候正魁

（青海中特檢特種設(shè)備檢測有限公司，青海 西寧 810000）

隨著社會的進步以及科技的發(fā)展，許多先進的技術(shù)應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率得到了極大的提升。而隨著計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生。物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，萬物可聯(lián)，推動了現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于起重機設(shè)備，實現(xiàn)了人機之間的無障礙交流，改善了起重機操作人員的工作環(huán)境，提升了起重機的工作效率和質(zhì)量。起重設(shè)備的應(yīng)用以及發(fā)展有著極為深遠的影響。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)的概念起始于20 世紀初，它的基本定義是指利用射頻識別技術(shù)、傳感器紅外線感應(yīng)器等裝置和技術(shù)，對目標對象進行監(jiān)控和連接，同時，對目標對象的位置、聲音、化學(xué)、力學(xué)、生物等各種需要掌握的信息進行采集，并形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)物與物、物與人、物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，達到管理控制和識別的目的。物聯(lián)網(wǎng)包含四大關(guān)鍵因素，射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、M2M 及電子信息技術(shù)。射頻識別技術(shù)即無線射頻識別，又稱為電子標簽。它利用無線的電池信號對目標進行相關(guān)數(shù)據(jù)的識別和讀寫，與特定的目標建立起接觸。傳感技術(shù)是利用合理布局的傳感器組成傳感網(wǎng)，是數(shù)據(jù)的通信單元以及處理單元的節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)。電子信息技術(shù)是在工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行信息化的管理。M2M 是人與機器、機器與機器、網(wǎng)絡(luò)與機器之間的連通，代表了系統(tǒng)之間的通信連接的技術(shù)以及手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使管理技術(shù)以及物體之間融合為一個整體，實現(xiàn)了人機之間的無障礙交互。

2 物聯(lián)網(wǎng)起重機遠程操作系統(tǒng)的特征

與傳統(tǒng)的起重機操作與管理相比，物聯(lián)網(wǎng)起重機遠程操作系統(tǒng)具有極大的技術(shù)優(yōu)勢。傳統(tǒng)的起重設(shè)備的保護措施僅僅限于荷載和力矩的限位，只能進行單機的人工操作以及監(jiān)控或者是進行小范圍的集群監(jiān)控管理，很難滿足目前復(fù)雜的工作環(huán)境以及貨物裝卸的要求，同時，其工作的效率和安全難以得到保證。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，則有效地解決了這一難題。物聯(lián)網(wǎng)起重機的遠程操作系統(tǒng)具有兩大明顯的特征：第一，信息的分析和決策由計算機來完成。傳統(tǒng)的起重設(shè)備有起重機的操作人員對設(shè)備的重量、運行的路線、掛鉤狀況等環(huán)境信息進行收集，然后做出相應(yīng)的決策，例如，掛鉤已就位，調(diào)運貨物重量符合要求，可以進行操作起吊。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的計算機操作系統(tǒng)，則可以通過遠程的信息收集和自動感知，并由計算機做出吊裝線路、吊裝方法等吊裝方案，起重機的操作人員則根據(jù)計算機的信息分析和決策進行輔助。第二，物聯(lián)網(wǎng)起重機的遠程操作系統(tǒng)，可以不受距離以及時空的局限，進行人與機器器與機器之間的信息的交互。舉例來說，傳統(tǒng)的起重機的操作，必要時，需要操作人員及管理人員實地進行查看，判斷是否產(chǎn)生故障以及是否需要維修以及能否吊裝。而物聯(lián)網(wǎng)起重機的遠程操作系統(tǒng)，可以在遠程的狀態(tài)下對起重機的各種數(shù)據(jù)，如油壓、溫度等等現(xiàn)場信息進行收集，然后做出分析判斷和決策，極大地提升了起重機的效率，同時，使起重機更具有穩(wěn)定性和安全性。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠程操控系統(tǒng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機的遠程操作系統(tǒng)上的應(yīng)用，從技術(shù)架構(gòu)上包括3 個層面，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。

3.1 感知層

感知層的作用與人體的感知器官，眼睛、皮膚等神經(jīng)末梢的作用相同，是對起重機的外部環(huán)境以及工作環(huán)境進行感知，從而對物體進行識別，對物體的信息進行采集。感知層包括監(jiān)控單元、開關(guān)信號以及各種傳感器，它可以采用并聯(lián)的方式。感知層中極為重要的是傳感器技術(shù)的應(yīng)用。起重機的遠程操控系統(tǒng)感知層的傳感器包括振動傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器、輪壓傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、繼電器、行程限位器、超載限制器等組成，對起重機的運行狀態(tài)進行感知，它包括上升下降的方向、小車及大車運行的方向、升降的速度、運行的速度、升降的高度、運行的距離、極限位置、繼動器的開合狀態(tài)等等信息進行識別和收集。同時負責(zé)起重機的安全性能信息的監(jiān)測，包括超載保護、結(jié)構(gòu)變形、運動測試等等起重機的管理活動。另外，感知層還具有獨立的監(jiān)控單元，通過傳感器數(shù)據(jù)的收集和分析，對異常問題做出快速的反應(yīng)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層其作用于人的神經(jīng)中樞和大腦相當，包括互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通訊網(wǎng)以及私人網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)及云計算平臺。主要作用是對感知層的信息進行傳遞以及處理。起重機的遠程操作系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要有Internet 局域網(wǎng)以及電信網(wǎng)兩種，而隨著5G 技術(shù)的應(yīng)用和實施，在遠程操作系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。起重機的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層主要包括以太網(wǎng)通訊模塊，負責(zé)將網(wǎng)絡(luò)線上的信號轉(zhuǎn)換成為CPU 能夠識別的數(shù)據(jù)。5G 路由器，為設(shè)備端提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其主要作用是將采集設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)進行連接。用戶服務(wù)器，起主要作用是對遠程的起重機設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行存儲和調(diào)用。5G 技術(shù)在起重機遠程操作系統(tǒng)中的應(yīng)用，其提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?、容量更大、精準性更高，避免了因信號受到干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層會利用公共云服務(wù)平臺，將數(shù)據(jù)在云服務(wù)平臺進行存儲，而客戶端通過對云平臺上數(shù)據(jù)的訪問來實現(xiàn)遠程的操作和管理。為了防止數(shù)據(jù)的泄漏，確保數(shù)據(jù)的安全，可以采取自有協(xié)議直接通訊的方式來完成。感知層的數(shù)據(jù)直接向服務(wù)器進行發(fā)送，使主機與服務(wù)器之間建立鏈接，通過定時發(fā)送的方式，并對定時發(fā)送的頻率進行靈活的設(shè)置，確保數(shù)據(jù)信息的及時性和準確性。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層相當于整個系統(tǒng)的司令部，他將收集的數(shù)據(jù)信息進行存儲，對起重機的運行進行操作和管理，同時，還具有為起重機的操作人員和管理人員提供相應(yīng)的交互接口。應(yīng)用層一般包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序以及通訊程序，數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建要確保兼容性和易容性。起重機的操作人員管理人員可以利用電腦或者手機對系統(tǒng)進行訪問，清楚地掌握起重機的運行狀態(tài)，同時并了解起重機的安全狀況。還可以利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對起重機的綜合性能進行分析，并提出適當?shù)木S護保養(yǎng)建議。操作人員和管理人員可以通過交互界面來實現(xiàn)對起重機的操作以及管理。

另外，起重機的應(yīng)用層能夠?qū)ζ鹬貦C的歷史操作過程以及故障點兒運行狀態(tài)進行記錄和監(jiān)測，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理芯片，可以對數(shù)據(jù)信息以及信號進行實時的分析和運算，并能夠設(shè)置安全性能指標，當關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件以及關(guān)鍵零部件的狀況以及運行的狀態(tài)到達臨界報警點時，可以對操作人員進行提示，遠程管理人員也可以獲取相關(guān)信息，從而確保起重設(shè)備的穩(wěn)定而又安全地運行。

4 遠程操作系統(tǒng)的功能

起重機的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠程操作系統(tǒng)一般分為三個部分，即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及中心控制平臺，三個系統(tǒng)緊密地結(jié)合在一起，實現(xiàn)了人與機器、機器與機器之間的緊密配合，通過對數(shù)據(jù)的分析處理，完成了起重量起重力矩小車、大車吊鉤高度以及回轉(zhuǎn)角度的實時操作，并確保起重機的起重性能曲線，在一定的限制范圍內(nèi)。同時，還可以對作業(yè)中的危險工況進行記錄，并將之作為事故分析處理的依據(jù)。操作人員及管理人員可以隨時地進行調(diào)閱，進而總結(jié)經(jīng)驗，提高操作和管理的水平。

4.1 起重機的運行操作和管理功能

起重機的遠程操作系統(tǒng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對起重機遠程操作并對運行的狀態(tài)進行監(jiān)控和管理。通過物聯(lián)網(wǎng)中的傳感技術(shù)以及Gis 技術(shù)，可以對起重機的起重量、起重力矩、起重升高、大小車運行位置進行遠程的監(jiān)測，并通過人機交互的界面，通過中心控制平臺來進行相應(yīng)的操作。另外，操作人員以及管理人員可以通過中心控制平臺，在遠程對起重機的工作環(huán)境進行了解，如風(fēng)速以及溫度的變化，實時顯示起重機的整機工作狀態(tài)，包括高低壓供電狀況、運行方向、驅(qū)動器、電機升溫制動器等。同時，還可以了解起重機的安全狀況。物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)在遠程操作系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠完全滿足國家關(guān)于起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)中的構(gòu)成以及性能的要求，滿足相關(guān)的實驗方法和系統(tǒng)的檢驗，并且實現(xiàn)了起重機電控系統(tǒng)的遠程操作（圖1）。

圖1

4.2 金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測功能

起重機的承載結(jié)構(gòu)是金屬結(jié)構(gòu)，如果過度受力以及一定程度的損傷，都會對起重機的運行和操作帶來嚴重的影響。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感技術(shù)，并與傳統(tǒng)的壓電傳感器以及聲發(fā)射等無損檢測融合在一起，可以實時的對運行的受力狀態(tài)進行監(jiān)控，對起重機的結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進行采集，特別是重點的部位的應(yīng)力，進行應(yīng)變信號的同步、實時的采集和分析，并將之傳輸給遠程的操作人員以及管理人員，為操作人員和管理人員提供精準的數(shù)據(jù)分析，使管理人員和操作人員在遠程即可做出相應(yīng)的判斷，采取必要的措施，從而避免事故的發(fā)生，確保起重機的使用壽命。

4.3 人機交互功能

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了起重機的人機交互功能，實現(xiàn)了人與機器之間的智能識別，使操作人員以及管理人員與起重機相互對應(yīng)，防止了其他人員對起重機的介入操作，提高了起重機操作的安全性。操作人員以及相關(guān)的管理人員需要進入起重機或者遠程操控時，首先，要利用RFIR 的身份識別技術(shù)對相關(guān)人員的身份和權(quán)限進行識別，不同的授權(quán)可以進行與之相對應(yīng)的操作，作業(yè)人員只有通過身份識別后，才能夠正常地進行起重機的作業(yè)。管理人員如果登錄并對起重機進行鎖定，其他人員則無法再進行相應(yīng)的操作，除非管理人員將鎖定解除后方可進行。管理人員可以對作業(yè)人員的操作權(quán)限進行授權(quán)，從而確保了操作系統(tǒng)的安全性和可靠性。另外，還可以對相關(guān)的違規(guī)操作的發(fā)生以及類型進行記錄，使起重機的操作更加的規(guī)范。

4.4 起重機的運維保護及故障診斷分析功能

系統(tǒng)中能夠自由地進行維護周期和更換間隔的自由調(diào)整，對損耗的部件的更換以及周期性的保養(yǎng)的時間進行自動的記錄，并于規(guī)定的維護周期和更換間隔進行對比，在達到運行維護的周期，或者是必須進行損耗部件的更新會發(fā)出提醒功能，從而能夠延長起重機設(shè)備的使用壽命。

另外，可以記錄和儲存起重機故障的內(nèi)容、時間以及具體的位置以及解決方法，相關(guān)的作業(yè)人員可以通過人機交互界面來進行讀取。同時，可以顯示驅(qū)動器plc部分的故障位置以及控制線路存在的問題，故障選項的位置能夠具體到每個故障點。同時，還可以對歷史故障進行儲存，并建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，當有同類的故障產(chǎn)生時，可以直接進行調(diào)用進行比較，從而采取相應(yīng)的措施進行維修和維護。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了人與起重機設(shè)備、起重機設(shè)備之間的遠程交互。通過對起重機的遠程操作與管理，提高了起重機的工作效率，使吊裝更加精準。另外，更加強了起重機的安全操作及管理，使操作和管理更加規(guī)范，及時發(fā)現(xiàn)起重機運行過程中存在的問題并進行相應(yīng)的處理。而隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與先進的技術(shù)融合，例如，云技術(shù)、云存儲技術(shù)、人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，更好地對起重機遠程操作系統(tǒng)進行優(yōu)化和改善，使遠程操作系統(tǒng)更加科學(xué)合理、方便快捷。因此，我們應(yīng)當注重和加強起重機遠程操作系統(tǒng)的開發(fā)和研究，對系統(tǒng)的功能進行拓展和優(yōu)化，進一步地提升起重機效率和穩(wěn)定性、安全性，充分地發(fā)揮起重機的功能和作用，促進我國工業(yè)的發(fā)展。