何志強

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

近年來，各類機械設(shè)備在我國制造業(yè)、建筑業(yè)以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用，且不斷朝著高速化、大型化、復(fù)雜化以及重載化的方向發(fā)展?；跈C械設(shè)備運行環(huán)境的復(fù)雜性特征與相關(guān)安全要求，將信息化、智能化的新技術(shù)引入機械設(shè)備維護管理中具有必要性，遠程監(jiān)控系統(tǒng)逐漸得到了推廣應(yīng)用。通過遠程監(jiān)控可實時掌握設(shè)備實際運行狀態(tài)，并提供越限報警等功能，保證設(shè)備的安全高效使用。

1 機械設(shè)備遠程監(jiān)控概述

隨著我國工程建設(shè)行業(yè)的不斷發(fā)展，各種機械設(shè)備研發(fā)力度也在增強，并在實際工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用，確保機械設(shè)備可靠、安全、持續(xù)運行，對于工程進度、質(zhì)量、安全、造價等目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。然而，從機械設(shè)備實際運行情況來看，其往往分布范圍較廣，且具有較強的流動性，傳統(tǒng)依靠人工記錄設(shè)備運行情況的方法，不僅效率低，也存在各種漏洞，極易因信息滯后導(dǎo)致設(shè)備故障在不知曉的情況下發(fā)生，整體管理難度大且效果不佳，極易出現(xiàn)安全事故。例如：2021 年，全國共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故734 起、死亡840 人，其中，起重傷害事故55 起、機械傷害事故43 起。目前，國內(nèi)已對機械設(shè)備監(jiān)控管理提出了明確要求，如2011 年開啟起重機械設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)的前期試點，2015 年底對于未安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的大型起重機械都不予以使用?；谙嚓P(guān)國家政策的推動，機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用是必然趨勢，對于制造、租賃、使用單位而言，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可實時掌握機械設(shè)備運行參數(shù)，對追查設(shè)備引起的安全生產(chǎn)事故原因，提供數(shù)據(jù)支撐，提高機械設(shè)備運行安全性、可靠性。

遠程監(jiān)控主要是伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步而發(fā)展起來的，由傳統(tǒng)的單機監(jiān)控逐漸實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，主要功能如下：①采集和處理功能：主要是針對生產(chǎn)過程中各種模擬量、數(shù)字量進行檢測與預(yù)處理，按一定形式輸出，包括打印報表、顯示屏等，幫助工作人員掌握生產(chǎn)全過程；②監(jiān)管功能：對實時監(jiān)測的全部數(shù)據(jù)，工作人員對機械設(shè)備的全部操作進行記錄，整理數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)再處理充分挖掘其價值；③分析功能：充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)對整個機械設(shè)備進行分析，判斷工作效率，是否存在異常等；④控制功能：在監(jiān)測基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)加工，根據(jù)事件決定的控制策略形成控制輸出，實現(xiàn)機械設(shè)備運行管理。機械設(shè)備遠程監(jiān)控是保證設(shè)備穩(wěn)定運行的重要前提，也是工程建設(shè)作業(yè)順利實施的關(guān)鍵。

2 機械設(shè)備主要遠程監(jiān)控內(nèi)容

2.1 遠程監(jiān)控內(nèi)容

工程建設(shè)中主要機械設(shè)備包括以下幾類：土石方及筑路機械、樁工機械、起重機械、水平運輸機械、垂直運輸機械、混凝土及砂漿機械、加工機械、泵類機械、焊接機械、動力機械、地下工程機械、其他機械等。主要需監(jiān)控的機械設(shè)備狀態(tài)包括：停機、怠速、負荷運轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)場、低油量、異常油耗、高油耗等，具體采集數(shù)據(jù)包括：機械設(shè)備運行中的模擬量、開關(guān)量和報警量信息。因此機械設(shè)備遠程監(jiān)控對象多、內(nèi)容復(fù)雜，對于機械設(shè)備制造者、使用者而言，具體監(jiān)控要點如下：

（1）機械設(shè)備制造者。通過遠程監(jiān)控其生產(chǎn)設(shè)備運行狀況，及時掌握機械設(shè)備實時運行裝填，一旦設(shè)備運行過程中發(fā)生異常，可在發(fā)生故障前，及時提醒用戶停止設(shè)備運行，防止因故障導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，同時可在第一時間協(xié)助排除故障，提高服務(wù)質(zhì)量，延長機械設(shè)備使用壽命。

（2）機械設(shè)備使用者?；谶h程監(jiān)控系統(tǒng)的查詢功能，可對機械設(shè)備某時間段的運行狀態(tài)進行歷史查詢、報警統(tǒng)計，通過數(shù)據(jù)分析判斷機械設(shè)備發(fā)生故障的可能性，并及時排除，有效保證機械設(shè)備安全、可靠、持續(xù)運行。此外，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運用，可為追溯施工現(xiàn)場事故原因，提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，明確責(zé)任追究，也為其他工程建設(shè)提供參考經(jīng)驗。

2.2 遠程監(jiān)控需求

基于機械設(shè)備惡劣的工作環(huán)境、較高的安全要求，對其管理工作提出了更高的要求。基于傳統(tǒng)人工管理方法的諸多不足，遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)利用具有必要性，可實時采集、傳輸機械設(shè)備的運行參數(shù)，實現(xiàn)機械設(shè)備全方位管理。為保證機械設(shè)備的安全可靠運行，遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)滿足以下需求：

（1）根據(jù)用戶實際需求，針對不同類型機械設(shè)備設(shè)計監(jiān)控界面，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)控各個設(shè)備運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)機械設(shè)備運行時的故障信息，避免機械設(shè)備故障導(dǎo)致發(fā)生安全事故。

（2）提供歷史查詢、統(tǒng)計等功能，通過查詢機械設(shè)備歷史運行狀態(tài)，繪制相關(guān)曲線圖，對某時間段機械設(shè)備運行穩(wěn)定性與可能存在的安全隱患進行分析，及時開展檢修維護工作，提高機械設(shè)備使用效率，延長使用壽命，通過統(tǒng)計設(shè)備運行中的報警信息，對設(shè)備故障原因進行分析，及時解決問題。

（3）提供系統(tǒng)運行安全管理功能，系統(tǒng)中用戶分權(quán)限管理，使用登錄密碼進行加密管理，防止數(shù)據(jù)泄露導(dǎo)致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定；系統(tǒng)服務(wù)器端程序設(shè)置自動啟動功能，即使系統(tǒng)發(fā)生異常也可持續(xù)安全運行。

（4）加強系統(tǒng)后期維護工作，提供客戶端程序自動更新功能。基于用戶需求的變化，系統(tǒng)客戶端進行相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化，用戶可在登錄過程中下載最新運用程序，有效控制系統(tǒng)維護成本與工作量。

3 機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

本文以大型起重機設(shè)備為例詳細分析了機械設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，在眾多工程機械設(shè)備中，起重機械的運用非常廣泛，它屬于國家規(guī)定的特種設(shè)備，潛在安全隱患多，一旦發(fā)生事故極易造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至是人員傷亡。對此，起重機械必須有更為完善的監(jiān)控系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)起重機械運行故障與危險狀態(tài)，并進行報警提示，以便機械設(shè)備管理維護人員及時解決，保證設(shè)備安全工作與運行。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要組成部分包括：數(shù)據(jù)采集和處理單元，起重機監(jiān)控系統(tǒng)主機，無線傳輸單元，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器以及遠程監(jiān)控平臺軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集和處理單元：通過現(xiàn)場總線采集起重機原有控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，包括開關(guān)量、模擬量、過程數(shù)據(jù)、報警故障信息，并傳輸至起重機監(jiān)控系統(tǒng)主機，主要監(jiān)控內(nèi)容見表1。

表1 起重機械監(jiān)控內(nèi)容

（2）起重機監(jiān)控系統(tǒng)主機（包括系統(tǒng)軟件）：系統(tǒng)采用組態(tài)軟件設(shè)計人機界面系統(tǒng)，顯示起重機運行數(shù)據(jù)、故障報警信息，提供數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、存儲、歷史查詢、故障報警定位、權(quán)限管理、趨勢曲線分析、設(shè)備信息管理以及視頻監(jiān)控等功能。

（3）無線傳輸單元：接收系統(tǒng)主機監(jiān)控數(shù)據(jù)，并發(fā)送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

（4）數(shù)據(jù)中心服務(wù)器：由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接收監(jiān)控數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解析、處理以及存儲，并與遠程監(jiān)控平臺軟件建立數(shù)據(jù)連接。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

此遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件總體設(shè)計（圖1）。

圖1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖

（1）數(shù)據(jù)采集和處理單元：選用西門子57-1200PLC 為核心控制器，成本低、體積小，安裝容易，可使監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品化。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)主機：選用諾達佳工業(yè)平板電腦工控機TPC6000-6120T，配置WinCC 組態(tài)軟件，設(shè)置100/1000 Mbps 以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)工控機與S7-1200PLC 之間的OPC 數(shù)據(jù)通信。

（3）無線傳輸單元：選用F7114 型IP MODEM 無線數(shù)據(jù)終端，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸、GPS 定位功能。

（4）數(shù)據(jù)中心服務(wù)器：選用DELL 8410 系列服務(wù)器，配置Xeon E5606 2.13 GHz CPU，8 GB 內(nèi)存，通過防火墻與Internet公網(wǎng)連接，滿足遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行要求。

3.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)起重機機械設(shè)備實際運行需求，本系統(tǒng)總體功能設(shè)計如圖2 所示。人機界面設(shè)計簡潔、直觀，可通過設(shè)備工作狀況動態(tài)模擬還原現(xiàn)場實際情況，便于管理人員實時、全方位掌握施工現(xiàn)場情況。管理人員登錄后，可在主界面點擊不同按鈕進入不同功能畫面，具體如下：

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的總體功能設(shè)計

（1）實時監(jiān)控功能包括整機監(jiān)控、主副起升監(jiān)控、大小車監(jiān)控功能（表2）。

表2 實時監(jiān)控功能一覽表

（2）歷史數(shù)據(jù)回放功能。WinCC 組態(tài)軟件提供數(shù)據(jù)歸檔功能，過程變量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫表形式在WinCC SQL 數(shù)據(jù)庫中歸檔儲存，可被查詢與調(diào)用。

（3）數(shù)據(jù)趨勢曲線分析功能：以圖形形式處理過程數(shù)據(jù)，以趨勢顯示過程數(shù)據(jù)，提供各機構(gòu)實時狀態(tài)曲線趨勢、歷史曲線趨勢回放功能，曲線可放大、縮小、打印與導(dǎo)出。

（4）報警故障記錄與查詢功能：為用戶提供報警故障發(fā)生信息與時間、故障代碼、復(fù)位情況，并提示報警故障解決辦法，可生成相關(guān)報表，為起重機械設(shè)備維護管理、故障排除提供參考數(shù)據(jù)。

（5）運行維護和設(shè)備信息查詢功能：系統(tǒng)提供按機構(gòu)查詢運行維護信息的功能，對各機構(gòu)主要部件與易損易耗件使用時間、次數(shù)進行統(tǒng)計，并與相關(guān)額定值進行對比，達到預(yù)設(shè)報警值時及時報警提示，并生成運行維護保養(yǎng)單，系統(tǒng)提供信息查詢功能，包括起重機性能參數(shù)表、主要配件廠商表、機械總圖、電氣原理圖等。

（6）視頻監(jiān)控功能：系統(tǒng)使用WinCC 提供的IE 瀏覽器控件，并通過外部硬盤錄像機Web 訪問功能實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代工程中機械設(shè)備使用種類、數(shù)量的不斷增加，相應(yīng)的管理難度不斷增大。為實現(xiàn)機械設(shè)備安全、高效運行，遠程監(jiān)控的重要性逐漸凸顯，通過合理的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，可為機械設(shè)備維護提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時其報警功能有利于在第一時間發(fā)現(xiàn)故障并處理，而歷史數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)趨勢曲線分析等功能，可幫助管理人員分析機械設(shè)備運行狀態(tài)、故障原因，并制定相關(guān)維護管理方案，對于機械設(shè)備后續(xù)維護與管理意義重大，切實保證工程建設(shè)的安全順利完成。