羅力

摘要：起重機(jī)是一種重要的機(jī)械設(shè)備，在物流活動(dòng)、碼頭工作、建筑生產(chǎn)等工作環(huán)節(jié)的作用突出，這就要求加強(qiáng)遠(yuǎn)程管理，提升其控制能力。本文以起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，就現(xiàn)場(chǎng)信息采集技術(shù)、通信技術(shù)、設(shè)計(jì)框架等內(nèi)容進(jìn)行論述，最后通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行輔助說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)?起重機(jī)?遠(yuǎn)程監(jiān)控?關(guān)鍵技術(shù)?通信技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP273

Research?on?Key?Technologies?and?Systems?for?the?Remote?Monitoring?of?Cranes?Based?on?the?Internet?of?Things

LUO?Li

Guizhou?Special?Equipment?Inspection?and?Testing?Institute，?Guiyang，?Guizhou?Province，?550000?China

Abstract：?The?crane?is?important?working?equipment，?and?it?plays?a?prominent?role?in?work?links?such?as?logistics?activities，?longshore?work?and?construction?production，?which?requires?strengthening?remote?management?to?enhance?its?control?capabilities.?This?article?takes?the?goal?of?the?remote?monitoring?of?cranes?as?the?starting?point，?analyzes?the?key?technologies?and?system?design?methods?of?the?remote?monitoring?of?cranes?based?on?the?Internet?of?Things，?discusses?on-site?information?collection?technology，?communication?technology，?design?framework?and?other?contents，?and?finally?assists?in?explaining?relevant?theories?by?simulation?experiments.

Key?Words：?Internet?of?Things;?Crane;?Remote?monitoring;?Key?technology;?Communication?technology

物聯(lián)網(wǎng)（Internet?of?Things）是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連接。物體通過(guò)信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能的工作網(wǎng)絡(luò)，可將其作為互聯(lián)網(wǎng)功能的具體化、延伸化。在現(xiàn)代管理活動(dòng)中，物聯(lián)網(wǎng)的作用日益突出，得到的關(guān)注也越來(lái)越多。就起重機(jī)而言，從管理效率、安全生產(chǎn)等角度出發(fā)，有必要提升實(shí)時(shí)工作情況的有關(guān)分析?，F(xiàn)有的管理方法難以保證管控實(shí)時(shí)性，這為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用提供了空間[1]。在此背景下，分析基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有助于提升設(shè)備管理水平，為后續(xù)有關(guān)工作提供必要思路。

1?起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo)

1.1采集實(shí)時(shí)信息

起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的直接目標(biāo)在于采集各類實(shí)時(shí)信息，以了解起重機(jī)當(dāng)前工作情況，包括負(fù)荷水平、起重貨物的重量、設(shè)備穩(wěn)定性、工作時(shí)間以及戶外的環(huán)境情況等。與一般小型設(shè)備不同，起重機(jī)的工作參數(shù)必須高度穩(wěn)定，以避免安全問(wèn)題。各類實(shí)時(shí)信息可以真實(shí)反映起重機(jī)的工作情況，以便管理人員了解起重機(jī)現(xiàn)狀，進(jìn)行必要的管理干預(yù)[2]。

1.2及時(shí)察覺(jué)異常

組織對(duì)起重機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可以察覺(jué)其工作中的異常，避免出現(xiàn)生產(chǎn)安全事故，一些尚未發(fā)生的故障也可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控及時(shí)察覺(jué)和處理。例如：懸臂起重機(jī)的懸臂，可能在持續(xù)作業(yè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、緊固件失效等問(wèn)題，如果未能及時(shí)察覺(jué)，其懸臂甚至存在掉落風(fēng)險(xiǎn)[3]。借助信息化技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行有關(guān)參數(shù)、信息的收集，可幫助工作人員了解起重機(jī)存在的異常，及時(shí)加固其懸臂，避免事故。

1.3常規(guī)記錄數(shù)據(jù)

起重機(jī)的工作信息往往是固定的，即“額定工作參數(shù)”，但在實(shí)際工作中，受到工作內(nèi)容影響，起重機(jī)的參數(shù)又呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)性。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可了解起重機(jī)當(dāng)日、一段時(shí)間內(nèi)的工作參數(shù)，形成大數(shù)據(jù)以服務(wù)后續(xù)管理。例如：起重機(jī)出現(xiàn)了事故，可通知常規(guī)記錄的各類信息了解事故發(fā)生時(shí)其具體工作參數(shù)，以判斷事故成因和工作安全臨界值，為后續(xù)起重機(jī)管理工作提供參考[4]。

2?基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

2.1基礎(chǔ)技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要來(lái)自各類技術(shù)的支持，其中關(guān)鍵性的基礎(chǔ)技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)等，這些技術(shù)的共同特點(diǎn)在于能夠搭建物聯(lián)網(wǎng)工作系統(tǒng)，為起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、操作管理等活動(dòng)提供基礎(chǔ)性保障[5]。

2.2現(xiàn)場(chǎng)信息采集技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)信息采集技術(shù)是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，各類實(shí)時(shí)信息是組織交互、下達(dá)指令的基本依據(jù)。在起重機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)信息采集主要借助傳感設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備，前者又可細(xì)分為接觸式傳感和非接觸式傳感兩種，對(duì)起重機(jī)各核心工作參數(shù)的采集以接觸式傳感為主，如其起重物的重量信息、起重機(jī)負(fù)荷情況、起重機(jī)是否出現(xiàn)異常移位等。其他參數(shù)的收集以非接觸式傳感為主，如周邊風(fēng)力、空氣濕度等。監(jiān)控設(shè)備主要收集起重機(jī)工作范圍內(nèi)的各類實(shí)時(shí)畫(huà)面，如門式起重機(jī)是否穩(wěn)定、工作人員是否存在不當(dāng)操作、安裝裝備佩戴是否整齊等?，F(xiàn)場(chǎng)信息采集越豐富，起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控工作質(zhì)量越有保證。

2.3嵌入技術(shù)

嵌入技術(shù)是組織起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)之一，其主要價(jià)值體現(xiàn)在對(duì)常規(guī)信息工作系統(tǒng)功能的擴(kuò)展層面，如可視化擴(kuò)展、存儲(chǔ)能力擴(kuò)展等。采用監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程了解起重機(jī)的工作情況，需要將可視化儀器放置在工作系統(tǒng)中，為保證其兼容性，需要以嵌入技術(shù)提供支持，使各類遠(yuǎn)程獲取的信息可以被轉(zhuǎn)化為直接能為計(jì)算機(jī)識(shí)別、讀取的語(yǔ)言，再以數(shù)字化形式呈現(xiàn)給管理者[6]。同樣，嘗試進(jìn)行起重機(jī)信息的存儲(chǔ)，需要在系統(tǒng)中嵌入存儲(chǔ)卡或其他設(shè)施，以保證系統(tǒng)存儲(chǔ)空間能夠在一段時(shí)間內(nèi)保留所有有價(jià)值的關(guān)鍵信息。與集成技術(shù)相比，嵌入技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)較小，其應(yīng)用成本也相對(duì)可控，實(shí)際工作中更具可選擇性。

2.4通信技術(shù)

通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中作用突出，也是支持起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)采集的信息提供給遠(yuǎn)程管理端，而遠(yuǎn)程管理端下達(dá)的指令也需要通過(guò)通信技術(shù)提供給執(zhí)行端。例如：起重機(jī)的懸臂出現(xiàn)異常，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)信息采集系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)其連接出現(xiàn)松動(dòng)，此信息可以借助通信線路快速提供給管理處，管理處在通過(guò)線路下達(dá)指令，要求懸臂中止作業(yè)，直到其緊固完成。此外，如果起重機(jī)所屬的物聯(lián)網(wǎng)工作系統(tǒng)規(guī)模較大，其他工作設(shè)備與起重機(jī)的聯(lián)動(dòng)、其他管理人員對(duì)起重機(jī)的遠(yuǎn)程管理等，也均需要以通信技術(shù)提供支持。

3?基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1基本設(shè)計(jì)框架

按照上文所述的技術(shù)運(yùn)用方法，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，原則上強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，避免復(fù)雜設(shè)計(jì)影響其可實(shí)現(xiàn)性，也避免多指令出現(xiàn)內(nèi)部互擾，在此要求下，做遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：

按照?qǐng)D1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要分為4個(gè)功能模塊，即執(zhí)行模塊、遠(yuǎn)程模塊、智能模塊和通信模塊。執(zhí)行模塊即安裝在起重機(jī)以及其工作區(qū)域內(nèi)的各類傳感器以及監(jiān)控設(shè)備，其分別根據(jù)程序設(shè)定情況，對(duì)起重機(jī)作業(yè)區(qū)域的各類傳感器信息進(jìn)行采集，如起重物重量、風(fēng)力水平等。遠(yuǎn)程模塊負(fù)責(zé)設(shè)定物聯(lián)網(wǎng)工作程序、智能設(shè)備工作程序，也負(fù)責(zé)進(jìn)行各類信息存儲(chǔ)與加工。智能模塊根據(jù)程序進(jìn)行信息對(duì)比、分析，如果信息異常，可以做應(yīng)急處理和警報(bào)，反之則繼續(xù)進(jìn)行信息采集。通信模塊負(fù)責(zé)各類指令在傳輸、交互，以保證物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各部分可以有效完成預(yù)期工作。

3.2作業(yè)流程

以圖1所示的設(shè)計(jì)思路為基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)起重機(jī)日常工作情況進(jìn)行監(jiān)督。其監(jiān)督工作的一般流程為信息采集、信息分析、以及基于分析結(jié)果的指令下達(dá)。當(dāng)起重機(jī)作業(yè)情況無(wú)異常時(shí)，系統(tǒng)不做額外管理，只常規(guī)進(jìn)行信息的持續(xù)收集。當(dāng)起重機(jī)作業(yè)情況異常時(shí)，系統(tǒng)需要投入作業(yè)，如警報(bào)、中斷作業(yè)等。

懸臂起重機(jī)懸臂異常、出現(xiàn)松動(dòng)，有可能誘發(fā)安全事故，此時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)信息采集器收集有關(guān)信息，并通過(guò)智能對(duì)照發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即由智能系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，暫停起重機(jī)的起重作業(yè)，直到人員參與處理、完成懸臂的加固，再恢復(fù)生產(chǎn)活動(dòng)。與常規(guī)人工管理模式相比，智能化管理、遠(yuǎn)程監(jiān)督的敏銳性、精準(zhǔn)性均有所提升，能夠更有效地處理各類異常，保證起重機(jī)作業(yè)安全。

4?模擬分析

4.1模擬目標(biāo)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)計(jì)算機(jī)搭建模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)上述理論進(jìn)行輔助論證。以某港口的門式起重機(jī)為模擬對(duì)象，通過(guò)其產(chǎn)權(quán)所有方提供的信息搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，另通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)常規(guī)管理模式下起重機(jī)工作信息進(jìn)行采集，形成大數(shù)據(jù)。主要包括起重機(jī)出現(xiàn)故障的次數(shù)、故障檢查時(shí)間、因故障中斷作業(yè)天數(shù)占工作總天數(shù)的比重。實(shí)驗(yàn)采用參數(shù)模擬法進(jìn)行，共分為三組：

第一組為常規(guī)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行5?min模擬，選用的加速參數(shù)為1：100?000，即每完成1分鐘模擬，相當(dāng)于設(shè)備持續(xù)工作10?000分鐘（總計(jì)約為347天，下同）。該組模擬不添加異常參數(shù)，默認(rèn)起重機(jī)工作參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境均無(wú)異常。

第二組為參數(shù)故障實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行5?min模擬，本組選用的加速參數(shù)固定為1：10?000，每完成1分鐘模擬相當(dāng)于設(shè)備持續(xù)工作10?000分鐘。該組模擬默認(rèn)起重機(jī)工作參數(shù)存在異常（默認(rèn)為起重重量過(guò)大），工作環(huán)境無(wú)異常，隨機(jī)添加異常參數(shù)1000個(gè)，記錄起重機(jī)智能模塊是否能夠察覺(jué)異常、是否能夠快速完成警報(bào)，計(jì)算因故障中斷作業(yè)天數(shù)占工作總天數(shù)的比重。

第三組為環(huán)境故障實(shí)驗(yàn)，共進(jìn)行5?min模擬，本組選用的加速參數(shù)也固定為1：10?000，每完成1分鐘模擬，相當(dāng)于設(shè)備持續(xù)工作10?000分鐘。該組模擬默認(rèn)起重機(jī)工作參數(shù)無(wú)異常，工作環(huán)境存在異常（默認(rèn)為風(fēng)力過(guò)大），隨機(jī)添加異常參數(shù)1000個(gè)，記錄起重機(jī)智能模塊是否能夠察覺(jué)異常、快速完成警報(bào)，計(jì)算因故障中斷作業(yè)天數(shù)占工作總天數(shù)的比重。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及大數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以更敏銳地察覺(jué)起重機(jī)的工作異常，故障檢查時(shí)間較短，因故障中斷作業(yè)天數(shù)占工作總天數(shù)的比重也較低。這表明以現(xiàn)場(chǎng)信息采集技術(shù)、嵌入技術(shù)、智能技術(shù)支持物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、服務(wù)起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控具有突出優(yōu)勢(shì)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控有助于掌握其實(shí)時(shí)工作態(tài)勢(shì)、預(yù)先發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)并做處理，具有一定的可行空間和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。目前來(lái)看，應(yīng)用于起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)除物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)性技術(shù)外，還包括現(xiàn)場(chǎng)信息采集技術(shù)、嵌入技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)以及一些輔助性技術(shù)，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)上關(guān)注簡(jiǎn)潔性，以保證各項(xiàng)功能能夠妥善實(shí)現(xiàn)。結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果，可知基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠發(fā)揮數(shù)據(jù)積累、問(wèn)題察覺(jué)、自適應(yīng)調(diào)整等作用，未來(lái)可嘗試應(yīng)用，以提升起重機(jī)的控制水平和工作效率。

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