塔機監控與安全保護系統的應用

李鵬飛，陳勇衛，黨濤，楊飛，訾永

塔機監控與安全保護系統的應用

李鵬飛，陳勇衛，黨濤，楊飛，訾永

（陜西建設機械股份有限公司，陜西 西安 710200）

隨著科學技術的發展，塔機監控與安全保護系統的設計直接關系到塔機工作效率和塔機安全運行問題。在塔機監控與安全防護技術方面，講述了監控系統的組成及特點、監控系統的參數設定及應用等，為塔機監控及安全保護奠定了堅實的基礎，從而保障塔機安全、平穩的運行。

塔機監控；安全保護系統；應用；安全防護

塔機監控與安全保護系統在很大程度上能夠保障塔機的安全運行，其安全系統對風速、溫濕度環境、回轉角度、吊鉤高度、起重力矩、起重機工作幅度等進行優化管理，防止其起升重量超過塔機的規定荷載，進而強化系統的安全性。在此過程中，塔司人員通過查看有效的數據記錄以及信息監督，能夠安全快捷地提升塔機的運行效率，延長塔機使用壽命的同時，對塔機的安全防護起到積極的作用。

1 塔機監控與安全保護系統的硬件設計

安全保護系統硬件設計如圖1所示。

圖1 安全保護系統硬件設計方框圖

在這種系統中，技術人員需要對塔機的運行機制進行多信號、多線路模擬，保證司機可以在駕駛室中有效地查看塔機運行的狀態，從而將系統分為數據采集和主控制器兩大部分，各機構采用變頻閉環控制，變頻器與PLC之間采用固定的總線連接形式。具體來講，系統中主控制器由繼電器驅動、蜂鳴器報警、入機接口、存儲器和顯示器等組成。為了能夠保障塔機的運行效率和存儲環境，主控制器還采取固定的CPU，保障芯片內資源和存儲量豐富，拓展整個系統的工作范圍，進而營造出良好的工作環境[1]。

塔機安全保護系統產生的大量數據能夠借助云數據存儲平臺來更新存儲程序和數據計算程序。而且針對每一條記錄進行必要的備份管理和信息管理，拓展容量。對塔機工作過程中的風速、溫濕度環境、回轉角度、吊鉤位置、工作幅度以及起重量進行必要的監測和管理。

2 塔機監控與安全保護系統

2.1 系統的組成及特點

塔機多功能安全監控系統的硬件主要包括顯示屏、電源主機、幅度限位器、回轉編碼器、高度限位器、重量傳感器、風速儀等，具體如圖2所示。

圖2 安全保護系統組成圖

安全保護系統主要有塔機報警、工作記錄、顯示裝置、實時在塔機上顯示塔機工作狀況、記錄塔機數據的功能。

2.2 系統軟件功能的基本介紹

塔機監控系統的軟件功能包括數據處理、傳感器標定、區域保護和系統參數設置等基礎部分。以某型號塔機安全保護系統為例，系統開機后進入工作主界面，如圖3所示。

圖3 主界面

點擊右下角菜單欄輸入密碼，進入菜單頁面，如圖4 所示。

圖4 菜單頁面

按照屏幕顯示的方框內容確定塔機型號、硬件安裝、參數設定等內容；在進行系統參數設計的時候需要依據倍率信息、起重力矩曲線等信息進行設計和處理，繼而保障信息的穩定性。通過傳感器參數標定，完成對塔機的實時參數，如幅度、高度、重量、回轉等相關參數的導入，系統會記錄標定值。而區域保護則是在保護設置信息基礎的情況下明確區域保護的具體算法，然后對各個區域參數的最大值和最小值進行判定和管理，從而接收、存儲、顯示和導出具體的系統結構數據，以滿足塔機監控與安全保護的需求[2]。

3 安全保護系統的應用

3.1 基本參數的標定

這些參數一般由塔機生產廠家設置，設置好后進行密碼保護。

3.2 負載特性設定

這些參數一般由生產廠家根據產品的技術參數設置（導入）完成，進行密碼保護，并且不對終端用戶開放（避免安全事故產生）。

3.3 塔機參數標定

設定塔機實時參數，如回轉、幅度、重量、高度等。

回轉標定：先設置好A點和B點（A、B根據工地實際情況設置）設置完成好后，系統會自動計算出當前回轉角度。

幅度設定：變幅小車走到塔壁最小幅度（通常指2 m處）按下最小幅度鍵輸入最小幅度，變幅小車走到最大幅度按下最大幅度鍵輸入數據即可完成，這樣鎖定塔壁變幅小車工作范圍，以確保小車運行在安全范圍之內。

(2) 任給O1,O2∈O(X),csO1,csO2∈τ,下證csO1∩csO2∈τ。由O1∩O2∈O(X),又只需證csO1∩csO2=cs(O1∩O2)即可。

重量設定：首先按下空鉤重量清零鍵，進行清零標定。為了提高重量的精確性，盡量多標定幾次，一般為3次。需要注意的是，標定重量最好在起重臂中間位置，重物在2 t以上，這樣更精準。

高度設定：先標定吊鉤零點（地面基點），然后將小車吊鉤上升到最大高度輸入最大值進行最大高度標定，這樣完成其中塔基最大安全提升高度。需要注意的是，必須在塔臂15°時進行標定。

臂長組合及倍率選擇：在選擇臂長與倍率時，必須要和當前塔機的工況相匹配，否則，調用力矩表不能起到保護 作用[3]。

3.4 記錄查詢

進入顯示器菜單查詢頁面可以通過上下箭頭鍵逐條根據時間查詢，如小車、起重、回轉等三大機構運行情況。

3.4.1 工作記錄

當工作記錄超過90%，提醒備份記錄，當記錄條數達到100%系統將停止工作，必須及時備份記錄；實時記錄一般為每2 s記錄一次設備當前狀態，同工作記錄。

3.4.2 風速記錄

當風速超過一定值，記錄實時風速狀態，以給塔司提供可靠真實數據，確保設備安全。

3.4.3 標定記錄

標定記錄，指設備每標定一次就記錄一次標定數據，防止他人胡亂標定。

3.4.4 外部控制電氣通斷記錄

電氣通斷記錄指設備通斷電情況記錄，確保設備運行安全。

3.5 數據下載

下載記錄，可以通過SD卡下載記錄，并可導出為電子表格。

3.6 視頻系統

3.6.1 視頻系統主要功能

塔機視頻監控系統采用雙攝像頭，一個變焦攝像安裝于塔機起重臂根部或回轉塔身處，主要監視塔臂、變幅小車鋼絲繩等運行情況；另一個攝像頭安裝于平衡臂起升結構附近主要監視平衡臂、起升機構、配重、拉桿等運行情況。

3.6.2 圖像與存儲

圖像存儲除了正常工作記錄設備運轉情況外（卷揚滾筒、鋼絲繩等），還應具有斷電圖像保存功能，同時具有循環存儲功能（視頻存儲后自動覆蓋最早的影像），這樣有利于記錄設備安全運行的情況記錄。

3.7 遠程GPS控制系統與通訊

除此之外，該系統還采取GPS遠程控制系統對塔機進行定位和通信，然后確定GPS自身的定位信息，以與其他各主板系統進行位置互換和通信管理，從而確定整個塔機及其各個主板系統的具體位置，并監控其實時的狀態，將數據信息和故障記錄發送到預期的遠程監控中心當中，以便于技術人員通過手機有效了解系統的信息及塔司的操作情況，進而保障系統信息的互換和相互定位，以提升系統的穩定性和安全性。

4 結束語

塔機監控與安全保護系統及關鍵技術的更新與發展，不僅能在一定程度上提升系統的穩定性和安全性，同時也能防止塔機之間相互碰撞。搭建有效的塔機系統監控平臺，不僅能在很大程度上對塔機的運行進行合理監控，還可以在信息技術不斷更新的情況下催生出新的安全保護系統，為日后新技術的產生奠定基礎的同時，推動社會的發展和進步。

［1］張明天.塔機監控與安全保護系統及關鍵技術［D］.長春：吉林大學，2019.

［2］劉曉勝，周進，孫建，等.塔機監控與安全保護系統及關鍵技術［J］.建筑機械，2010（19）：93-96.

［3］北京建筑機械化研究院有限公司.GB/T 5031—2020 塔式起重機［S］.北京：中國標準出版社，2020.

2095－6835（2021）06－0167－02

TH213.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.069

李鵬飛（1985—），男，工程師，2009-07畢業于西安石油大學機械設計制造及其自動化專業，畢業后一直從事產品設計及推廣工作。

〔編輯：王霞〕