塔机监控与安全保护系统的应用

李鹏飞，陈勇卫，党涛，杨飞，訾永

塔机监控与安全保护系统的应用

李鹏飞，陈勇卫，党涛，杨飞，訾永

（陕西建设机械股份有限公司，陕西 西安 710200）

随着科学技术的发展，塔机监控与安全保护系统的设计直接关系到塔机工作效率和塔机安全运行问题。在塔机监控与安全防护技术方面，讲述了监控系统的组成及特点、监控系统的参数设定及应用等，为塔机监控及安全保护奠定了坚实的基础，从而保障塔机安全、平稳的运行。

塔机监控；安全保护系统；应用；安全防护

塔机监控与安全保护系统在很大程度上能够保障塔机的安全运行，其安全系统对风速、温湿度环境、回转角度、吊钩高度、起重力矩、起重机工作幅度等进行优化管理，防止其起升重量超过塔机的规定荷载，进而强化系统的安全性。在此过程中，塔司人员通过查看有效的数据记录以及信息监督，能够安全快捷地提升塔机的运行效率，延长塔机使用寿命的同时，对塔机的安全防护起到积极的作用。

1 塔机监控与安全保护系统的硬件设计

安全保护系统硬件设计如图1所示。

图1 安全保护系统硬件设计方框图

在这种系统中，技术人员需要对塔机的运行机制进行多信号、多线路模拟，保证司机可以在驾驶室中有效地查看塔机运行的状态，从而将系统分为数据采集和主控制器两大部分，各机构采用变频闭环控制，变频器与PLC之间采用固定的总线连接形式。具体来讲，系统中主控制器由继电器驱动、蜂鸣器报警、入机接口、存储器和显示器等组成。为了能够保障塔机的运行效率和存储环境，主控制器还采取固定的CPU，保障芯片内资源和存储量丰富，拓展整个系统的工作范围，进而营造出良好的工作环境[1]。

塔机安全保护系统产生的大量数据能够借助云数据存储平台来更新存储程序和数据计算程序。而且针对每一条记录进行必要的备份管理和信息管理，拓展容量。对塔机工作过程中的风速、温湿度环境、回转角度、吊钩位置、工作幅度以及起重量进行必要的监测和管理。

2 塔机监控与安全保护系统

2.1 系统的组成及特点

塔机多功能安全监控系统的硬件主要包括显示屏、电源主机、幅度限位器、回转编码器、高度限位器、重量传感器、风速仪等，具体如图2所示。

图2 安全保护系统组成图

安全保护系统主要有塔机报警、工作记录、显示装置、实时在塔机上显示塔机工作状况、记录塔机数据的功能。

2.2 系统软件功能的基本介绍

塔机监控系统的软件功能包括数据处理、传感器标定、区域保护和系统参数设置等基础部分。以某型号塔机安全保护系统为例，系统开机后进入工作主界面，如图3所示。

图3 主界面

点击右下角菜单栏输入密码，进入菜单页面，如图4 所示。

图4 菜单页面

按照屏幕显示的方框内容确定塔机型号、硬件安装、参数设定等内容；在进行系统参数设计的时候需要依据倍率信息、起重力矩曲线等信息进行设计和处理，继而保障信息的稳定性。通过传感器参数标定，完成对塔机的实时参数，如幅度、高度、重量、回转等相关参数的导入，系统会记录标定值。而区域保护则是在保护设置信息基础的情况下明确区域保护的具体算法，然后对各个区域参数的最大值和最小值进行判定和管理，从而接收、存储、显示和导出具体的系统结构数据，以满足塔机监控与安全保护的需求[2]。

3 安全保护系统的应用

3.1 基本参数的标定

这些参数一般由塔机生产厂家设置，设置好后进行密码保护。

3.2 负载特性设定

这些参数一般由生产厂家根据产品的技术参数设置（导入）完成，进行密码保护，并且不对终端用户开放（避免安全事故产生）。

3.3 塔机参数标定

设定塔机实时参数，如回转、幅度、重量、高度等。

回转标定：先设置好A点和B点（A、B根据工地实际情况设置）设置完成好后，系统会自动计算出当前回转角度。

幅度设定：变幅小车走到塔壁最小幅度（通常指2 m处）按下最小幅度键输入最小幅度，变幅小车走到最大幅度按下最大幅度键输入数据即可完成，这样锁定塔壁变幅小车工作范围，以确保小车运行在安全范围之内。

(2) 任给O1,O2∈O(X),csO1,csO2∈τ,下证csO1∩csO2∈τ。由O1∩O2∈O(X),又只需证csO1∩csO2=cs(O1∩O2)即可。

重量设定：首先按下空钩重量清零键，进行清零标定。为了提高重量的精确性，尽量多标定几次，一般为3次。需要注意的是，标定重量最好在起重臂中间位置，重物在2 t以上，这样更精准。

高度设定：先标定吊钩零点（地面基点），然后将小车吊钩上升到最大高度输入最大值进行最大高度标定，这样完成其中塔基最大安全提升高度。需要注意的是，必须在塔臂15°时进行标定。

臂长组合及倍率选择：在选择臂长与倍率时，必须要和当前塔机的工况相匹配，否则，调用力矩表不能起到保护 作用[3]。

3.4 记录查询

进入显示器菜单查询页面可以通过上下箭头键逐条根据时间查询，如小车、起重、回转等三大机构运行情况。

3.4.1 工作记录

当工作记录超过90%，提醒备份记录，当记录条数达到100%系统将停止工作，必须及时备份记录；实时记录一般为每2 s记录一次设备当前状态，同工作记录。

3.4.2 风速记录

当风速超过一定值，记录实时风速状态，以给塔司提供可靠真实数据，确保设备安全。

3.4.3 标定记录

标定记录，指设备每标定一次就记录一次标定数据，防止他人胡乱标定。

3.4.4 外部控制电气通断记录

电气通断记录指设备通断电情况记录，确保设备运行安全。

3.5 数据下载

下载记录，可以通过SD卡下载记录，并可导出为电子表格。

3.6 视频系统

3.6.1 视频系统主要功能

塔机视频监控系统采用双摄像头，一个变焦摄像安装于塔机起重臂根部或回转塔身处，主要监视塔臂、变幅小车钢丝绳等运行情况；另一个摄像头安装于平衡臂起升结构附近主要监视平衡臂、起升机构、配重、拉杆等运行情况。

3.6.2 图像与存储

图像存储除了正常工作记录设备运转情况外（卷扬滚筒、钢丝绳等），还应具有断电图像保存功能，同时具有循环存储功能（视频存储后自动覆盖最早的影像），这样有利于记录设备安全运行的情况记录。

3.7 远程GPS控制系统与通讯

除此之外，该系统还采取GPS远程控制系统对塔机进行定位和通信，然后确定GPS自身的定位信息，以与其他各主板系统进行位置互换和通信管理，从而确定整个塔机及其各个主板系统的具体位置，并监控其实时的状态，将数据信息和故障记录发送到预期的远程监控中心当中，以便于技术人员通过手机有效了解系统的信息及塔司的操作情况，进而保障系统信息的互换和相互定位，以提升系统的稳定性和安全性。

4 结束语

塔机监控与安全保护系统及关键技术的更新与发展，不仅能在一定程度上提升系统的稳定性和安全性，同时也能防止塔机之间相互碰撞。搭建有效的塔机系统监控平台，不仅能在很大程度上对塔机的运行进行合理监控，还可以在信息技术不断更新的情况下催生出新的安全保护系统，为日后新技术的产生奠定基础的同时，推动社会的发展和进步。

［1］张明天.塔机监控与安全保护系统及关键技术［D］.长春：吉林大学，2019.

［2］刘晓胜，周进，孙建，等.塔机监控与安全保护系统及关键技术［J］.建筑机械，2010（19）：93-96.

［3］北京建筑机械化研究院有限公司.GB/T 5031—2020 塔式起重机［S］.北京：中国标准出版社，2020.

2095－6835（2021）06－0167－02

TH213.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.069

李鹏飞（1985—），男，工程师，2009-07毕业于西安石油大学机械设计制造及其自动化专业，毕业后一直从事产品设计及推广工作。

〔编辑：王霞〕