起重机物联网设备远程操作系统的探析

候正魁

（青海中特检特种设备检测有限公司，青海 西宁 810000）

随着社会的进步以及科技的发展，许多先进的技术应用到各个领域中，改变了传统的生产方式，生产力和生产效率得到了极大的提升。而随着计算机技术以及网络技术的日趋成熟，物联网应运而生。物联网时代的到来，万物可联，推动了现代化工业的发展。物联网技术应用于起重机设备，实现了人机之间的无障碍交流，改善了起重机操作人员的工作环境，提升了起重机的工作效率和质量。起重设备的应用以及发展有着极为深远的影响。

1 物联网技术概述

物联网的概念起始于20 世纪初，它的基本定义是指利用射频识别技术、传感器红外线感应器等装置和技术，对目标对象进行监控和连接，同时，对目标对象的位置、声音、化学、力学、生物等各种需要掌握的信息进行采集，并形成一个巨大的网络，从而实现物与物、物与人、物品与网络的连接，达到管理控制和识别的目的。物联网包含四大关键因素，射频识别技术、传感技术、M2M 及电子信息技术。射频识别技术即无线射频识别，又称为电子标签。它利用无线的电池信号对目标进行相关数据的识别和读写，与特定的目标建立起接触。传感技术是利用合理布局的传感器组成传感网，是数据的通信单元以及处理单元的节点，通过自组织的方式构成无线网络。电子信息技术是在工业生产的各个环节进行信息化的管理。M2M 是人与机器、机器与机器、网络与机器之间的连通，代表了系统之间的通信连接的技术以及手段。物联网技术的应用，使管理技术以及物体之间融合为一个整体，实现了人机之间的无障碍交互。

2 物联网起重机远程操作系统的特征

与传统的起重机操作与管理相比，物联网起重机远程操作系统具有极大的技术优势。传统的起重设备的保护措施仅仅限于荷载和力矩的限位，只能进行单机的人工操作以及监控或者是进行小范围的集群监控管理，很难满足目前复杂的工作环境以及货物装卸的要求，同时，其工作的效率和安全难以得到保证。物联网技术的应用，则有效地解决了这一难题。物联网起重机的远程操作系统具有两大明显的特征：第一，信息的分析和决策由计算机来完成。传统的起重设备有起重机的操作人员对设备的重量、运行的路线、挂钩状况等环境信息进行收集，然后做出相应的决策，例如，挂钩已就位，调运货物重量符合要求，可以进行操作起吊。而物联网技术的计算机操作系统，则可以通过远程的信息收集和自动感知，并由计算机做出吊装线路、吊装方法等吊装方案，起重机的操作人员则根据计算机的信息分析和决策进行辅助。第二，物联网起重机的远程操作系统，可以不受距离以及时空的局限，进行人与机器器与机器之间的信息的交互。举例来说，传统的起重机的操作，必要时，需要操作人员及管理人员实地进行查看，判断是否产生故障以及是否需要维修以及能否吊装。而物联网起重机的远程操作系统，可以在远程的状态下对起重机的各种数据，如油压、温度等等现场信息进行收集，然后做出分析判断和决策，极大地提升了起重机的效率，同时，使起重机更具有稳定性和安全性。

3 物联网技术在远程操控系统的应用

物联网技术在起重机的远程操作系统上的应用，从技术架构上包括3 个层面，即感知层、网络层以及应用层。

3.1 感知层

感知层的作用与人体的感知器官，眼睛、皮肤等神经末梢的作用相同，是对起重机的外部环境以及工作环境进行感知，从而对物体进行识别，对物体的信息进行采集。感知层包括监控单元、开关信号以及各种传感器，它可以采用并联的方式。感知层中极为重要的是传感器技术的应用。起重机的远程操控系统感知层的传感器包括振动传感器、应变传感器、位移传感器、轮压传感器、旋转编码器、继电器、行程限位器、超载限制器等组成，对起重机的运行状态进行感知，它包括上升下降的方向、小车及大车运行的方向、升降的速度、运行的速度、升降的高度、运行的距离、极限位置、继动器的开合状态等等信息进行识别和收集。同时负责起重机的安全性能信息的监测，包括超载保护、结构变形、运动测试等等起重机的管理活动。另外，感知层还具有独立的监控单元，通过传感器数据的收集和分析，对异常问题做出快速的反应。

3.2 网络层

网络层其作用于人的神经中枢和大脑相当，包括互联网、有线和无线通讯网以及私人网络、网络管理系统及云计算平台。主要作用是对感知层的信息进行传递以及处理。起重机的远程操作系统，物联网网络主要有Internet 局域网以及电信网两种，而随着5G 技术的应用和实施，在远程操作系统中发挥着重要的作用。起重机的物联网网络层主要包括以太网通讯模块，负责将网络线上的信号转换成为CPU 能够识别的数据。5G 路由器，为设备端提供网络环境。无线数据传输模块，其主要作用是将采集设备与网络进行连接。用户服务器，起主要作用是对远程的起重机设备采集的数据进行存储和调用。5G 技术在起重机远程操作系统中的应用，其提供的网络服务数据传输的速率更快、容量更大、精准性更高，避免了因信号受到干扰导致的数据丢失。物联网的网络层会利用公共云服务平台，将数据在云服务平台进行存储，而客户端通过对云平台上数据的访问来实现远程的操作和管理。为了防止数据的泄漏，确保数据的安全，可以采取自有协议直接通讯的方式来完成。感知层的数据直接向服务器进行发送，使主机与服务器之间建立链接，通过定时发送的方式，并对定时发送的频率进行灵活的设置，确保数据信息的及时性和准确性。

3.3 应用层

应用层相当于整个系统的司令部，他将收集的数据信息进行存储，对起重机的运行进行操作和管理，同时，还具有为起重机的操作人员和管理人员提供相应的交互接口。应用层一般包括数据库应用程序以及通讯程序，数据库的构建要确保兼容性和易容性。起重机的操作人员管理人员可以利用电脑或者手机对系统进行访问，清楚地掌握起重机的运行状态，同时并了解起重机的安全状况。还可以利用大数据分析技术对起重机的综合性能进行分析，并提出适当的维护保养建议。操作人员和管理人员可以通过交互界面来实现对起重机的操作以及管理。

另外，起重机的应用层能够对起重机的历史操作过程以及故障点儿运行状态进行记录和监测，系统中的数据处理芯片，可以对数据信息以及信号进行实时的分析和运算，并能够设置安全性能指标，当关键的结构件以及关键零部件的状况以及运行的状态到达临界报警点时，可以对操作人员进行提示，远程管理人员也可以获取相关信息，从而确保起重设备的稳定而又安全地运行。

4 远程操作系统的功能

起重机的物联网设备远程操作系统一般分为三个部分，即数据采集系统、通信系统以及中心控制平台，三个系统紧密地结合在一起，实现了人与机器、机器与机器之间的紧密配合，通过对数据的分析处理，完成了起重量起重力矩小车、大车吊钩高度以及回转角度的实时操作，并确保起重机的起重性能曲线，在一定的限制范围内。同时，还可以对作业中的危险工况进行记录，并将之作为事故分析处理的依据。操作人员及管理人员可以随时地进行调阅，进而总结经验，提高操作和管理的水平。

4.1 起重机的运行操作和管理功能

起重机的远程操作系统应用互联网技术，可以实现对起重机远程操作并对运行的状态进行监控和管理。通过物联网中的传感技术以及Gis 技术，可以对起重机的起重量、起重力矩、起重升高、大小车运行位置进行远程的监测，并通过人机交互的界面，通过中心控制平台来进行相应的操作。另外，操作人员以及管理人员可以通过中心控制平台，在远程对起重机的工作环境进行了解，如风速以及温度的变化，实时显示起重机的整机工作状态，包括高低压供电状况、运行方向、驱动器、电机升温制动器等。同时，还可以了解起重机的安全状况。物联网传感技术在远程操作系统中的应用，能够完全满足国家关于起重机械安全监控管理系统中的构成以及性能的要求，满足相关的实验方法和系统的检验，并且实现了起重机电控系统的远程操作（图1）。

图1

4.2 金属结构状态的监测功能

起重机的承载结构是金属结构，如果过度受力以及一定程度的损伤，都会对起重机的运行和操作带来严重的影响。而利用物联网技术的传感技术，并与传统的压电传感器以及声发射等无损检测融合在一起，可以实时的对运行的受力状态进行监控，对起重机的结构应力数据进行采集，特别是重点的部位的应力，进行应变信号的同步、实时的采集和分析，并将之传输给远程的操作人员以及管理人员，为操作人员和管理人员提供精准的数据分析，使管理人员和操作人员在远程即可做出相应的判断，采取必要的措施，从而避免事故的发生，确保起重机的使用寿命。

4.3 人机交互功能

物联网技术的应用实现了起重机的人机交互功能，实现了人与机器之间的智能识别，使操作人员以及管理人员与起重机相互对应，防止了其他人员对起重机的介入操作，提高了起重机操作的安全性。操作人员以及相关的管理人员需要进入起重机或者远程操控时，首先，要利用RFIR 的身份识别技术对相关人员的身份和权限进行识别，不同的授权可以进行与之相对应的操作，作业人员只有通过身份识别后，才能够正常地进行起重机的作业。管理人员如果登录并对起重机进行锁定，其他人员则无法再进行相应的操作，除非管理人员将锁定解除后方可进行。管理人员可以对作业人员的操作权限进行授权，从而确保了操作系统的安全性和可靠性。另外，还可以对相关的违规操作的发生以及类型进行记录，使起重机的操作更加的规范。

4.4 起重机的运维保护及故障诊断分析功能

系统中能够自由地进行维护周期和更换间隔的自由调整，对损耗的部件的更换以及周期性的保养的时间进行自动的记录，并于规定的维护周期和更换间隔进行对比，在达到运行维护的周期，或者是必须进行损耗部件的更新会发出提醒功能，从而能够延长起重机设备的使用寿命。

另外，可以记录和储存起重机故障的内容、时间以及具体的位置以及解决方法，相关的作业人员可以通过人机交互界面来进行读取。同时，可以显示驱动器plc部分的故障位置以及控制线路存在的问题，故障选项的位置能够具体到每个故障点。同时，还可以对历史故障进行储存，并建立相关的数据库，当有同类的故障产生时，可以直接进行调用进行比较，从而采取相应的措施进行维修和维护。

5 结语

物联网技术的应用，实现了人与起重机设备、起重机设备之间的远程交互。通过对起重机的远程操作与管理，提高了起重机的工作效率，使吊装更加精准。另外，更加强了起重机的安全操作及管理，使操作和管理更加规范，及时发现起重机运行过程中存在的问题并进行相应的处理。而随着科技的不断发展，物联网技术与先进的技术融合，例如，云技术、云存储技术、人工智能技术与物联网技术的融合，更好地对起重机远程操作系统进行优化和改善，使远程操作系统更加科学合理、方便快捷。因此，我们应当注重和加强起重机远程操作系统的开发和研究，对系统的功能进行拓展和优化，进一步地提升起重机效率和稳定性、安全性，充分地发挥起重机的功能和作用，促进我国工业的发展。