起重机动态监管与物联网技术的应用研究.docxVIP

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起重机动态监管与物联网技术的应用研究

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摘要：大型起重机国外产品站在国际的第一线，先进的动态监管技术已经完全发展到全数字化控制系统的程度，主要由控制系统实时监测起重机运行参数，分析起重机运行数据，给出合理的运行建议，在一定程度上提高了工业自动化的水平，为提高工厂生产效率，节省工业维护成本，降低不可测事故的发生几率起到了卓越的作用。

关键词：起重机动态监管与物联网技术的应用研究

引言

大型起重机械在使用中，其姿态稳定性主要受吊臂长度、起吊方向、离心力、惯性力、坡度和风力等几个因素的影响。其中，吊臂长度、起吊方向、离心力和惯性力造成的姿态安全问题主要是由起吊载荷和人为因素造成，而坡度和风力则属于外部作业条件因素。为增强移动式起重机的安全性，需要对起重机械的姿态进行动态监管，通过姿态变化分析可能出现的安全问题，以提高大型起重机械的安全性能。

1.物联网技术的应用

（1）感知层，物联网的“皮肤和五官”，进行物体识别和信息采集;

（2）网络层，物联网的“神经中枢和大脑”，进行信息传递和处理;

（3）应用层，物联网的“社会分工”，与行业需求结合，实现广泛智能化。

对于每台起重机，大小车、臂架和机身运行信息都可用一套特定的传感器检测得到。姿态测量设备由卫星天线和卫星接收机组成，可测量大小车水平方向位移和位置、吊钩垂直方向位移、臂架三维姿态、机身倾斜度等定位和姿态信息，安装于起重机上的各类传感器属于传感层。所有来自传感器的信息通过信号传输线路到达网关或RTU设备，再经过以太网上传，同时来自上层的命令可通过RTU设备控制执行器和声光报警。

起重机群经常工作在一个重叠区域，使驾驶员很难注意到所有其他邻近的起重机。因此，整个起重机群的工作状态需要传递给每一台起重机，以防碰撞。考虑到船厂现场的复杂环境因素及施工车辆和人员的通过，在起重机群间通过有线传输信息将是不便和昂贵的方式。因此，这种特殊的情况下无线通信是一个最佳的选择，可以避免在施工时中断，实现起重机群间相对稳定的信息传输。本文采用网关及RTU设备可实现以太网内数据传输，采用无线AP可实现无线组网，构成网络层。

远程动态监管平台通过无线AP从每台起重机获得数据，该平台安装于云服务器，手持动态监管设备及移动动态监管终端可以很容易地通过互联网进行访问，起重机上的工作人员可通过无线AP访问远程动态动态监管系统，获取每台起重机的运行状态。管理员可以注册添加一台起重机到动态监管系统，并查看它的实时状态和某个区域起重机群的历史数据。远程动态监管服务器属于应用层。

区别于物联网的三层架构，本文中的动态监管系统还有第四层，即接入层，作为物联网的“功能性大脑”，可完成思考、识别和决策任务。接入层的核心组成部分是安装于每台起重机上的测控机，它也是本文的重点。来自传感器的数据经过以太网输入嵌入式测控机，门座起重机上的测控机安装于驾驶室，门式起重机上的测控机则安装于大梁横梁内的三防电控箱。测控机通过信号线路从安装在起重机关键部件的所有传感器获得数据，并分析处理和进一步计算，把最终关键姿态等数据远程传输到云服务器上的远程动态监管平台。

本文根据四层结构模型重点介绍动态动态监管系统解决方案。

1.1传感层

传感层设备作为整个动态监管系统的基础，只有性能优良的传感器监视和控制起重机生产过程，才能保证起重机工作在正常及安全状态。动态监管系统所采用的机身姿态、旋转角度、运行速度、风速、负载等传感器经过检验，精度均达到国家标准。

1.2网络层

网络层主要包括以太网协议转换设备、网络传输线路和无线传输设备。

起重机传感器与系统的连接使用协议转换网关和RTU设备，将各种控制器的通讯协议统一转换为以太网协议，实现异构系统的互联，起重机动态监管服务器、动态监管终端等设备均通过工业以太网连接通过对传感器输出信号进行处理，再将数字信号由无线通信模块将采集参数传输给前端动态监管装置。

无线AP是使用无线设备（手机等移动设备、笔记本电脑等无线设备）用户进入有线网络的接入点，主要用于需要无线动态监管的地方，典型距离覆盖至上百米，也可以用于远距离传送。

1.3接入层

接入层即数据采集和控制装置，安装在起重机指定地方，称为测控机，主要完成对起重机的运行状态各个参数实时处理、存储和显示、单机姿态测量，并用无线方式传输数据给远程动态监管平台，用以太网传输执行对底层设备的控制。

1.4应用层

应用层即远程动态监管平台，远程动态监管服务布置在云服务器上，通过互联网将数据进行接收，并配置数据库服务器，保证数据的长时间及大容量存储，并方便数据的检索查阅，并对数据进行分析处理统计。动态监管平台配置上位机动态监管软件，实现数据的预处理和造船起重机状态的判断，对违章操作预警或报警。