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門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的改造設(shè)計

文檔作者：姜鈞郭亞蘭文檔來源： 1．華電鄭州機械設(shè)計研究院有限公司 2．國電滎陽煤電一體化有限公司			點擊數(shù)：
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第38卷第5期
2016年5月
華電技術(shù)
Huadian Technology
V01．38 No．5
Mav．2016
門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的改造設(shè)計
姜鈞 ，郭亞蘭
(1．華電鄭州機械設(shè)計研究院有限公司，鄭州450015；2．國電滎陽煤電一體化有限公司，河南滎陽450100)
摘要：為達到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，對已經(jīng)投入使用的門式起重機進行改造，分析了系統(tǒng)構(gòu)架，并介紹了各種數(shù)據(jù)的采集方
式，以原有可編程邏輯控制器系統(tǒng)框架為基礎(chǔ)，適當(dāng)擴展硬件，在保證不影響原系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)上，使整個設(shè)備的監(jiān)
控參數(shù)更加完善。對實際改造工程實施驗證，證明該改造設(shè)計性能穩(wěn)定，實現(xiàn)便捷，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：起重機；安全監(jiān)控；可編程邏輯控制器；改造；門式起重機
中圖分類號：TP 23 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：1674—1951(2016)05—0038—03
0 引言
隨著國家對安全生產(chǎn)的重視，大型起重機械設(shè)
備的安全操作也受到越來越多的重視¨ 。國家質(zhì)
量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局在全
國多地開展了大型起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)前期
示范試點工作，并組織國內(nèi)相關(guān)專家起草了《起重
機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著國家對起
重機安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的加大，全國各地特種設(shè)備
檢測研究院開始嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，從2013年開
始，已經(jīng)陸續(xù)在各地大型起重機械上安裝安全監(jiān)控
管理系統(tǒng)。大型門式起重機(以下簡稱門機)作為
眾多形式起重機中的一種，一旦發(fā)生安全事故，可能
會造成巨大的人身傷亡事故和公共財產(chǎn)損失，因而
必須對已投入使用的老式門機嚴(yán)格按照國標(biāo)要求進
行改造，杜絕安全隱患。
1 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計
門機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)可分為2部分，一部分
是對設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控，另一部分是對重點區(qū)域
視頻畫面的監(jiān)控 。
參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)通過可編程邏輯控制器(PLC)進
行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的采集與計算，并將結(jié)果通過以太
網(wǎng)傳給上位機，上位機通過多個界面顯示設(shè)備當(dāng)前
狀態(tài)。PLC獲取狀態(tài)參數(shù)有3種途徑：第1種是通
過開關(guān)量輸入模塊直接采集參數(shù)，第2種是通過
PROFIBUS DP現(xiàn)場總線從設(shè)備采集參數(shù)，第3種是
通過PROFIBUS DP總線通信從現(xiàn)有的電氣控制系
統(tǒng)獲取參數(shù)。參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要在重要位置布置6個攝像
頭，2個攝像頭用來監(jiān)視大車行程，2個攝像頭分別
收稿日期：2016—04—12；修回日期：2016—05—08
圖1 狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架
用來監(jiān)視主起升區(qū)域和回轉(zhuǎn)吊機的吊點區(qū)域，2個
攝像頭分別用來監(jiān)視主機房和回轉(zhuǎn)吊機機房內(nèi)的情
況。視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線經(jīng)交換機后存儲在硬盤錄像
機上，硬盤錄像機里面的圖像數(shù)據(jù)通過放置在司機
室的顯示器顯示。
2 系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的獲取
2．1 起重量的獲取
改造前已安裝荷重檢測裝置并正常使用的系
統(tǒng)，改造時只需從原有電氣控制系統(tǒng)的PLC中通過
通信手段讀出起重量即可；改造前無荷重檢測裝置
或已損壞的系統(tǒng)，需在主起升和回轉(zhuǎn)吊機安裝2套
荷重檢測裝置，然后將測量值輸入s7—1200 PLC的
模擬量輸入模塊。
2．2 起升高度／下降深度的獲取
獲取該參數(shù)的比較通用和簡便的方式是在主起
升卷筒和副起升卷筒端部設(shè)置絕對值編碼器，通過
編碼器計數(shù)的卷筒圈數(shù)、卷簡直徑及其他參數(shù)計算
出起升高度和下降深度。如改造前原系統(tǒng)已經(jīng)獲取
了起升高度和下降深度，則不用添加新設(shè)備，直接從
改造前系統(tǒng)的PLC中讀取參數(shù)。
2．3 運行行程的獲取
改造前的系統(tǒng)如果沒有設(shè)置監(jiān)測運行行程參數(shù)
的措施，則需要增添設(shè)備。有2種比較簡便的方法
來實現(xiàn)：一種是在設(shè)備大車、小車的輪子部位或驅(qū)動
電機軸上裝設(shè)絕對值編碼器，通過編碼器計數(shù)的輪
第5期 姜鈞，等：門式起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的改造設(shè)計 ·39·
子圈數(shù)和其他機械參數(shù)計算出相應(yīng)的運行行程，另
一種是在大車和小車端部裝設(shè)激光測距儀，向大車
和小車軌道的止擋器發(fā)射激光，通過激光測距儀的
實時測量獲取運行行程。
2．4 軌道運行機構(gòu)安全距離的獲取
同一或不同一軌道運行機構(gòu)安全距離的獲取采
用短量程的激光測距儀來實現(xiàn)，將激光測距儀安裝
在需改造的設(shè)備上，將反射板安裝在可能與之發(fā)生
碰撞的設(shè)備上，然后將測量值以電流信號的形式傳
給S7—1200 PLC的模擬量輸入模塊。
2．5 操作指令的獲取
設(shè)備操作指令需要獲取每個機構(gòu)每個擋位的信
息，一種方法是從主令控制器的觸點上重新再引硬
接線到S7—1200 PLC，另一種方法是利用原PLC已
采集的主令控制器的信息，所以比較簡便的方法是
采取通信的方式從原有PLC中獲取得到。
2．6 風(fēng)速的獲取
如果原有系統(tǒng)沒有風(fēng)速儀表頭或風(fēng)速儀表頭沒
有模擬量輸出端子，則需要加1個風(fēng)速儀表頭，將模
擬量端子信號引入S7—1200 PLC，然后在上位機界
面上顯示。如果電氣控制系統(tǒng)PLC接入了風(fēng)速傳
感器的模擬量信號，也可通過通信獲取風(fēng)速的數(shù)值，
經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在上位機界面上顯示。
2．7 制動器狀態(tài)的獲取
該參數(shù)的獲取需要在制動器合適位置設(shè)置限位
開關(guān)，使制動器抱閘動作時能碰到限位開關(guān)，并將開
關(guān)量信號接人s7—1200 PLC的開關(guān)量輸入模塊。
2．8 聯(lián)鎖保護的獲取
聯(lián)鎖保護包括門限位和機構(gòu)之間的運行聯(lián)鎖。
門限位的獲取需要在適當(dāng)?shù)奈恢醚b設(shè)安全門和限位
開關(guān)，并將限位開關(guān)的信號引入PLC。機構(gòu)之間的
聯(lián)鎖信號需要將原電氣系統(tǒng)中設(shè)備各機構(gòu)的運行狀
態(tài)信息傳送到新系統(tǒng)的PLC。
2．9 抗風(fēng)防滑裝置狀態(tài)的獲取
門機設(shè)置有夾軌器或夾輪器等抗風(fēng)防滑裝置，
該裝置在工作和非工作狀態(tài)時會觸碰到相應(yīng)的限位
開關(guān)。改造需要將限位開關(guān)的信號引入到PLC的
開關(guān)量輸入模塊。
2．10 供電電纜卷筒安全限位狀態(tài)的獲取
如果門機電纜卷筒設(shè)置有安全限位，則該限位
信號需要接人PLC，可以從限位開關(guān)上硬接線引入，
也可從原電氣控制系統(tǒng)中以通信的方式獲取。
2．11 超速保護裝置狀態(tài)的獲取
門機的起升機構(gòu)都需要配置超速保護開關(guān)，該
信號需要以硬接線的方式接入系統(tǒng)PLC的開關(guān)量
輸入模塊。
2．12 偏斜限位器狀態(tài)的獲取
對于跨度超過30 m的門機來說，需要加裝偏斜
限位器，并取硬接線信號送人s7—1200 PLC。
2．13 工作循環(huán)次數(shù)的獲取
工作循環(huán)是指起重機從起吊一個物品起，到能開
始起吊下一個物品止，包括起重機運行及正常停歇在
內(nèi)的一個完整過程。該參數(shù)需要人工選擇需要監(jiān)控
的百分比起重量，最后由PLC計算在選定起重量下
完成工作循環(huán)的次數(shù)，然后在上位機界面上顯示。
2．14 工作時間的獲取
每個工作狀態(tài)所對應(yīng)的具體時間，即為記錄1
個工作狀態(tài)的時鐘時間(年／月／日／時／分／秒)。每
個工作狀態(tài)的改變會產(chǎn)生1個消息觸發(fā)，消息記錄
狀態(tài)改變發(fā)生的時刻和工作狀態(tài)的各種參數(shù)。該操
作由上位機軟件實現(xiàn)。
2．15 累計工作時間的獲取
累計工作時間是已完成的工作循環(huán)的時間總
和。該變量由PLC將選定起重量的工作循環(huán)時間
進行累加，然后將結(jié)果傳送到上位機界面進行顯示。
3 工程的改造實施
3．1 軟、硬件選型及安裝
某電廠上位機組態(tài)軟件選用國產(chǎn)軟件易控，該
軟件功能強大，畫面友好，組態(tài)便捷，成本也較低。
PLC選擇西門子s7—1200系列，其使用靈活，
功能強大，設(shè)計緊湊，組態(tài)靈活且具有功能強大的指
令集。中央處理器(CPU)提供1個PROFINET端口
用于通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)通信，還可使用附加模塊
通過PROFIBUS，GPRS，RS485或RS232網(wǎng)絡(luò)進行
通信。
上位機選擇國內(nèi)知名品牌的工業(yè)一體機，屏幕
帶觸摸功能，滿足現(xiàn)場司機操作的便捷性。
由于門機軌道存在其他設(shè)備，故需要測量同一
軌道運行機構(gòu)安全距離，設(shè)有防碰撞報警。激光測
距儀安裝如圖2所示。
攝像頭選用浙江大華技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的
200萬像素球機，采用專用立桿和壁裝支架安裝于
需監(jiān)視部位，如圖3所示。
3．2 PLC程序的插入
該電廠門機的原PLC程序已是一套完整的程
序，PLC選用S7—300系列。新加入的PLC和程序
不能破壞原系統(tǒng)的已有功能，同時還要保持新加人
部分正常工作。主要步驟如下。
(1)用編程電纜連接原系統(tǒng)的CPU，將站點上
傳到本地電腦，對原系統(tǒng)PLC程序做好備份。
(2)從原PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點處斷開，

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