時(shí)獲取吊繩上的受力數(shù)據(jù)，配合裝置內(nèi)置算法智能評(píng)估起吊過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)主動(dòng)預(yù)警。該裝置可以從起吊前協(xié)助調(diào)節(jié)吊點(diǎn)分布和起吊過(guò)程中吊繩受力監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面提高倉(cāng)庫(kù)起吊作業(yè)可靠性，從而有效提升倉(cāng)庫(kù)備品安全管理水平。

本文所介紹的倉(cāng)庫(kù)吊繩智能輔助測(cè)量裝置，由輔助測(cè)量繩、拉力測(cè)量模塊、無(wú)線通信模塊、聲光報(bào)警模塊、邏輯模塊、電池模塊、顯示屏和終端組成，其中無(wú)線通信模塊、聲光報(bào)警模塊、邏輯控制模塊、電池模塊和顯示屏組成邏輯集成模塊。如圖1所示，輔助測(cè)量繩與拉力測(cè)量模塊兩端相連接，使用過(guò)程中將測(cè)量繩與吊繩一起固定在被吊物件的相同位置，能夠保證其受力后伸長(zhǎng)量與吊繩相相同。圖中的拉力測(cè)量模塊數(shù)據(jù)與邏輯模塊相連，邏輯模塊將采集得到的數(shù)據(jù)一方面?zhèn)鬏斨翢o(wú)線通訊模塊，使測(cè)量繩能夠與終端進(jìn)行通信，另一方面與內(nèi)部邏輯電路所設(shè)最大定值進(jìn)行比較，若超過(guò)定值，則邏輯模塊輸出信號(hào)至聲光報(bào)警模塊，并啟動(dòng)聲光報(bào)警。邏輯集成模塊自帶鋰電池為其自身供電。

2 原理說(shuō)明

本裝置利用力的相似性原理，在不改變?cè)h(huán)形繩（吊繩）結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)在每根吊繩位置新增一條不同彈性系數(shù)的測(cè)量繩3，利用高精度S型拉力傳感器1，測(cè)量該測(cè)量繩上拉力大小，最后利用相似對(duì)比法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量吊繩受力。根據(jù)吊繩實(shí)時(shí)受力數(shù)據(jù)，本裝置能實(shí)現(xiàn)判斷起吊物是否平衡、給出針對(duì)性調(diào)整建議、吊繩拉力越限報(bào)警等功能。

在試吊過(guò)程中，S型拉力傳感器1將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至邏輯模塊6，再通過(guò)無(wú)線通訊模塊7傳輸至終端14，終端14通過(guò)對(duì)吊繩是否同一時(shí)刻開(kāi)始受力、受力大小是否均勻、受力速度是否相似三個(gè)維度綜合分析，提供起吊方案調(diào)整建議，采用定量化的分析方式有效避免了以經(jīng)驗(yàn)為主要依據(jù)來(lái)判斷起吊物是否平衡的弊端。

在吊運(yùn)過(guò)程中，S型拉力傳感器1將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至邏輯模塊6，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊繩所受拉力變化，當(dāng)某一條吊繩拉力達(dá)到臨界值或者受力突增時(shí)，聲光報(bào)警模塊13啟動(dòng)，提醒地面起吊人員，降低了吊運(yùn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)、減少了吊運(yùn)過(guò)程可能造成的損失。

本裝置的設(shè)計(jì)原理可概括為：

（1）邏輯模塊6對(duì)比吊繩受拉力f大于吊繩可受最大拉力F，即可向聲光報(bào)警模塊13發(fā)送啟動(dòng)指令。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)拉力越限報(bào)警功能。

（2）邏輯模塊6可將吊繩受拉力f通過(guò)無(wú)線通訊模塊7傳輸至終端14。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)吊繩受力精準(zhǔn)分析。

（3）終端14可通過(guò)無(wú)線通訊模塊7將吊繩最大可受拉力F傳輸至邏輯模塊6中。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)不同吊繩越限值的調(diào)整功能。

（4）液晶顯示器8，可顯示此時(shí)拉力大小f以及越限值F，并自帶背光功能。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備自檢功能。

（6）鋰電池9，可對(duì)整個(gè)裝置供電。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間使用該智能輔助裝置功能。

（7）穩(wěn)壓芯片（12V）10，可為S型拉力傳感器1供電。該設(shè)計(jì)可減少該智能輔助裝置電源接入。

3 裝置功能

此處以兩個(gè)使用場(chǎng)景為例，對(duì)本裝置的功能進(jìn)行介紹。

3.1 提高試吊工作效率

備品正式開(kāi)始吊裝前需要進(jìn)行試吊，操作員根據(jù)吊運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，將吊繩與被吊備品固定，然后將測(cè)量繩3與吊繩相同方式與被吊備品固定，測(cè)量繩與吊繩的另一端也以相同方式掛在吊鉤上。完成固定工作后，使測(cè)量繩輕微受力并緩緩起吊，觀察被吊備品是否平穩(wěn)，通過(guò)終端14分析結(jié)果有針對(duì)性地對(duì)吊繩位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可安全高效完成試吊工作。

3.2 吊繩拉力越限報(bào)警

試吊工作完成后，即可進(jìn)行正式吊裝作業(yè)。吊裝過(guò)程中，測(cè)量繩實(shí)時(shí)模擬吊繩的受力狀態(tài)。如圖1所示，與吊繩相同當(dāng)所述S型拉力傳感器1將測(cè)量拉力值f實(shí)時(shí)傳輸至邏輯模塊6。如果此時(shí)吊繩內(nèi)部發(fā)生斷股，那么測(cè)量模塊傳送至邏輯模塊的受力數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)明顯變化，若邏輯模塊判斷測(cè)量拉力值f大于越限值F，則會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警模塊13，及時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)人員當(dāng)前存在分風(fēng)險(xiǎn)，采取措施并中止吊裝作業(yè)，避免更嚴(yán)重的事故發(fā)生。

4 結(jié)論

本發(fā)明基于相似對(duì)比法的倉(cāng)庫(kù)吊繩智能輔助裝置，可用于變電站備品備件起吊外，也可用于各類(lèi)起吊作業(yè)，尤其適用于物件不規(guī)則重心難以查找、多根吊繩起吊等復(fù)雜起吊作業(yè)。在當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模大、任務(wù)重，項(xiàng)目物資吊裝十分頻繁的背景下，該裝置的投入使用，能給予使用者直觀、可靠的信息反饋，協(xié)助操作人員調(diào)整被吊物件及吊繩至最佳狀態(tài)，避免起吊事故和人員傷亡，增加吊裝作業(yè)安全性。