流动式起重机可视化远程监控管理系统的开发与应用

张明荣

(中国十九冶成都设备租赁分公司, 四川成都 610300)

流动式起重机可视化远程监控管理系统的开发与应用

张明荣

(中国十九冶成都设备租赁分公司, 四川成都 610300)

流动式起重机具有转场方便，集中管理难，安全风险大的特点，文章从流动式起重机运行安全角度出发，基于互联网+物联网技术，针对流动式起重机工况及吊装要求开发可视化远程监控系统软件，重点研究远程监控管理系统整体结构，详细介绍了监控平台、数据处理平台、传输平台、终端监管平台配置与应用等，该系统数据采集精度高，传输速率及时准确，可满足流动式起重机实时监管的要求，大数据、云计算的数字化平台的应用，解决了远程监控安全预警、维修保养提醒、抑制不安全操作等问题，对流动式起重机的安全运行、管理和事故分析有重要的指导意义。

流动式起重机； 实时远程安全监控管理； 可视化； 物联网； 云计算

2009年以来，随着我国制造业飞速发展，大批量履带式、汽车式起重机(下文统称流动式起重机)替代固定式工业塔机服务于工业安装领域，据质检总局统计，截至2015年底，全国特种设备总量达1100万台(图1)，其中：起重机械210.44万台，占比总量的19 %[1]。

图1 2015年特种设备数量分布比例

随着起重机械特别是流动式起重机数量的高速增长，由于从业人员的能力、素质参差不齐以及超载、违章、强令作业所导致的事故、纠纷不断，仅因使用方面的原因所引发的事故约占事故总数的70 %[2]。事故发生的因素复杂，涉及面广、随机性大，单靠制度较难控制。因此对流动式起重机的安全管理提出了更高的要求。

从2011年开始，国家质检总局出台了一系列有关起重机安全管理的法规和加强对起重机运行的监控标准，强制要求对大型起重机械安装安全监控管理系统[3]。

在流动式起重机管理中引入实时远程安全监控可视化管理系统，实现各生产厂家监控参数和标准在软件中的统一，使系统能适应所有的流动式起重机，能有效解决流动式起重机作业点多面广、违章作业监管不能到位、使用方与出租方安全责任难以划分等安全管理难题，从而实现设备管理的高效低成本。

1 实时远程安全监控管理系统特点

本系统基于GPRS无线通讯和采用WEB动态网站开发技术，加载GPS信号、音视频信号、作业端的力矩限制器安全控制数据及故障检测信号，增加了与现行管理相关的燃油消耗、作业动作监测、操作人员现场到位“认证识别”等传感器，参考生产厂家早期开发监控系统做了差异性改进，达到不同厂家、不同型号、不同通信协议的统一，能更好地实现实时远程监控效果，并便于行业内的应用推广。

(1) 通过互联公网的实时在线预警，抑制超载作业。

工程层层转包下的车辆使用方，在起重机作业时普遍存在以下隐患：使用方缺乏经验的指挥人员违章指挥、为节省成本，车辆选用“以小代大”、吊装方案不完善引发的安全风险；使用方以好处费作为交易引发的超载冒险作业；从业人员素质、技能、经验因素引发的操作风险等，通过实时在线预警，可以有效控制上述隐患的发生。

(2) 通过故障数据采集，及时发现设备故障，防范机械事故，节约点多面广“巡检”成本。

(3) 通过记录动作数据和发动机工况数据，确定车辆的作业状况及实际作业时间，实现人员合理配置与调度。

“24小时待命”是目前设备租赁合同常态化约定的弹性作业时间，其实际作业时间长短关系到司机人数的配备、司机计件工资的考核、每天作业时间的核定等，决定着车辆租赁合同执行的实际成本，合理的人员调度在管理实践中尤为显得重要。

(4) 通过流量传感器记录燃油实时消耗，杜绝管理漏洞。

(5) 预防设备脱保，缩短备件采购周期，远程在线指导修理，排除简单故障得以实现。

(6) 实现非作业时间无人监管车辆的辅助监控。

(7) 明确出险责任的认定。

(8) 营造偏僻地点施工环境下与操作人员沟通的人性化氛围。

通过音视频的加载，解决了管理人员与各个司机的实时互动，沟通交流更人性化，减轻异地施工员工的孤独感；

(9) 报表统计及时准确。

2 关键技术

2.1 数据处理、存储技术

本系统采用现场数据存储(≥72 h)+数据上传服务器平台并采用冗余备份方式，对音视频数据不请求情况下不上传，采用“即查即传”方式，当需要指定时段的视频数据时，再指令到现场存储硬盘上提取相应的视频，对GPRS信号要求低(E信号即可)，流量消耗少(≤500 M/月，仅数据信号)。采用互联网方式提供动态、可伸缩、虚拟化资源的云计算、云存储技术，可以节省车辆本地存储和额外架设数据处理的硬件资源，防止数据丢失，保证动态监控数据的安全性和长期性。

2.2 不同厂商力矩限制器通信协议的取得

相较民建塔机、桥式起重机、门式起重机而言，对单一工况加装(更换)传感器进行技改，容易实现有限工况的简单监控功能。而流动式起重机有1 600余种的工况不同组合[4]，对每个工况的安全控制，有车载终端的力矩限制器独立管理，有较高的技术含量。由于制造厂商间的技术壁垒，限制了明文的“通信协议”，很难截获车辆所在工况的诸如实际载荷与工况数据，阻碍了监控后台“数据转发中心”软件的开发。因此，迄今为止，全球尚无一家软件开发商能对全球所有品牌的流动式起重机的通信协议有全面的掌握。

力矩限制器是起重机最重要的安全保护装置之一，目前国内外起重机生产厂家所标配的力矩限制器，大多向力矩限制器厂家采购，或与其合作开发的方法定制，能够反映车辆的即时工况和提供超载保护措施，具有出色保护能力和强大工况排列组合功能， 但不具备数据存储能力，不能实现设备运行状况的历史数据查询，出险后就无法对设备运行状态及责任进行认定。

不同厂商力矩限制器通信协议的取得至少有以下四种方法：通过与厂商合作开发的模式由其主动提供通信协议；对不愿提供的厂商采取“协议截获分析”方法获取；对厂家不再生产的力限器且更换成本较高的，采用现场信号采集后，以分流方法解析获取；对早期生产淘汰的，采用更换最新力限器方式解决。从而实现移动式起重设备通信协议和故障信息的还原分析，有助于实现软件的数据获取标准化。

3 流动式起重机监控平台的搭建

流动式起重机可视化远程监控管理系统由四个部分构成(图2)，分别是：设备端监控平台、起重机数据处理系统——简称数据处理平台、起重机数据传输系统——简称传输平台、以及客户端(终端)监管平台。各系统平台之间，用互联网的延伸——物联网(Internet Of Things, IOT)技术，将人与物、物与物相联，实现对车辆实时监控。

图2 流动式起重机远程监控物联网结构

(1) 端监控平台主要由GPS定位系统、各类传感器、控制器、数据转换器以及射频识别系统(Radio Frequency Identification, RFID ) 利用ZigBee无线模块使用智能化的近距离识别功能，把操作人员现场到位的认证与其他监控数据捆绑一起，实现运行参数的短时间小容量储存，方便有限时段检索查阅；

(2) 传输平台将采集到的实时数据压缩加密后，通过移动通信的GPRS上公网发送到数据处理的服务器平台进行客户端的请求预处理；

(3) 数据处理(服务器)平台利用企业共享服务器对客户端请求车辆运行参数，通过云端计算并反馈到客户端，实现对大数据的长期储存；

(4) 末端监管平台是管理数据请求端和结果反馈的结果端，通过与服务器平台联网进行数据的转发请求，对起重机运行参数实时监控管理，并对运行状态进行异常进行监控，对违章操作进行预警或报警。实现租赁方、用户管理方、生产厂家、以至质检审验部门等的网上监控，并对起重机运行状况进行维护统计监管，为出险后的责任调查认证提供依据[5]。

4 监控平台的软、硬件构成

除起重机力矩限制器本身自带的相关传感器外，要做到实时远程监控功能，需要另行增加与日常管理功能相对应的其他传感器，如操作人员射频识别认证系统、燃油消耗流量传感器、吊装作业动作识别传感器、GPS模块等前端硬件。

监控平台的软硬件构成，还包括应答指令请求的数据转发中心软件、WEB网站、以及服务器平台系统等(表1)。

5 服务器平台配置、WEB界面及主要功能设计

5.1 服务器平台配置

系统根据安装车载监控终端的数量，阶段性地配置服务器平台，并具有扩展升级预留空间，在试验阶段可承担≥100台车载终端的数据采集，同时支持不少于100人的同时上网浏览和业务处理(图3)。中心服务器配置：

(1)CPU频率2.4GHz，四核CPU核心，IBM System x3500 M4(7383IN2)提供2个4 GB内存，24个内存插槽，最大内存容量768 GB，标配硬盘容量300 GB，最大支持8块2.5英寸硬盘。

(2)线路：10M带宽宽带线路。

(3)固定IP地址，有授权域名支持。

(4)配置负载均衡交换机。

将多台服务器通过负载均衡交换机进行连接，可以实现所有服务器的负载均衡，间接提高关联服务器的整体性能；

表1 监控平台的软硬件构成

图3 服务器平台构

自动停运故障服务器并立即启用完好服务器，保证所有服务的可用性；服务器的在线(不停机)升级得以保障，提高服务的可维护、可扩展性。

5.2 系统软件的基本配置

(1)服务器操作系统：Windows 2010 Server 企业版。

(2)数据库管理系统：Microsoft SQL Server 2008。

(3)WEB服务器：JAVA TOMCAT 5.0 以上。

(4)电子地图数据：百度地图或高德地图。

5.3 WEB网站主要功能及数据采集标准[6]

系统设计所采集的监控参数及精度均高于现行国标，更贴近最终用户所需的管控数据，主要功能页面见图4～图6。

图4 查询监控WEB首页

图5 汽车起重机监控WEB首页

图6 报警功能WEB页面

5.3.1 查询、监控功能

(1)运行状态：可实时显示车辆的力矩限制器屏显数据，各传感器开关输入输出状态和模拟量值(电池电压、转速、水温、机油压力温度、泵压力、燃油液位、车辆倾角等)，并提供模拟量的历史趋势图。

(2)定位服务：可以提供指定车辆的地图实时位置信息、经纬度、速度、方向、城镇距离方位等。也可指定时段车辆在地图上的运行轨迹。

(3)实时影像：根据需求随时向网络硬盘录像机NVR(Network Video Recorder提取指定时段存储的影像资料。

(4)故障报警提示：系统设置报警界面，可以显示当前设备报警信息，包括由车控CPU板发出的故障码信息、GPS、GPRS信号异常、车辆倾角过大、车用电池开路、车辆越界运行等报警。

5.3.2 统计功能

通过数据筛选可以完成车辆在请求时段的指定任务的工作统计。

(1)24小时开关机图；

(2)移动、行走情况统计；

(3)每天燃油消耗量图；

(4)每天重负荷时间图；

(5)作业平台(上车)每天的工作时间、起重次数统计图；

(6)每天重、中负荷时间比例图。

5.3.3 维修保养提醒及记录

通过起重机出厂时对主要零部件运行保养时间规定的设定，起到维修保养提醒及预警的目的，提高起重机的完好率，使其处于良好的工作状态。

保养记录主要内容：车辆编号、保养项目名称、保养日期、实时部门和保养人。

维修记录主要内容：车辆编号、维修项目名称、维修零部件、供货商、维修日期、维修保用日、维修费用、维修部门和维修人。

通过对车辆维保的详尽记录，做到配件产品可追溯、修理处置有反馈，经过一定时段的数据统计，对易损易耗配件的储备有依据。通过信息化手段形成车辆完整终身档案。

6 结束语

本系统采用了物联网中的三项关键技术，即传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术，通过本系统对吊车的工作状况、作业内容进行实时监控，对超载作业进行实时预警等，实现了对流动式起重机的智能化、管理的精细化要求，抑制安全事故的发生。通过资产管理方、租赁经营方、使用方以及质检部门多系统联网互动，提高了对流动式起重机的互管、监管能力，具有较高的应用价值及社会效益。

[1] 国家质量监督检验检疫总局. 质检总局关于2015年全国特种设备安全状况情况的通报[EB/OL]. [2016-04-05].http://www.aqsiq.gov.cn/xxgk-13386/ywxx/tzsb/201604/t20160405-463840.htm.

[2] 傅玲燕, 姜伟, 周见行.基于Web和GPRS技术的塔式起重机远程监控系统[J].机电工程, 2011(7).

[3] 国质检特联【2011】137号 国家质量监督检验检疫总局、国家安全生产监督管理总局联合发的文件[S].

[4] 张耀华, 朱晓锦, 李松.起重设备实时工况采集系统[J].仪表技术, 2013(7).

[5] 门智峰， 范亚辉， 许智.基于物联网的流动性起重机远程监控系统[J]. 起重机械, 2016(2).

[6] GB/T 28264 — 2012 起重机械 安全监控管理系统[S].

TU731.3

A

[定稿日期]2017-05-23

市政公用行业安全生产大检查方案(三)

(三)城镇园林绿化安全检查内容。

1.城市公园管理机构检查内容。

(1)公园日常安全管理制度建设情况。重点检查公园管理机构建立完善安全管理相关规章制度情况；制定游乐设施突发故障、动物逃逸、动物伤人、重大动物疫情等突发事件的应急预案、定期组织模拟演练情况；落实日常巡查、隐患排查、人员培训等安全管理措施情况；监督管理公园经营场所、作业活动的承租单位、承包单位安全运营情况。

(2)公园(动物园)设施设备的运营维护情况。重点检查公园管理机构对游览、防护、游乐、通信等设施设备的日常隐患排查、维修维护管理情况；公园(动物园)游览警示标志和引导标牌的建设情况；动物园和设动物展区的公园对展览动物、防护设施的监控管理情况。

(3)重大节庆活动期间安全保障能力建设情况。检查公园按照突发事件应急预案采取应急措施能力情况；安保力量和应急抢险队伍备勤及物资装备保障情况等；加强值班工作，落实值班和领导带班制度情况。

(4)公园防灾避险功能发挥情况。重点检查承担防灾避险功能的公园按照《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》(国发[2013]36号)合理设置防灾避险设施，确保出现灾情时及时开放、功能完好等情况。

摘自中华人民共和国住房和城乡建设部网站