秦 洪

(西安鐵路局 貨運(yùn)處，陜西 西安 710054)

鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用與思考

秦 洪

(西安鐵路局 貨運(yùn)處，陜西 西安 710054)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 28264-2012 的要求，研發(fā)鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，闡述鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成和應(yīng)用情況，并且提出規(guī)范鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全管理系統(tǒng)、集成金屬結(jié)構(gòu)在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、完善監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集技術(shù)等建議。

鐵路裝卸；門式起重機(jī)；安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)是鐵路貨場(chǎng)的主型裝卸機(jī)械，廣泛應(yīng)用于露天作業(yè)，作業(yè)環(huán)境惡劣，作業(yè)過程載荷復(fù)雜，并逐漸呈現(xiàn)機(jī)械大型化、生產(chǎn)效率要求高、技術(shù)復(fù)雜和作業(yè)連續(xù)性要求強(qiáng)等特點(diǎn)，其安全性十分重要[1]。目前，全路貨場(chǎng)門式起重機(jī)有 1 300 余臺(tái)，超期服役的門式起重機(jī)占到 46%，其中西安鐵路局在用的門式起重機(jī)存在設(shè)備老化、安全防護(hù)設(shè)備缺失和帶病作業(yè)等問題，存在一定安全隱患，在增加養(yǎng)護(hù)維修成本的同時(shí)，嚴(yán)重影響了裝卸服務(wù)質(zhì)量。為了對(duì)門式起重機(jī)進(jìn)行安全監(jiān)控管理，推進(jìn)安全管理規(guī)范化和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化[2]，按照具有“法定性、完整性、全覆蓋性、可追溯性”的鐵路安全管理職責(zé)[3]，以中國鐵道科學(xué)研究院運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所為主體，西安鐵路局參與，共同研發(fā)了鐵路門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，在西安鐵路局 8 個(gè)站段的 17 臺(tái)門式起重機(jī)上成功應(yīng)用，取得了良好效果。

1 鐵路門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為保障起重機(jī)械及其作業(yè)安全，《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》(國發(fā) [2010] 23號(hào)) 明確要求“大型起重機(jī)械要安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”，《關(guān)于印發(fā)大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案的通知》(國質(zhì)檢特聯(lián) [2011] 137號(hào)) 規(guī)定“在所有在用的大型起重機(jī)械上全部安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)”，《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》(GB/T 28264-2012)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式、系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)項(xiàng)目，確定 9 種類型起重機(jī)的信息采集源、監(jiān)控參

數(shù)/狀態(tài)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 28264-2012 的技術(shù)要求，起重機(jī)械安全監(jiān)控管理采集的監(jiān)控參數(shù)包括：起重量、風(fēng)速、起升高度/下降深度、大車小車運(yùn)行行程、同一或不同軌道上運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全距離、司機(jī)操作指令、工作時(shí)間、累計(jì)工作時(shí)間和每次工作循環(huán)；監(jiān)控狀態(tài)包括：起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器狀態(tài)、全車限位與聯(lián)鎖保護(hù)、抗風(fēng)防滑狀態(tài)、供電電纜卷筒狀態(tài)和視頻監(jiān)視[4]。為此，鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)了 B/S 和 C/S 2 種軟件架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)、視頻信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)等系統(tǒng)。鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)門式起重機(jī)工作過程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)重要運(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)進(jìn)行記錄并管理。

1.1 數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊可靈活拆分和組合，既適用于新型的變頻調(diào)速起重機(jī)，也適用于老式的電阻調(diào)速起重機(jī)，主要由各類傳感器、智能儀表、可編程控制器 (PLC)、以太網(wǎng)交換機(jī)、工控機(jī)、觸摸顯示屏、無線 AP、服務(wù)器等組成，其中 PLC 是門式起重機(jī)上數(shù)據(jù)采集控制和顯示的核心設(shè)備。PLC 的 I/O 模塊實(shí)時(shí)采集各傳感器或智能儀表傳來的數(shù)據(jù)信息，PLC 的 CPU 模塊處理所采集的數(shù)據(jù)信息，對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行判斷處理，并將處理后的信息實(shí)時(shí)反映在司機(jī)室觸摸屏上。安裝在門式起重機(jī)上無線客戶端與以太網(wǎng)交換機(jī)相連后，將各類監(jiān)控信息和故障報(bào)警等傳輸?shù)奖O(jiān)控室的服務(wù)器上，得到授權(quán)的門式起重機(jī)管理人員可以通過 web 網(wǎng)頁或客戶端登陸，掌控門式起重機(jī)運(yùn)行情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和故障處理，提高故障排查效率，減少門式起重機(jī)停機(jī)時(shí)間。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集邏輯示意圖如圖 1 所示。

圖1 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集邏輯示意圖

1.2 視頻信息采集系統(tǒng)

視頻信息采集系統(tǒng)為門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成部分，為了直觀地監(jiān)視鐵路貨場(chǎng)中門式起重機(jī)的運(yùn)行情況，在每臺(tái)門式起重機(jī)上安裝了高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)門式起重機(jī)的裝卸作業(yè)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)情況進(jìn)行視頻信息采集，并實(shí)時(shí)顯示在車載和遠(yuǎn)程顯示器上，便于裝卸設(shè)備操作人員和管理人員掌控和了解，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史查詢的功能。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的布置區(qū)域，必須在門式起重機(jī)的吊點(diǎn)、行走區(qū)域安裝紅外攝像機(jī)，也可以在司機(jī)室、電氣室、小車房內(nèi)安裝攝像頭，擴(kuò)大視頻監(jiān)視區(qū)域。

1.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

由于鐵路門式起重機(jī)在露天環(huán)境下工作，需要在軌道上移動(dòng)作業(yè)，數(shù)據(jù)傳輸布線困難，因而需要采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌厥?；同時(shí)產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)量大，需要較快的數(shù)據(jù)傳輸速度；最后需要數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠。WiFi 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了技術(shù)解決方案，它是一種短距離的無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過無線路由器，將有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無線保真信號(hào)。無線保真信號(hào)最主要的優(yōu)勢(shì)在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度低于 100 MW，覆蓋范圍廣，傳輸速度非?？?，可達(dá)到 54 Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求，但無線保真技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不

是很好，易出現(xiàn)外部干擾而導(dǎo)致遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)丟失情況，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)需要考慮干擾因素的排除及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽吭O(shè)計(jì)，必要時(shí)需要使用無線中繼。鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)使用了 CMS (起重機(jī)管理系統(tǒng)) 網(wǎng)關(guān)，通過將數(shù)據(jù)在車載工控機(jī)進(jìn)行中轉(zhuǎn)緩存來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1.4 遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)

遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和 WiFi 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，對(duì)門式起重機(jī)工作運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，對(duì)違章操作進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警，具有實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、故障監(jiān)視、歷史回放、生產(chǎn)報(bào)表、重要操作記錄、電能管理、維護(hù)保養(yǎng)、備件管理、用戶管理等功能。在該遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)的支持下，管理人員便于掌握每部起重機(jī)械的實(shí)際狀態(tài)，可以快速對(duì)故障進(jìn)行定位分析，借助網(wǎng)絡(luò)，將故障信息及時(shí)發(fā)送給不同層級(jí)和不同地域的管理者，使各級(jí)管理層和設(shè)備供應(yīng)廠家及時(shí)掌握設(shè)備應(yīng)用情況，降低養(yǎng)護(hù)難度，預(yù)防重大安全事故。該平臺(tái)支持智能移動(dòng)終端，具有短消息提示功能，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，維修人員可以收到故障消息，并利用智能移動(dòng)終端查詢所需的養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)信息，提高了工作效率。

1.5 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況

鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)在西安鐵路局門式起重機(jī)上應(yīng)用，其中 7 臺(tái)為變頻調(diào)速、PLC 邏輯控制型門吊，其余 10 臺(tái)為傳統(tǒng)串聯(lián)電阻調(diào)速、繼電器邏輯控制型門吊。通過對(duì)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，總體上對(duì)門式起重機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、視頻信息和裝卸作業(yè)過程進(jìn)行了有效的記錄和監(jiān)控，提升了安全管理的可追溯性，提高了設(shè)備管理人員的工作效率。

2 門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的思考

2.1 門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的規(guī)范化

起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定只是基本要求，其中遠(yuǎn)程傳輸單元和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的內(nèi)容并未強(qiáng)制要求，而是作為未來基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程控制的一個(gè)預(yù)留接口[5]。因此，研發(fā)人員對(duì)國標(biāo)的理解不盡相同，造成門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)方案繁多，在數(shù)據(jù)接口、應(yīng)用接口和安全接口等方面不規(guī)范，不利于在大數(shù)據(jù)條件下鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理。建議由中國鐵路總公司統(tǒng)一規(guī)劃，基于物聯(lián)網(wǎng)信息管理技術(shù)，研究鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集項(xiàng)和遠(yuǎn)程安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理平臺(tái)的組成架構(gòu)，提出規(guī)范化的數(shù)據(jù)接口、編碼體系和遠(yuǎn)程安全監(jiān)控運(yùn)用管理辦法，確保系統(tǒng)的可靠性和可拓展性。另外，根據(jù)安全監(jiān)控管理數(shù)據(jù)，研究確定各類信息中危及裝卸作業(yè)安全的報(bào)警值，建立規(guī)范化的門式起重機(jī)本身和裝卸作業(yè)安全預(yù)警體系，實(shí)現(xiàn)故障智能診斷、預(yù)警和分析，降低運(yùn)營維護(hù)成本。

2.2 集成金屬結(jié)構(gòu)在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

國家標(biāo)準(zhǔn)雖未對(duì)起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的監(jiān)控提出明確要求，但出于設(shè)備安全及人身傷亡事故的預(yù)防考慮，應(yīng)將主型起重機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)在線健康監(jiān)測(cè)納入安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[6]。目前，港口起重機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有了較多的研究[7]，有的已經(jīng)投入了實(shí)際運(yùn)用?；谝延械钠鹬貦C(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鐵路門式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)的在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用應(yīng)力應(yīng)變和振動(dòng)傳感器，分別安裝在設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)的重要部位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化和結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況，并動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)，在線評(píng)估起重機(jī)械的性能狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)級(jí)別發(fā)出動(dòng)態(tài)報(bào)警，提示維護(hù)保養(yǎng)人員及時(shí)檢修維護(hù)，避免突發(fā)性事故發(fā)生[6]。此外，養(yǎng)護(hù)維修檢修人員可以通過本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)掌握金屬結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)，有利于實(shí)時(shí)掌握門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)受力狀況及其應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢(shì)，便于早期發(fā)現(xiàn)或預(yù)見結(jié)構(gòu)上存在的安全隱患，提前采取補(bǔ)救措施，減少技術(shù)人員上機(jī)巡檢和維修次數(shù)，也為鐵路門式起重機(jī)剩余壽命預(yù)測(cè)提供歷史數(shù)據(jù)[8]。

2.3 完善監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集技術(shù)

關(guān)于門式起重機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集方面，國家標(biāo)準(zhǔn)僅給出了基本的數(shù)據(jù)采集要求，通過提取電氣信號(hào)、加裝編碼器、或加裝智能傳感器即可獲取數(shù)據(jù)。但是，對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)疲勞裂紋監(jiān)測(cè)、減速器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制動(dòng)器性能監(jiān)測(cè)、電機(jī)系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)等，需要采用智能故障診斷理論，研究特定的性能狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法，為完善鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全

監(jiān)控管理系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)束語

鐵路貨場(chǎng)門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了門式起重機(jī)本身及其作業(yè)的安全監(jiān)控，同時(shí)具有歷史調(diào)閱、資料管理與導(dǎo)出的功能，降低了門式起重機(jī)作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備監(jiān)管效率。未來可以考慮加入門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的在線健康監(jiān)測(cè)功能，以及統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，建立全路統(tǒng)一的門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全路門式起重機(jī)的統(tǒng)一監(jiān)管，進(jìn)一步提高監(jiān)管效率。

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（責(zé)任編輯 呂 倩）

Application and Thoughts on Safety Monitoring Management System of Gantry Crane in Railway Freight Yard

QIN Hong
(Freight Transportation Department, Xi’an Railway Administration, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

According to the requirements of GB/T 28264-2012, the safety monitoring management system of gantry crane in railway freight yard was developed. This paper introduces the composition and application situation of the system, and puts forward suggestions, such as regulating the safety monitoring management system of gantry crane, integrating on-line health monitoring system and improving the technology of monitoring data acquisition.

Railway Loading and Unloading; Gantry Crane; Safety Monitoring Management System

1004-2024(2016)04-0057-04

U298.3

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.04.12

2016-03-15

秦洪 (1973—)，女，重慶人，大學(xué)本科。

鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心基金項(xiàng)目 (J2015X009)