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淺談纜索起重機安全監控系統的設計---鄭州愷德爾科技起重機安全監控系統

來源:愷德爾起重機安全監控管理系統專家 發表日期: 2020-04-11 11:23:00

纜索起重機( 簡稱纜機) 是一種以柔性鋼索作為大跨距支承構件,兼有垂直運輸和水平運輸功能的特種起重機械。纜機在混凝土大壩工程、渡槽架設、橋梁建筑、碼頭施工、森林工業、堆料場 裝卸、碼頭搬運等方面具有廣泛的用途,還可配用抓斗進行水下 開挖作業。 纜索起重機的主要受力構件有塔架系統、塔架穩定系統、繩 索系統、索鞍、起重天車、卷揚機系統、錨固系統、電氣系統、安全監控系統等部分。 纜索吊機由于其具有載荷多變、機構復雜、結構跨度大等特 點,具有安全風險高,管理難度大,并且一旦發生安全事故,將帶 來極大的損失。

 纜索起重機安全監控系統現狀 依據 GB/T 28264—2017 起重機械 安全監控系統,對于纜 索起重機,其安全監控系統主要應監測起重量限制器、起升高度 限位器/下降深度限位器、運行行程限位器、聯鎖保護安全裝置、 門限位、機構之間的運行聯鎖、風速儀裝置、操作指令、工作時間、 累計工作時間、視頻系統等內容。

纜索起重機安全監控系統的不足之處 依據 GB/T 28756—2017 纜索起重機的內容,對于纜索起重 機的安全監控系統過于強調對起重機吊裝過程的監控,對天車的 運行高度、行程、重量、風速、偏斜等進行了監測。 但對于纜索起重機而言,其關鍵受力構件,還應該包括有塔 架、纜索系統等的受力情況,尤其是在山區橋梁修建過程中的塔 架高度較高,其塔架和承重索的受力狀態也是非常關鍵的受力構 件,因此建議增加對塔架和纜索系統的安全監控  對于塔架安全監控應側重于對塔架在空載和負載下受力、水平位移和垂直位移的監測,考慮到實際中傳感器的安裝方便的 程度,可以采用測量塔架傾斜角的方式來進行安全監控,當塔架 在空載和負載情況下時會出現傾斜,基于傾斜角的大小來判斷塔 架的安全度。 對于承重索系統的受力狀態可以通過在承重索上安裝起重 量傳感器來測量承重索的索力,通過測量得到的索力的變化來判 別承重索的安全狀態。

分布式纜索起重機安全監控系統研發 針對纜索起重機的安全監控系統的實際需求,考慮到纜索起 重機具有跨度大,控制機構和工作機構之間距離較遠,傳統的集 中式安全監控系統在現場難以實施等特點,擬采用分布式安全監 控系統,實現對纜索起重機運行狀態的全方位監測、多種不同危 險的預警以及運營作業的信息化管理,能夠有效提升起重機的安 全水平和運營效率。 分布式起重機安全監測預警系統由安裝在起重機上的分布 式數據采集系統和視頻監控系統、安裝在遠程管理中心的區域起 重機械信息管理平臺三部分組成。 分布式數據采集系統由帶動態顯示的主機、分布式數據采集 盒、分布式控制盒以及多種不同類型的傳感器( 行程傳感器、高度 傳感器、起重量傳感器、風速傳感器、水平傳感器) 等組成,能夠實 時采集并顯示起重機的運行狀態。 視頻監控系統由分別布設在起升卷揚機、后錨、吊鉤、運行軌 道、操作室、塔架處的安裝攝像頭以及操作室的顯示器、操作搖桿 構成,用于監控起重機的吊重狀態。 區域起重機械信息管理平臺能夠實現對區域多個項目多類起重機運營信息以及安全狀態的實時管理,便于實現區域起 重機遠程信息化管理的需求。

分布式數據采集系統 分布式數據采集系統需要實現對現場的各種模擬量、狀態量 信息的采集、顯示、存儲和報警等功能。若對模擬量和狀態量信 號進行集中采集,則必然會遇到信號衰減大、易于受到噪聲干擾 等問題,因此將分布式數據采集系統可以分為分布式控制端、采 集端和傳感端,控制端由分布式控制器構成,采集端由分布式采 集盒和控制盒構成,傳感端由各種不同類型的傳感器所構成。 傳感器端和數據采集端之間采用屏蔽線纜連接,數據采集端 和分布式控制端之間采用 Zigbee 連接、 CAN 總線或者網絡信號連 接,能夠有效減少信號的干擾,提升測量數據的準確性。以 2 天 車纜索起重機為例,分布式數據采集系統的連接狀態見表1

 視頻監控系統 視頻監控系統能夠有效擴展操作人員的視野,同時也能達到 人員檢修不易接觸的區域,但纜索起重機存在跨度空間大、距離 長等特點。 傳統的視頻監控系統主要是基于同軸電纜進行連接,線纜需 要跨越整個纜索吊,現場線纜長度大,布線工作困難,存在信號衰 減、易于受干擾等問題,因此綜合選用高清網絡攝像頭 + 無線網 橋的傳輸解決方案。此方案能夠有效減少施工現場的線纜連接 數,減少外部噪聲對信號的干擾,提升視頻監控的效果。

起重機遠程信息管理平臺 為了能夠實現對現場的起重機進行遠程管理,同時也為了能 夠遠程對區域內的纜索起重機的運行狀態進行實時監控和管理, 及時掌握區域內多臺起重機的運行狀態,為此需要建立起重機械 遠程信息管理平臺。 起重機械遠程信息管理平臺通過在管理中心內布置服務器、 數據庫、路由器、防火墻等網絡設備,并基于 ASP net 編制了系統 管理平臺軟件。 起重機械遠程信息管理平臺的主要功能如下:1) 能夠實現實 時、動態、遠程地對起重機狀態進行監測;2) 依據起重機的運行狀 態提供起重機運行狀態報表,實現起重機區域監督和管理; 3) 實 現對起重機運行狀態異地監控、遠程控制; 4) 系統具有起重機信 息查詢、監測數據查詢、報警起重機查詢、運營報告管理、系統信 息設置、系統管理等功能。

系統特點 基于分布式的纜索起重機安全監控系統的主要特點有: 1) 通過減少數據采集端和傳感器之間的距離,將多種模擬量 和狀態信號轉換為數字量信號,并通過 Zigbee 網絡或者總線網絡 將各傳感器的信號傳輸到分布式控制終端進行數據顯示、存儲、 報警燈,實現了對起重機各種運動量的準確測量、記錄,能夠有效減少現場的布線工作量和現場各種噪聲干擾對信號的影響;2) 通 過分布式采集系統和遠程信息管理平臺系統能夠實現起重機司 機、項目部、遠程管理者等三層次的對纜索起重機安全狀態的管 理需求,有效提升了起重機的安全性能和信息化管理效率; 3) 通 過在塔架等處布置高清視頻監控系統即可以擴展司機的操作 視野。

工程案例:夜郎河大橋概況 渝黔鐵路夜郎河雙線特大橋橋梁中心里程為 DK136 +589 00, 橋梁全長1 120 8 m。主橋采用1370 m 上承式鋼筋混凝土 X ( 提籃) 拱橋。引橋及拱上孔跨布置為532 m 預應力混凝土簡支 T +438 m 鋼混連續結合梁 +338 m 鋼混連續結合梁 +438 m 鋼混連續結合梁 +1632 m 預應力混凝土簡支 T 梁。橋上線路為 雙線,線間距為5 0 m,全橋位于直線上,大里程橋端部分位于豎 曲線上,其他位于平坡上( 見圖1)

 由于夜郎河大橋具有跨度大、施工周期長等特點,因此從結 構吊裝的角度選用纜索吊機系統。本橋設計纜索吊機為4 × 50 t 纜索吊機,凈吊重為 200 t,采用跨徑組合 24 2 m + 548 46 m + 15021 m。其結構主要由纜索系統( 承重索、牽引索、起重索) 、起 重小車、錨碇、塔架( 含索鞍、承馬) 及風纜、動力系統( 牽引卷揚 機、起重卷揚機、橫移機構) 等五部分組成。 為了保證大橋在施工過程中的穩定性、安全性,項目指揮部組 織相關廠家設計了分布式纜索起重機安全監控系統,并于 2015 4 月開始安裝。

 安全監控系統總體解決方案

 結合夜郎河大橋的實際特點,纜索起重機安全監控系統總體 方案如下: 1) 對纜索吊機的四個吊重天車的行程位移、吊鉤高度、起吊 重量、環境風速以及起重機的安全限位、操作指令等信息基于研 發的無線數據采集系統,該系統數據顯示終端安裝在重慶側的操 作室內,并配備遠程數據傳輸設備,將監控信息傳輸到遠程監控 管理平臺上,實現現場、項目部、總部等 3 級管理模式。現場各個 傳感器安裝圖見圖22) 在兩側錨點、控制室附近均安裝紅外高 清槍機( 3 ) ,觀察錨點、控制室情況。在索塔頂部布置變焦 攝像頭( 2 ) 、塔架兩側分別布置360°高清透霧攝像頭(2 ), 對索鞍橫移及現場吊裝過程全景進行監控。分別在操作中心和 觀景平臺布置遙控手柄,通過布置無線網橋將貴州側錨點攝像頭、重慶側塔架變焦及高清攝像頭等監控點的監控圖像傳輸到控制 室,由控制室傳輸到操作室最終傳輸到觀景平臺,將貴陽側塔架 攝像頭的監控圖像直接傳輸到觀景平臺。3) 在貴州側觀景平臺 處架設4 46 寸拼接顯示器,并配備控制手柄,將 9 畫面攝像資 料在總監控室實時顯示。 3 3 軟件設計界面 系統軟件界面可以分為主界面、參數設置界面和歷史數據界 面等不同功能界面。系統主界面能夠直觀顯示纜索起重機的工作 狀態和各監測量的實時監測數據( 見圖3)

 為了有效提升纜索起重機的安全管理水平,同時結合纜索起 重機的結構特點,研發了分布式纜索起重機安全監控系統,并在 夜郎河大橋上成功應用,取得良好的應用效果,主要結論如下: 1) 分布式安全監控系統具有現場施工周期短、抗干擾能力 強、系統配置靈活等特點,能夠廣泛應用于各類復雜起重機安全 監控系統中;2) 實現了對纜索起重機的三層次管理模式,有效的 解決了公司后臺級管理、項目級管理及區域級管理的不同需求, 大大提升了管理效率;3) 結合纜索起重機的實際受力特點,擴展 了纜索起重機的安全監控內容,實現了對纜索起重機更為全面的 監控;4) 分布式纜索起重機安全監控系統在夜郎河大橋上獲得成 功應用,表明該系統具備良好的實際應用效果。

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