安全監(jiān)控系統(tǒng)在大型行車(chē)上的應(yīng)用

陳祥興

（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）

冶金行車(chē)作為鋼鐵行業(yè)的重要載重及運(yùn)輸設(shè)備，在日常生產(chǎn)中起著非常關(guān)鍵的作用，行車(chē)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否，直接影響了生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。大型冶金行車(chē)通常吊運(yùn)的是液態(tài)金屬熔融，如果吊運(yùn)過(guò)程發(fā)生傾翻、墜落，其后果是非常嚴(yán)重的，涉及周邊區(qū)域人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。2015年之前的冶金行車(chē)基本無(wú)設(shè)置安全監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)生事故后，不能通過(guò)視頻、音頻等有效數(shù)據(jù)記錄還原當(dāng)時(shí)情形，難以鑒別是設(shè)備引起，還是操作不當(dāng)或是指揮失誤引起的事故。在生產(chǎn)過(guò)程中行車(chē)的操作、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)和行車(chē)系統(tǒng)的電氣設(shè)備信息同樣重要，前者是人為主觀(guān)因素，后者是客觀(guān)的電氣參數(shù)信息。這些信息有的是可視化的，如：操作人員對(duì)按鈕的按下抬起、行程開(kāi)關(guān)推行和返回等，大車(chē)、小車(chē)實(shí)際運(yùn)行軌跡、掛鉤位置、起吊時(shí)掛鉤情況等；有的是與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的，如：各機(jī)構(gòu)電機(jī)的速度和扭矩、卷?yè)P(yáng)載重、制動(dòng)器張力、齒輪箱溫度、接觸器使用次數(shù)等；有的是與操作相關(guān)的電氣信息，如：各機(jī)構(gòu)電機(jī)的啟動(dòng)和設(shè)定速度、起吊的開(kāi)始與停止等。這些可視化的信息和數(shù)據(jù)信息對(duì)設(shè)備預(yù)檢修、維護(hù)分析、故障診斷是非常重要的信息支持，同時(shí)為操作和控制原理追溯和分析提供方法，完善行車(chē)系統(tǒng)的操作管理、設(shè)備維護(hù)及提高使用效率。

1 安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了GB/T28264-2017起重機(jī)械國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建議起重機(jī)械設(shè)備安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)行車(chē)進(jìn)行電氣信號(hào)監(jiān)控和對(duì)行車(chē)進(jìn)行視頻監(jiān)控，用以保證行車(chē)系統(tǒng)的安全性、可靠性。安全監(jiān)控系統(tǒng)主要指記錄冶金行車(chē)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡、狀態(tài)、數(shù)據(jù)，將各卷?yè)P(yáng)吊運(yùn)設(shè)備的狀態(tài)以可視化形式記錄下來(lái)的，以及接收、發(fā)送的指令全部同步記錄下來(lái)的裝置。因此，安全監(jiān)控系統(tǒng)相當(dāng)于冶金行車(chē)的“黑匣子”，其各數(shù)據(jù)的完整記錄通常可以保留一段時(shí)間，以方便事后回放還原，幫助分析。目前僅有極少數(shù)鋼鐵企業(yè)的行車(chē)作為試點(diǎn)配備了行車(chē)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的應(yīng)用大多僅限于記錄行車(chē)的一些信號(hào)，包括行車(chē)電氣信號(hào)、控制系統(tǒng)信號(hào)等，沒(méi)有完善的可視化監(jiān)測(cè)，達(dá)不到GB/T28264-2017管理要求。鑒于冶金行車(chē)管理維護(hù)工作的重要意義，并針對(duì)目前冶金行車(chē)的管理及維護(hù)現(xiàn)狀，有必要將先進(jìn)的安全監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)引入到鋼鐵企業(yè)的冶金行車(chē)管理體系中，從而降低或減少設(shè)備的突發(fā)故障率，確保設(shè)備的安全運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低安全事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

以某鋼廠(chǎng)一臺(tái)460t行車(chē)為例，該行車(chē)于2014年上線(xiàn)使用且未安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)。該行車(chē)采用ABB傳動(dòng)及ABBAC800M系列PLC控制系統(tǒng)，主要用于鋼水包的吊運(yùn)，無(wú)安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)平時(shí)操作、維護(hù)存在盲區(qū)，對(duì)分析安全問(wèn)題上不能提供有效的數(shù)據(jù)，存在安全隱患。為了吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，該行車(chē)增加安全監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)行車(chē)系統(tǒng)提供主起升、副起升位置信息，吊點(diǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，行車(chē)異常振動(dòng)檢測(cè)，行車(chē)動(dòng)作狀態(tài)與聲控同步檢測(cè)，以及預(yù)警、報(bào)警、故障分析等功能，適時(shí)準(zhǔn)確的同步收集行車(chē)運(yùn)行過(guò)程中視頻信息和關(guān)鍵電氣數(shù)據(jù)信息，對(duì)行車(chē)狀態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)行車(chē)操作管理及行車(chē)運(yùn)行狀態(tài)追溯，并以直觀(guān)畫(huà)面反應(yīng)出行車(chē)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，可對(duì)行車(chē)的安全運(yùn)行和事故分析提供完備的技術(shù)條件，確保行車(chē)的安全。

行車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，分別是監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)及數(shù)據(jù)采集軟件和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)及數(shù)據(jù)采集軟件

行車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)：行車(chē)監(jiān)控主機(jī)由高性能工控機(jī)、操作系統(tǒng)和顯示器、鍵盤(pán)鼠標(biāo)等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集軟件和監(jiān)控操作界面的運(yùn)行平臺(tái)，設(shè)置管理人員管理權(quán)限；

數(shù)據(jù)采集軟件：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和長(zhǎng)期存儲(chǔ)軟件系統(tǒng)，用于采集齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)、麥克風(fēng)的音頻信號(hào)、PLC中的過(guò)程信號(hào)和行車(chē)視頻信號(hào)；

人機(jī)界面：信息管理系統(tǒng)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)行車(chē)異常動(dòng)作的預(yù)警與報(bào)警；

數(shù)據(jù)采集卡：用于與高頻信號(hào)采集模塊和振動(dòng)檢測(cè)模塊通過(guò)光纖進(jìn)行通訊；

交換機(jī)：提供TCP/IP接口，實(shí)現(xiàn)行車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)與PLC和現(xiàn)場(chǎng)攝像頭的通訊連接；

低壓電器系統(tǒng)：用于系統(tǒng)供電和保護(hù)等功能以及其他輔助配套設(shè)備.

2.2 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備

（1）振動(dòng)檢測(cè)模塊：在主起升機(jī)構(gòu)主減速機(jī)旁安裝振動(dòng)檢測(cè)模塊和低壓電器等，振動(dòng)檢測(cè)模塊用于采集ICP傳感器發(fā)送的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)光纖把處理后的振動(dòng)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集卡。

（2）攝像頭：用于采集現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)，包括采集現(xiàn)場(chǎng)吊點(diǎn)和駕駛室操作視頻；

（3）高頻信號(hào)采集模塊：用于采集麥克風(fēng)接收的音頻信號(hào)，設(shè)置一個(gè)具有良好背景音濾除功能的麥克風(fēng)用于采集操作室的聲音信息。綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)需要采集的信號(hào)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備采集，經(jīng)過(guò)檢測(cè)模塊和高頻信號(hào)采集模塊和交換機(jī)，連接到行車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與長(zhǎng)期存儲(chǔ)，并且由人機(jī)界面軟件實(shí)現(xiàn)行車(chē)異常動(dòng)作的預(yù)警和報(bào)警功能，以實(shí)現(xiàn)行車(chē)安全監(jiān)控所需的功能和要求。視頻畫(huà)面與電氣、振動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，多元化的反應(yīng)行車(chē)運(yùn)行信息，視頻與信號(hào)之間必須嚴(yán)格的同步，才具備說(shuō)服力。本系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)同步方案，將采集的電氣信號(hào)、振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)、視頻信號(hào)全部通過(guò)數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)同步，這是安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。

3 監(jiān)控內(nèi)容及要求

3.1 安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容

（1）信息采集源：重量限制器、起升高度限位器、運(yùn)行形成限位器、門(mén)限位、機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行聯(lián)鎖、同一或不同一軌道運(yùn)行機(jī)構(gòu)防碰撞裝置、超速保護(hù)裝置、起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器等；

（2）監(jiān)控參數(shù)：起重量、起升高度、運(yùn)行行程、操作指令、工作時(shí)間、累計(jì)工作時(shí)間、工作循環(huán)等；

（3）監(jiān)控狀態(tài)：起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的開(kāi)閉、連鎖保護(hù)、同一或不同一軌道運(yùn)行的安全信號(hào)、超速保護(hù)等；

（4）視頻監(jiān)控：吊點(diǎn)等部位。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的要求

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足行車(chē)的實(shí)際使用環(huán)境條件要求，在實(shí)際使用工況下，系統(tǒng)誤差不應(yīng)大于5%，同時(shí)具備抗電磁干擾能力和不應(yīng)干擾其他設(shè)備，其工作循環(huán)次數(shù)不應(yīng)低于20次或連續(xù)作業(yè)試驗(yàn)時(shí)間不應(yīng)少于16小時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)行車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，能以圖形、圖像、圖表、文字的方式顯示起重機(jī)械工作狀態(tài)和工作參數(shù)，可以觀(guān)看回放即歷史追溯，在設(shè)備通電后能自檢查，在發(fā)生故障影響正常使用的應(yīng)發(fā)出警告；系統(tǒng)中視頻數(shù)據(jù)至少能保存3天以上，其他監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)至少能保持30天，在斷電的情況下，能保存已采集的信息數(shù)據(jù)；對(duì)于監(jiān)測(cè)報(bào)出的故障應(yīng)有明顯的警報(bào)，能向起重機(jī)械操作者和處于危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的人員發(fā)出清晰的聲光報(bào)警。

4 注意事項(xiàng)及思考

（1）選擇攝像頭時(shí)，需充分考慮冶金行車(chē)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵和高溫環(huán)境，最好選擇耐高溫的高清攝像頭，并做好防粉塵的措施，同時(shí)面對(duì)高溫液態(tài)熔融應(yīng)選擇具備過(guò)濾紅光的攝像頭。

（2）對(duì)于監(jiān)控對(duì)象的選擇，可以更多面，以便做好設(shè)備的傾向管理和狀態(tài)管理，如鋼絲繩的磨損監(jiān)控、潤(rùn)滑效果監(jiān)控，卷筒竄動(dòng)監(jiān)控、軸承磨損監(jiān)控等。

5 結(jié) 語(yǔ)

在生產(chǎn)過(guò)程中，行車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)采集、錄入行車(chē)操作信號(hào)、電氣設(shè)備信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)，能夠全面監(jiān)控和管理行車(chē)的安全狀況。通過(guò)監(jiān)控管理軟件對(duì)行車(chē)的監(jiān)視、故障分析處理、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和整體設(shè)備使用狀況分析，有效的為管理決策人員提供全面的、及時(shí)的數(shù)據(jù)輔助?？梢詫?shí)時(shí)顯示行車(chē)設(shè)備狀態(tài)信息和診斷信息、操作指導(dǎo)和報(bào)警提示信息；提供行車(chē)管理、狀態(tài)監(jiān)控和指令下達(dá)工具。并且可以對(duì)行車(chē)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤和追溯，從而使操作規(guī)范化，設(shè)備管理現(xiàn)代化。并且可以快速定位故障原因，加快故障處理速度，減少故障時(shí)間，對(duì)管理部門(mén)、設(shè)備點(diǎn)檢和操作都具有良好的輔助作用。