广州造船龙门起重机安全监控管理系统检验情况

黄国健刘 金李鋈春陈 敏王新华

(1.广州特种机电设备检测研究院 广州 510663)

(2.中山大学 广州 510275)

广州造船龙门起重机安全监控管理系统检验情况

黄国健1,2刘 金1李鋈春1陈 敏1王新华1

(1.广州特种机电设备检测研究院 广州 510663)

(2.中山大学 广州 510275)

本文简要回顾了2011年以来我国政府要求大型起重机械加装安全监控管理系统的历程，重点介绍了广州造船龙门起重机安全监控管理系统的检验及传感器类型、工作时间和扫描周期、联锁保护、起重综合误差试验，视频信息系统的检验方法。

造船龙门起重机 安全监控管理系统 检验

1 工作背景

1.1 政策标准

《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》(国发[2010]23号)，明确指出“大型起重机械要安装安全监控管理系统”。为贯彻落实国务院的通知，国家安监、质检总局于2011年3月25日联合发布了《关于印发＜大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案＞的通知》(国质检特联[2011]137号)，通知明确指出：2011年需完成安全监控管理系统标准制定和部署试点工作，2012年需完成总结试点和扩大试点工作，2013年所有新制造的大型起重机械上需全部安装安全监控管理系统，2014年所有在用的大型起重机械上需全部安装安全监控管理系统，到2015年对于尚未安装安全监控管理系统的大型起重机械，将不予使用；2011年12月16日发布了《关于开展大型起重机械安装安全监控管理系统前期示范试点工作的通知》(质检办特联[2011]1394号)，确定了大型起重机械安装安全监控管理系统前期示范试点单位。

国家标准委于2012年5月发布GB/T 28264-2012《起重机械安全监控管理系统》，该标准规定了起重机械安全监控管理系统的构成、系统的监控、系统的性能要求、试验方法和系统的检验[1]。

国家安监、质检总局于2013年1月发布了《关于在部分大型起重机械推广应用安全监控管理系统及继续深入开展示范试点工作的通知》(质检办特联[2013]5号)，指出2013年的工作重点是放在200t及以上通用门式起重机上。国家质检总局特种设备局于2013年6月发布了《质检总局特种设备局关于做好大型起重机械安全监控管理系统检验工作的通知》(质检特函[2013]34号)，明确规定了起重机械安全监控管理系统的项目、内容、方法和要求，为设计单位、使用单位和检验单位提供了技术指导。

1.2 系统开发

国内外专家学者针对起重机械安全监控管理系统展开了广泛的研究。其中，高校牵头探索性开发的系统比较多，上海交通大学的步丰林教授团队以交流变频器和变频电机作为传动装置、PLC为控制装置、计算机为管理装置来设计和实现了岸边集装箱起重机的监控系统[2]；上海振华重工集团有限公司的张晓芳等提出了一种大型浮式起重机运行智能监控系统的设计方法，该系统可为分析、判断大型浮式起重机运行状态及其安全事故提供可靠的科学依据[3]；西安建筑科技大学的孙敏基于Proteus 进行原理图设计，根据Proteus中的电子元件特性模拟了监控系统的传感器，利用Proteus与Keil的联合调试进行仿真分析，并进行PCB板设计，开发出了一套汽车起重机安全监控系统[4]；沈阳建筑大学的王勋等对基于无线传感器网络的塔式起重机监控系统展开了研究，实现了建筑机械和无线通信的良好组合[5]；华东交通大学的杨辉教授团队开发了一套桥式起重机安全监控系统，该系统可以实时监视设备运行状况和故障报警，能提供历史数据查询，为维护和修理带来极大的方便[6]；大连理工大学的张元良教授团队研究和设计了一套基于Zigbee的门式起重机起重量安全监控系统[7]。除高校外，西门子、港迪电气等各起重机控制系统提供商也纷纷按国标升级或推出自己的安全监控系统，并更多应用在大型起重机中。

广州特种机电设备检测研究院(以下简称广州机电院)也在该领域投入了大量人力物力进行研究，并取得了一定成果，该院研发中心下属仿真分析与风险监测研究室（以下简称仿真室）申请的国家质检总局科技计划项目《基于物联网的起重机金属结构健康监测与预警系统》（2012QK069）已顺利通过验收，该项目所开发的门座起重机安全监控系统已安装在广州某港口的门座起重机上，并基于该项目成果，制定了《起重机械安全监控系统检验细则》等一系列作业文件。

2 广州检验概况

各个厂家推出的起重机械安全监控管理系统五花八门，但系统开发的主要依据都是GB/T 28264-2012《起重机械安全监控管理系统》。目前所检验的全部起重机安全监控管理系统均由相互独立的数据信息系统和视频信息系统组成，图1为起重机安全监控管理系统构成示意图。

图1 起重机安全监控管理系统构成示意图

广州机电院在开展起重机安全监控系统检验验证工作前期，做了大量基础准备工作。通过完成科技项目和学习标准规范，编制了QT156-2013《起重机械安全监控管理系统检验操作规程》、《起重机械安全监控管理系统检验原始记录》、《起重机械安全监控管理系统检验报告》等规范文件。

依托以上编制的规范文件，广州机电院从2013年9月到2013年年底，以委托检验的方式，完成了广州辖区内所有11台320t以上造船门式起重机安全监控管理系统检验验证工作，其中包括华南地区起重吨位最大的1台900t造船龙门起重机以及5台600t造船龙门起重机。通过这些检验，发现了一系列问题，如龙门起重机与门座起重机之间无防碰撞监控、程序的扫描周期大于100ms等，针对这些问题，向企业提出了整改意见。通过本轮检验指出并协助企业解决了生产操作中存在的问题，产生了较好的经济和社会效益。

3 安全监控管理系统检验要点

由于需检验的项目较多，本文重点分析较重要或经常出问题的检验项目。

3.1 传感器类

传感器属于信息采集源，它是整个安全监控系统的基础，表1为造船龙门起重机需具备的采集源[5]，图2为造船龙门起重机传感器大致位置图。在对传感器的监控状态进行检验时，需先找到对应的传感器，然后人为操作传感器断开或闭合，以观察监控系统是否能准确反映其状态。

表1 造船龙门起重机信息采集源

图2 造船龙门起重机传感器位置图

3.2 工作时间和扫描周期

●3.2.1 需记录的参数

安全监控系统应能准确记录工作时间、累计工作时间和工作循环次数，这些重要参数将为以后的事故鉴定、安全评估和设备报废提供重要依据。具体检验方法为：1)工作时间：记录起重机械各机构动作时间点、时间段，与监控系统对应值比较看是否一致；2)累计工作时间：完成一个工作循环后，调取试验过程中存储的时间数据，现场验证已完成的工作循环的时间系统应全部累加、记录和存储；3)工作循环次数：查看显示屏幕上应该有工作循环的次数，调取试验过程中存储的时间数据，系统已完成的工作循环应全部记录和存储。

●3.2.2 扫描周期

系统扫描周期一般与系统的硬件及复杂程度有关，系统硬件水平越高，扫描周期可以做到越短；系统越复杂，扫描周期会越长。系统扫描周期过长，有些操作指令会无法记录到，这样会给后期的事故鉴定带来很大的麻烦。例如，在进行事故调查时，司机坚称自己采取了正确的操作方法，但由于系统扫描周期过长，系统并未很好地记录下司机的操作指令，这样就给事故责任的追究带来了很大的麻烦。所以为了使扫描周期达到标准，应尽可能地提高系统硬件水平和降低系统的复杂程度。

检验时，现场通过查阅实物和产品说明书验证系统扫描周期不应大于100ms。

3.3 联锁保护

联锁保护装置对于保障工作人员和起重机的安全至关重要，所以系统需准确监控其状态。龙门起重机的联锁保护主要包括门限位和机构之间的运行联锁。其中门限位包括大车门限位、上小车门限位和下小车门限位等，在现场进行门限位开关闭合试验，监控系统显示应与门限位状态保持一致；而机构之间的运行联锁则主要包括抬吊时上下小车距离、上小车两吊钩载重差和上小车两吊具之间的钩移差等应符合设计要求，并能被实时监控，检验时，在空载的条件下，分别进行两机构的动作，其联锁应满足规定要求，显示屏应实时显示联锁状态。

上小车两吊具之间的钩移一般存在于起重量600t及以上的龙门起重机中，此时就需要监控其钩移差，图3为上小车两吊具之间的钩移实物图。由于钩移不具备普遍性，所以极易被设计人员、维保人员和检验人员忽视，但是钩移差又非常重要，当钩移差超过一定值时，起重机由于受载偏心太大极易引起事故，所以系统需准确监控钩移差。

图3 钩移机构实物图

3.4 起重量综合误差试验

起升载荷是龙门起重机工作时受到的最主要载荷，在工作时必须严格按照设计要求起吊载荷，当起吊载荷超过设计要求时，会带来很大的安全隐患，所以系统需准确监控起重量，起重量综合误差应不大于5%[5]。

造船龙门起重机通常有4个吊钩，即上小车的2个吊钩（＃1钩和＃2钩）和下小车的主钩（＃3钩）和副钩（＃4钩），4个吊钩的起重量综合误差都应满足要求。每个吊钩的载荷试验不少于3次，且试验载荷不低于30%的额定起重量，推荐100%额定起重量作为必测点，其他两点在30%～100%额定起重量之间任意选取[5]。

根据多次检验经验，该检验项目耗时最长，大约需要1天时间，约占整个检验时间的一半。由于耗时较长，不但增加了检验人员的工作量，更重要的是增加了起重机的停工时间，这样势必会提高企业的经营成本，所以在保证完成工作的前提下，应对载荷进行合理组合和分配，力求用最短的时间完成工作。以某台600t造船龙门起重机为例，其＃1钩和＃2钩额定起重量为300t，＃3钩额定起重量为350t，＃4钩额定起重量为30t，由于＃4钩额定起重量较小，容易完成检验，现只对＃1钩、＃2钩和＃3钩的起重量综合误差试验的载荷组合和分配方案进行研究。图4为起重量综合误差试验流程图，通过合理组合和分配载荷，能最大限度地提高工作效率，缩短起重机停工时间。做完三次载荷试验后，按照式（1）计算起重量综合误差[5]。

式中：

图4 起重量综合误差试验流程图

Eq——起重量综合误差；

Qa——系统显示数据，单位为吨，t；

Qb——试验载荷的实际数据，单位为吨，t。

3.5 视频信息系统

由于造船龙门起重机占用空间较大，而司机的视野又非常有限，起重机工作过程中存在大量视觉盲区。为了消除该隐患，需装设视频信息系统，以充当司机的“眼睛”，为安全作业提供保障。

系统应当能够至少监控吊点及大车行走区域的视频图像，为了进一步确保安全，最好同时能监控上、下小车行走区域的视频图像，图5为推荐使用的造船龙门起重机摄像头分布示意图。其中，柔腿和刚腿内侧上方的两个摄像头共同监控吊点（必要时带云台控制）；刚腿、柔腿两侧均需装有摄像头，以监控刚腿侧大车行走区域；上下小车两侧均装设摄像头，可监控上下小车行走区域。

图5 造船龙门起重机摄像头分布示意图

4 结束语

1）在进行传感器类的检验时，需先找到对应传感器的准确位置，人为操作传感器，观察系统是否能准确监控其动作状态；

2）系统应能准确记录工作时间、累计工作时间和工作循环次数，同时确保扫描周期不大于100ms；

3）进行联锁保护检验时，如果上小车有钩移装置，系统应当能准确监控钩移差等；

4）起重量综合误差试验耗时较长，应对载荷进行合理组合和分配，力求用最短的时间完成检验工作；

5）视频信息系统应当能够至少监控吊点及大车行走区域的视频图像，最好同时能监控上下小车车行走区域的视频图像。

6）目前检验的安全监控管理系统均由相互独立的数据信息系统和视频信息系统组成，为了进一步提高工作效率和系统可靠性，可考虑从设计、制造角度将这两个系统整合成一个系统；此外，起重机安全监控系统的检验与起重机定检有比较多的重合部分，建议在今后的检验中，将该部分的工作纳入起重机定检项目中。

1 GB/T 28264-2012 起重机械安全监控管理系统[S].

2 程严骏. 岸边集装箱起重机监控系统研究与实现[D].上海：上海交通大学,2012.11.

3 张晓芳,蔡东伟. 大型浮式起重机运行智能监控系统设计[J]. 起重运输机械,2012,(9)：10～12.

4 孙敏,张晓钟,杨毅. 基于Proteus的汽车起重机监控系统设计[J]. 机械设计与研究,2013,29(2)：117～120.

5 王勋,周悦,李皓明. 基于无线传感器网络的塔式起重机监控系统[J]. 建筑机械,2013,(6)：78～86.

6 余丹.桥式起重机监控管理系统设计[D].南昌：华东交通大学,2011.6.

7 董健. 基于Zigbee的门式起重机起重量安全监控系统[D].大连：大连理工大学,2010.12. 8 黄国健. 基于物联网的起重机金属结构健康监测与预警系统（2012QK069）[R].广州: 广州市特种机电设备检测研究院,2013.

The Inspection of Shipbuilding Gantry Cranes’ Safety Monitoring and Management System

Huang Guojian1,2Liu Jin1Li Wuchun1Chen Min1Wang Xinhua1
(1.Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing Guangzhou 510663 )
(2.Sun Yat-sen University Guangzhou 510275)

This paper briefy reviews process of ftting safety monitoring and management system for large hoisting machinery to satisfy the requirement of the government since 2011. The safety monitoring and management system and sensor type, working time and scan cycle, interlock protection, hoisting the comprehensive error test, test method of video information system of Guangzhou Longmen shipyard crane is emphatically introduced.

Shipbuilding gantry crane Safety monitoring and management system Inspection

X941

：B

1673－257X(2014)11－44－05

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.013

黄国健，工学博士、博士后，高级测控工程师、高级质量工程师，主要从事传感技术、力学分析、特种设备仿真分析与风险监测技术研究。

2014-07-23）