信息化技术在工程起重机中的应用探索

金久暄

（天津市安定医院，天津 300222）

建筑工程规模的日益扩大，国民经济实现了可持续发展，起重机是运输货物最关键的方式，由此提升了起重机械的使用频率。然而，在具体工作中，施工现场的环境十分恶劣，并受诸多因素的影响，施工条件也越来越复杂，从而引发了许多安全问题，如果造成安全事故，将会严重影响社会和谐，因此有必要采用信息化技术对起重机械进行综合管理，使机械设备维持正常状态，保障工作人员的安全，营造和谐的社会环境。

1 国内外研究现状

国外的其中机械管理起步很早，20 世纪60 年代就有了载荷限制器设备，并研发了起重机信息化管理系统。由此可见，国外对起重机信息化技术的应用已趋于成熟。国外的起重机信息化系统包括地面网络与起重机网络，两者既相辅相成，又相互独立，保证了起重机的稳定运行。而国内的起重机信息化管理发展较晚，截至目前，已呈稳步前进趋势。大部分超载保护装置的厂商已能够独当一面进行防碰撞装置、生产载荷限制器与起升高度器等零部件的生产。但是，唯独在系统集成商，研究深度依然不足，若想实现功能的多样化，就必须安装多类精密仪器，这与国外一些先进的控制系统来说，不仅材料及造价昂贵，还存在烦琐的拼接过程。对此，国内应深入研究系统的优化方面，争取可以将风险预警、数据显示和系统控制等功能集于一体，对设备参数进行实时监控。同时还应具备长远的眼光，有效保护监测区，避免设备倾翻，实现设备的准确定位。

2 施工企业起重设备面临的问题探讨

在电力与水利等行业中使用的起重设备，通常会因交通不发达且位置偏远等条件限制存在许多问题。

（1）存在较高的作业安全风险。起重机作为一类特种设备，属于国家规范管理的重要内容。在电力工程或水利工程建设中，起重机往往承受着极大的工作强度，甚至全天高负荷运行，并且该设备的检测与维修很难落实，设备使用过程信息也不公开，无法预知起重机的运行状态，存在很大的安全风险。尤其是水电站领域的高架门式起重机，因其具有较大的摆臂幅度，容易引起很多安全事故。

（2）工作条件复杂。当起重机在高湿与高温的条件下工作时，须严格控制起重机的系统质量及零件，因起重机长期暴露于高湿和高温的恶劣条件下，会严重损耗控制类元件及其他零件，容易降低起重机运行性能，倘若未能及时检测与维修，在设备运行过程中就会突发故障，影响生产效率，进而给企业造成巨大的经济损失。

（3）售后维保未落实到位。销售至国外的起重机，具有相对较高的成本，且售后维保未落实到位，通常一些小故障能找当地人予以排除，难度较大的故障就要找专业人员维修，难免存在维修不及时的情况。

3 施工单位起重机信息化管理要求

3.1 信息化技术应用简析

随着“互联网+”技术的普及，各个行业都寻求自身的转型路径，建立基于“互联网+”的智慧信息管理系统，旨在定位目标客户的需求，并集资源共享、采购、施工、开发、制造等一系列数据互通，从而提升自动化水平，促进起重机更好地发展。相关制造单位围绕自身的客户，特意基于物联网在线管理系统研发了物联网与收集移动技术，成功接入起重机上的智能管理模块，实时监控起重机的状态，迅速反馈至客户群体，以便其使用。例如，利用GPS 技术，新型起重机可借助手机应用程序实时查看其状态信息；旧式起重机通过GPS 的装设，完成对车辆的绑定，也可查看状态信息。假如老型的起重机原本就无法实现CAN 通讯，在装设GPS 以后只可查到车辆位置与运行轨迹等，无法获取实际的工况信息，而在用户下载并安装物联网在线管理系统后，便可查看具体的信息，如行驶公里数、是否开机、工况状态、当前位置等。同时还可利用售后服务板块功能，同维修人员保持良好沟通，以实现问题的解决。

3.2 信息化管理要求

施工企业不管是在单车核算方面，还是设备管理方面，信息化技术都不失为提高设备运营的有效途径。并且信息化技术在起重机方面的应用也会迎来许多技术难题。例如，重量级履带式起重机在国有企业中有的已经使用了十年之久，在信息化技术应用与设备管理上均有很大的困难，大多民营企业的机械采购又是分季度性或年度性的，主要为国产车，很难进行信息化技术升级。根据吊装施工企业的竞争现状来看，急需加大设备的信息化管理力度，用先进的技术与方法代替以往的管理模式，比如，设备全生命周期管理方式等。例如，根据设备编号，将设备索具、物理资产等要素与信息化融合起来，及时更新阶段数据与项目分布，并利用设备的ID标识进行扫描，上传至电脑端与手机端，方便人员查找。此外，还可针对设备识别码建立设备档案，追溯设备从采购、使用、故障、报废等全过程，防止出现设备管理的信息孤岛效应。

4 信息化技术在工程起重机中的应用

4.1 建立起重机工业物联网系统平台

起重机工业物联网系统平台的建立，通过大数据挖掘和工业互联网技术，对异地设备的工作状态进行实时监控，快速响应设备的指令要求，给设备提供个性化的服务，包含有空中升级、智能诊断、远程指导、组态调试、节能管理等功能，避免由于设备突发故障而影响生产，提升设备利用效率，确保安全生产。该系统平台利用人工智能，实时判断与分析设备的运行数据，第一时间了解设备的运行情况。并且再现报警信息，充分还原事故场景，可有效追溯事故，规范人员的实际操作行为。同时，该系统平台还具备可视化操作功能，方便人员检修设备。记录与备份也是全程在线，利用大数据挖掘技术可收集与分析设备的报警信息，快速发现并排除故障。

4.2 起重机工业物联网系统平台的功能实现

4.2.1 系统平台的建立过程

PLC 是一种可编程控制程序，利用起重机的PLC 将起重机工作期间所需要的全部数据收集起来，PLC 借助相应的网络接口连接到工业智能网关中，这时根据相关网络协议与数据传输功能，把已经解析过的数据利用网络输送至互联网，随后再传输至服务器，接着利用服务器内的数据系统，把业务数据和设备数据上传至各监控终端。如图1 所示，起重机工业物联网系统平台。例如，某双向门式起重机建立的工业物联网系统平台以监控系统下的PLC 为主要控制中心，一边连接车辆操作室，一边用以太网连接智能网关，然后通过PLC 下设的PROFINET 总线连接并控制起升变频器、大小车变频器、起升高度编码器、钢丝绳检测传感器等，将相关信息通过智能网关传输到服务器终端，经过数据系统平台的分析与处理，最后反馈至物联网云平台。

4.2.2 远程组态调试

起重机工业物联网系统平台支持设备的远程组态调试与程序的上传下载，利用移动数据平台可随时查看设备的运行情况，维修人员也可实现远程运维。依托此平台起重机的厂家能够及时掌握其售卖过的起重机位置和工作状态，如果设备出现问题或潜在风险，系统也可以利用短信等形式向客户发出警示信息，提醒客户该维修与保养，将故障降到最低。例如，在水利工程中，某双向门式起重机检修闸门时，其具体运行过程如下：机械设备开始运行，并带动大小车结构运行，依靠编码器确认和检测门槽位置，如果无法确认视频位置，机械则从头开始检测，若可以确认视频位置，则下降起升结构，液压抓梁就位，如果抓梁穿销到位，起升结构则升高，起升编码器到位确认是否运行大小车结构，是的话则到达指定位置，再次确认视频位置，开始检修闸门。

4.2.3 超载保护功能

按照国家起重机安全标准，起重机必须具备超载保护功能。当起重机所承载的重量在额定重量的96%时，必须马上开启超载保护限制器装置，释放警示信息。一旦起重机所承受的重量超过100%，超载保护器装置就会马上启动，自动关闭设备升降电源，使设备处在低能耗状态，减缓下降动作。当起重机所承载的重量大于112%时，超载保护限制器就会统计全部影响发动机安全的设备信息，强制设备停止运行，仅根据工艺设定下的安全机制做缓慢下降动作。

4.2.4 起升高度保护功能

高度限制器装置的存在可实现起重机的起升高度保护功能，如果起重机起重货物升至一定的极限位置，高度限制器就会马上关闭设备的电源。在特殊条件下，比如起重机所吊装的货物为液态金属，则需装设在第2 级高度限位设备，其主要用来关闭第一高度限制器的电源。若有其他技术要求，须安装下降深度限制器，一旦起重机根据要求降低至额定位置，就会立即关闭下降行为的电源，从而保护起重机设备不受损害。

4.2.5 预测性维护功能

预测性维护功能可以基于监控功能，收集、分析与记录设备运行过程中所生成的参数，同时有效处理故障问题。具体来讲，预测性维护功能能够预估设备的使用寿命。预测性维护功能通过对起重机日常工作过程中所产生的动态数据加以记录，确定起重机具体的载重数量与运行效率，再利用特有的算法技术，计算出起重机的剩余寿命。起重机的信息记录机构在每次工作期间均会有不同程度的损坏，预测性维护功能可准确记录设备使用时所承担载荷相应的累计时间，结合特有的算法预估出起重机未来的使用寿命。此外，要想实现预测性维护功能，还需要信息记录设备对零件运行时的应力峰值信息进行收集，根据此项参数得出零件剩余使用次数的结果。另外，预测性维护功能是通过GPRS 技术，并结合互联网技术远程监控施工现场的设备状态，实现了人员的远程控制目的。

4.3 起重机工业信息化安全管理系统框架

在大型建设工程中，起重机工业信息化安全管理系统框架应包括三个参建方，即施工方、监理方与建设方，其中数据框架第一层为施工方，第二层为监理方，负责监督数据，第三层为建设方，负责监管前两层的数据。如图2 所示，起重机工业信息化安全管理系统框架。

图2 起重机工业信息化安全管理系统框架

以安全生命周期理论为基础，结合起重机的安全管理规程，可把起重机工业信息化安全管理系统分成登录界面、建设方监督界面、施工方管理界面与监理方管理界面，以统计与管理功能为主。登录界面按照大型工程项目的参与方，为各单位设置使用权限。建设方监督界面可利用后台运行统计功能模块，搜索辖区内的标段与全部施工方起重机的数量及工作状况，并对起重机工作的不同环节进行审查，针对性地采取管理措施，保证安全管理的质量与效率。施工方管理界面要求施工企业录入起重机的动态数据与静态数据，动态数据由技术交底、机械检查、运维、保养等；静态数据如资质审核、型号、进场方式等。建立方管理界面有建立单位检查施工方起重机管理工作，包括每个管理环节，增强施工企业管理流程的规范性，以真正落实起重机各项安全制度。

5 结语

综上所述，基于信息化技术广泛应用的背景下，各种工程施工现场的全周期管理必然朝着信息化方向发展。起重机作为特种设备，是国家安全管理的重要内容，应创新其安全管理模式，提高安全管理水平，打破以往繁琐和无序的工作禁锢，朝着简化与有序的工作状态转变。本文通过建立起重机工业物联网系统平台与起重机工业信息化安全管理系统，简化了管理环节，在强化管理力度的同时，有效规避安全风险。此外，在机械设备工作期间还可以及时获取准确的动态化信息，给生产与维护提供了科学参考。