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1)        主要功能

塔機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)主要功能如下：塔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測預(yù)警、遠(yuǎn)程鎖機(jī)、行程限位、防超載、區(qū)域保護(hù)、防碰撞、防傾覆、風(fēng)速報(bào)警、GPS 定位、GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、離線檢測模塊、管理平臺(tái)（定制化）、吊鉤視頻功能模塊（定制化）、人員管理、設(shè)備拆裝視頻監(jiān)控。

2)        塔機(jī)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖如下圖 2-1。該系統(tǒng)由系統(tǒng)主機(jī)、顯示器、傳感采

集設(shè)備、吊鉤視頻功能模塊、通信模塊組成。

2-1 系統(tǒng)總框圖

圖 2.1 系統(tǒng)顯示器

系統(tǒng)主機(jī)

采用ARM 平臺(tái)技術(shù)，用于采集塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括：轉(zhuǎn)角、吊重、風(fēng)速以及起升、變幅的模擬量輸入，內(nèi)含物理存儲(chǔ)卡，能夠?qū)崟r(shí)記錄，至少可存儲(chǔ)周期為一年的數(shù)據(jù)信息， 存儲(chǔ)塔機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)、操作記錄等。主機(jī)箱內(nèi)的處理器實(shí)現(xiàn)了塔機(jī)的高度以及幅度限位

功能，以及風(fēng)速檢測與報(bào)警；主機(jī)模塊如下圖 2-2。

該模塊可擴(kuò)展無線通訊模塊以及 GPRS 模塊，用于塔機(jī)防碰撞以及遠(yuǎn)程監(jiān)控；

圖 2.2 系統(tǒng)主控制器

超載限制模塊

系統(tǒng)通過對(duì)塔機(jī)吊重以及幅度的實(shí)時(shí)檢測，合成塔機(jī)的實(shí)時(shí)起重力矩，利用塔機(jī)的載荷    曲線性能表，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)超載保護(hù)，傳感器采用定制的銷軸傳感器檢測塔機(jī)的起重量。

                                           圖 2.3a 吊重檢測傳感器                      圖 2.3b 變幅檢測傳感器

回轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)采集模塊

實(shí)時(shí)采集塔機(jī)當(dāng)前的回轉(zhuǎn)角度值。

高度數(shù)據(jù)采集模塊

實(shí)時(shí)采集塔機(jī)當(dāng)前的吊鉤高度值。

傾斜角度采集模塊

當(dāng)塔機(jī)塔身由于螺栓松動(dòng)，載重過大等因素硬起角度傾斜過大時(shí)，傳感器能檢測到傾斜    角度，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

風(fēng)速數(shù)據(jù)采集模塊

實(shí)時(shí)采集當(dāng)前的風(fēng)速值，進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警提示。

防碰撞模塊（需增配無線通訊模塊）

系統(tǒng)采用無線通信模塊 433Mh 或 2.4GHZ 模塊進(jìn)行群塔數(shù)據(jù)通信，通信協(xié)議滿足JGJ332-2014 行業(yè)規(guī)程要求。在塔機(jī)由于高低不同發(fā)生大臂碰鋼絲，大臂碰大臂，鋼絲碰平衡臂等各種情況是，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警并發(fā)出控制信號(hào)。圖 2.4a 為系統(tǒng)回轉(zhuǎn)檢測，2.4b 為 433 無線通訊模塊。

圖 2.4a 回轉(zhuǎn)傳感器及安裝

圖 2.4b 433 無線通訊模塊

吊鉤視頻功能模塊（定制化）

吊鉤視頻組成和工作原理

吊鉤視頻功能組成由圖 2-5-1 所示的 6 個(gè)部分組成：高度傳感器、幅度傳感器、主機(jī)、

顯示器、攝像頭以及電源組成。具體應(yīng)用中，主機(jī)實(shí)時(shí)采集幅度和吊鉤高度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算

得到攝像頭距吊鉤的距離 L、攝像頭能清楚看到吊鉤位置的角值θ，輸出控制信號(hào)指令，指

引攝像頭俯仰角和對(duì)焦來實(shí)現(xiàn)吊鉤位置實(shí)時(shí)可視化跟蹤功能，如圖 2-5-2 所示。

圖 2-5-1 吊鉤視頻系統(tǒng)的組成

圖 2-5-2 吊鉤視頻工作原理模擬圖

1)        吊鉤視頻應(yīng)用價(jià)值

1)          物聯(lián)網(wǎng)+視頻 行業(yè)首例

系統(tǒng)率先行業(yè)提出了利用變幅傳感器檢測塔機(jī)吊鉤水平方向的運(yùn)動(dòng)軌跡，利用高度傳感器檢測吊鉤垂直方向的運(yùn)動(dòng)軌跡，再借助吊鉤追蹤算法實(shí)用新型專利技術(shù)，指令控制高清攝像頭自動(dòng)對(duì)焦，360 度無死角追蹤拍攝，危險(xiǎn)狀況隨時(shí)可見，杜絕盲吊，降低隔山吊安全隱患。

2)          高清視頻 安全可視

系統(tǒng)攝影頭采用定制級(jí) 36 倍光學(xué)智能變焦一體機(jī)，雙濾光鏡片，不但能使夜視紅外距離高

達(dá) 120-150 米，更能實(shí)時(shí)接收主控制器各項(xiàng)指令，秒速智能對(duì)焦旋轉(zhuǎn)，有效解決“燈下效

應(yīng)”造成的視頻模糊不清等施工難題，保障安全 24 小時(shí)可視。

3)          隨需安裝 風(fēng)險(xiǎn)可控

系統(tǒng)經(jīng)過近一年的內(nèi)外場測試，嘗試幾十種攝影頭安裝方案，最終遴選出兩種攝像頭安裝方    式，其中尤以臂根安裝為最優(yōu)，不但能適應(yīng)于不同的塔機(jī)類型，更能有效保障技術(shù)工程師安    裝風(fēng)險(xiǎn)，具有普適化、安全系數(shù)高等多重特點(diǎn)。

傾角控制模塊（需增配）

塔機(jī)頂升過程中，由于起重臂不平衡導(dǎo)致安全事故，目前起重臂的平衡狀態(tài)主要靠操作    人員的經(jīng)驗(yàn)、觀察，人為因素導(dǎo)致安全安全事故很多，于是本系統(tǒng)在塔機(jī)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)上安裝

傾角檢測模塊，協(xié)助操作員進(jìn)行平衡判斷，避免事故發(fā)生。傾角傳感器安裝與下回轉(zhuǎn)臺(tái)上，    使用安裝支架安裝。該模塊實(shí)時(shí)檢測塔機(jī)起重臂在 X、Y 兩個(gè)平面內(nèi)的傾角，并實(shí)時(shí)顯示， 便于操作人員進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)頂升套架傾斜角度過大時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)輸出控制信號(hào)，限制頂升。    安裝位置如 2.7 所示。該傾角傳感器的檢測精度為 0.1 度。

2.7 傾角傳感器安裝位置

遠(yuǎn)程傳輸模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場工作的塔機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，便于施工企業(yè)以及項(xiàng)目部對(duì)塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤。塔機(jī)數(shù)據(jù)傳輸主要有以下兩種模式，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境    不同，可以進(jìn)行選擇。

分布式數(shù)據(jù)傳輸方式

如圖 2.8a 所示每臺(tái)塔機(jī)有獨(dú)立的 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊，塔機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)直接通過運(yùn)營商基站傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái),該傳輸方式目前監(jiān)控設(shè)備較為常用的傳輸方式，技術(shù)程序度和穩(wěn)定性都較高。存在的問題是：需要數(shù)據(jù)流量，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男适墁F(xiàn)場信號(hào)的強(qiáng)弱影響。而且成本相對(duì)高。

圖 2.8a 分布式數(shù)據(jù)傳輸方式

集中式數(shù)據(jù)傳輸方式

如圖 2.8b，每臺(tái)塔機(jī)使用無線通信模塊（如 433MHz）組成工地的局域網(wǎng)，塔機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過無線模塊傳入地面監(jiān)控中心，然后地面監(jiān)控中心再通過有線網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)工地塔機(jī)    的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。

圖 2.8b 集中式數(shù)據(jù)傳輸方式

該傳輸方式，優(yōu)點(diǎn)是：可以借用我們防碰撞系統(tǒng)通用的無線通訊模塊，成本低，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性主要受制于現(xiàn)場無線信號(hào)的情況，但這種方案在一些工地可能存在以下兩個(gè)方面的    問題：

（1）   考慮到施工現(xiàn)場的對(duì)講機(jī)大量使用免費(fèi)的 433 頻率，因此，該通訊信號(hào)受干擾的可能比較大；

（2）    考慮到施工現(xiàn)場“地面監(jiān)控中心”一般都放在地面，隨著樓層高度變化或者現(xiàn)場建筑物對(duì)信號(hào)的遮擋，現(xiàn)場有可能出現(xiàn)“地面監(jiān)控中心”接收塔機(jī)信號(hào)不良的情況。

駕駛員管理人臉識(shí)別模塊

通過安裝人員識(shí)別模塊（IC 卡、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別），達(dá)到限制未經(jīng)授權(quán)的人員操作塔機(jī)的目的。塔機(jī)上電以后，駕駛員首先要進(jìn)行身份驗(yàn)證，只有驗(yàn)證通過才能操作，沒有驗(yàn)證通過或不識(shí)別的人員無法操作塔機(jī)。通過這個(gè)功能可以有效避免工地現(xiàn)場人員操作塔機(jī)    引發(fā)的安全事故。

拆裝視頻記錄存儲(chǔ)模塊

使用錄像設(shè)備或現(xiàn)有攝像頭將整個(gè)裝拆過程進(jìn)行拍攝記錄，將影像資料上傳存儲(chǔ)，為    安全管理留下重要資料。視頻在保留分辨率的情況下進(jìn)行處理，歸檔，存儲(chǔ)。如果已有監(jiān)控    系統(tǒng)將進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，打通接口。

塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能以及性能指標(biāo)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

A 運(yùn)行過程監(jiān)控產(chǎn)品功能

1)          狀態(tài)顯示功能：采集塔機(jī)操作過程中的各種數(shù)據(jù)，包括吊重、高度、幅度、運(yùn)行行程、回轉(zhuǎn)、風(fēng)速等，7 寸觸控監(jiān)視器上實(shí)時(shí)顯示，并及時(shí)提

供預(yù)警和告警及語言，為塔機(jī)司機(jī)提供操作依據(jù)

2)          起重量檢測報(bào)警功能：采集塔機(jī)吊鉤所吊物體的重量，在達(dá)到設(shè)置的預(yù)警筏值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出警示及控制信號(hào)

3)          力矩檢測報(bào)警功能：實(shí)時(shí)計(jì)算塔機(jī)的當(dāng)前力矩，當(dāng)達(dá)到塔機(jī)的性能曲線臨界筏值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出警示及控制信號(hào)

4)          幅度限位功能：檢測變幅小車的實(shí)時(shí)位置，當(dāng)小車達(dá)到內(nèi)外限位時(shí)，自動(dòng)發(fā)出警示及控制信號(hào)

5)          高度限位功能：檢測吊鉤距離地面的高度位置，當(dāng)?shù)蹉^達(dá)到上限位時(shí)， 自動(dòng)發(fā)出警示及控制信號(hào)

6)          塔群防碰撞檢測報(bào)警功能：對(duì)群塔作業(yè)進(jìn)行干涉報(bào)警，當(dāng)塔機(jī)之間即將發(fā)生碰撞趨勢時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警及控制信號(hào)（需增加傳感器）

7)          區(qū)域限制保護(hù)功能：限制塔機(jī)吊鉤進(jìn)入設(shè)置的區(qū)域，

8)          風(fēng)速檢測報(bào)警功能：檢測現(xiàn)場風(fēng)速的大小

9)          GPS 塔機(jī)定位功能：定位塔機(jī)的當(dāng)前位置，并上傳遠(yuǎn)端平臺(tái)

10)     遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能：實(shí)時(shí)將塔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)

11)     故障診斷功能：系統(tǒng)及傳感器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將立即顯示并記錄故障及發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)切斷對(duì)應(yīng)傳感器的操作回路并上報(bào)監(jiān)控平臺(tái)，直至故障解除。

12)     黑匣子記錄功能：記錄塔機(jī)的工作數(shù)據(jù)，便于事故的原因定位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間不少于 30 個(gè)連續(xù)工作日；工作循環(huán)不少于 16000 條，存儲(chǔ) 1 個(gè)月的操作記錄。

13)     控制輸出功能：支持 24 路輸出控制繼電器，且觸點(diǎn)容量不低于 3A；

14)     智能人臉識(shí)別功能：系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，預(yù)錄完成特種作業(yè)人員相關(guān)信息并通過數(shù)據(jù)傳輸將作業(yè)人員的信息傳輸至遠(yuǎn)程平臺(tái)。作業(yè)人員在每次啟動(dòng)升降機(jī)之前需要進(jìn)行身份信息驗(yàn)證，同設(shè)備預(yù)設(shè)信息比對(duì)，認(rèn)證后方能啟動(dòng)施工升降機(jī)。同時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)籠門關(guān)閉狀態(tài)為合法狀態(tài)，具備啟動(dòng)條件，可正常識(shí)別并操作施工升降機(jī)。因此，每次打開籠門后需重新識(shí)別及進(jìn)行相關(guān)操作。

15)     安拆視頻記錄存儲(chǔ)功能：重要影像資料存儲(chǔ)

特點(diǎn)一：實(shí)時(shí)監(jiān)控

安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控是遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能，主要為司機(jī)以外起重機(jī)械設(shè)備安全管    理人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)不安全的作業(yè)行為，不安全的環(huán)境因素等進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警、報(bào)警和遠(yuǎn)    程控制。

特點(diǎn)二：模擬監(jiān)控

監(jiān)控平臺(tái)依據(jù)黑匣子采集的數(shù)據(jù)，智能模擬現(xiàn)場塔機(jī)運(yùn)行情況，與現(xiàn)場同步預(yù)警，所有運(yùn)行    狀態(tài)均可回放。

特點(diǎn)三：電子地圖

根據(jù) GIS 信號(hào)在地圖上顯示工地的地理位置和設(shè)備運(yùn)行情況分布圖，工地所在位置、項(xiàng)目信息、塔機(jī)數(shù)量等在電子地圖中匯總顯示。

特點(diǎn)四：塔機(jī)分布圖

根據(jù) GIS 信號(hào)自動(dòng)識(shí)別塔式起重機(jī)分布位置，通過塔機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)智能分析碰撞關(guān)系，并適時(shí)報(bào)警。

特點(diǎn)五：報(bào)警信息

對(duì)違章行為，管理人員可查詢每臺(tái)起重機(jī)械總的違章次數(shù)，也可查詢每次違章的詳細(xì)時(shí)間點(diǎn)， 并根據(jù)需要，對(duì)違章的過程進(jìn)行全程模擬回放。

特點(diǎn)六：統(tǒng)計(jì)報(bào)表

實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)械運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)掌握起重機(jī)械設(shè)備的安全狀況，以及司機(jī)的技能水平和工作狀態(tài)。