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塔式起重机作业安全监控信息化管理系统的研究_图文


专 题 论述  
s VEYN   uR ll G

塔 式 起 重机 作 业 安 全 监控 信 息化 管理 系统 的研 究 
李 守林 ,罗文龙 ,王
( 中国建筑 科学研 究 院

涛 ,陶  阳 ,王

平 
廊坊 0 50 ) 600 

建 筑机 械化研 究 分院 ,河北

[ 中图分类号]T 2 33 H 1. 

[ 文献标识码]B  

[ 文章编号]10~5X(0 90—030  0 154 20 )4 6—3 0

S u y o   a e y m o t rng a  nf r a i n lm a g m e ts se   o  o r c a   t d   n s f t   nio i   nd i o m to a   na e n  y tm f r t we   r ne
LIS o —i LU O  e -o g, W ANG  o, TAO  n   h ul n, W n ln Ta Ya g,W ANG  n   Pig

在 我 国发 生 的众 多 建 筑 施 工 安 全 事 故 中 ,起 

违章 次数 和存 储近 十次 的实 际工 作参数 。   国 内起 步 并 不 晚 ,在 “ 五 ” 科 技 攻 关 计 划  九
中 ,国 内有关 科 研 院 所 就 开 展 了该 项 研 究 ,并 于  2 0 制 出 了样 机 ,但 由于 未 能 解 决 启 制 动 冲击  0 0年

重机 械事 故 所 占 比例 超 过 2  ,一 直 是 重 点 治 理  5
的方 向 之 一 。 据 建 设 部 、 国 家 质 检 总 局 统 计 :   20 0 6年 全 国建筑施 工 起重 机 械事 故 比 2 0 0 5年 上 升  7 .   ,重大事 故 上升 6   ;死亡 人数 上升 6  ; 65 6 1  

对 系统 的不 确 定 性 和 抗 电磁 干 扰 等 关 键 问题 ,项  目被迫 中止 。此 后 , 四川 某 电 子 仪 器 公 司进 行 了 
试 制 ,但 由于 对 起 重 机 技 术 缺 乏 深 入 的研 究 ,最 
终未 获成 功 。  

直接 经济损 失 上 升 86 。20 .  0 7年 与 20 06年 同 期 
相 比起 重 伤亡 事 故 上 升 2 9 。起 重 机 安 全 事 故 频  0/ 6 发 已成 为建筑 业 久 治 不 愈 的 顽 疾 ,据 对 1 0 0 0多 台  起 重机 的 跟 踪 调 查 表 明 ,8   的事 故 是 由于 违 章  0
和超 载 造成 的 。  

20 0 2年 ,中 国建 筑 科 学研 究 院 建 筑 机 械 化 研  究分 院开 始 了该 项 技 术 的 基 础研 究 ,于 2 0 0 5年 成  功研 制 出 T C S MS系 列 塔 式 起 重 机 监 控 管 理 系 统 

国际上 起 重 机 事故 也 曾频 繁 发 生 ,1 9 9 7年 德 
国利 勃海 尔 公 司率 先 应 用 了全 参 数 监 控 系统 并 迅  速普 及 到 欧 美 等 发 达 国 家 ,至 2 0 0 1年 ,欧 、美  各 国所 有 的建筑 起 重 机 均 已安 装 了该 系 统 ,并 且  列入 技 术 法规 。该 系统 的应 用 ,对 于 遏 制 重 大 事  故 、减 少 一般 事 故 起 到 了关 键 作 用 ,迅 速 改 变 了 

( 1 。此 后进行 了 5 00次 工 业性 应 用 试 验 ,其  图 ) 00 显示 精度 、重 复 性 、启 制 动 冲 击 对 系 统 的 不 确 定  性等关 键技 术 均得 到 解 决 ,其 工 作稳 定 性 、精 度 、  
显 示 界 面 、 适 应 性 等 指标 超 过 了 国外 产 品 。 该 产 

频繁 发 生 事故 的 被 动 局 面 ,实 现 了预 防事 故 ,使 

事故 率 下 降 了 8 %,也 为 我 国提 供 了成 熟 的  8
经验 。  

1 国 内外 研 究 现 状 
国外 起 重 机 安 全 监 控 系 统 的专 业 生 产 厂 商 多  达 十几 家 ,较 著 名 的 有 :德 国 HB C、美 国马 尼 托  瓦克 、澳 大 利 亚 Ro wa 、 日本 神 钢 、法 国 S E b y MI  

和加拿大 L L公 司等。这些公司 的产品均可同时  S
记 录和监控 起 重 量 、工 作 幅度 、起 重 力 矩 等 相 关 

工作参数 ,但存在以下缺点:  
() 不 能 记 录 回 转 角 度 、 起 升 高 度 等 位 移  1
参数。  

图 1 1  假 系 列塔 式 起 重 机 监 控 管 理 系 统    r s

[ 收稿 日期]2 0 —1 0 8 2—2  9 [ 通讯地址]李守林 ,河北省廊坊 市金光道 6 1号 

()可存 贮 的 数 据 量 过 小 ,大 多 数 只 能 记 录  2

建氙礼拭 20.4( 090 上半月刊)  

专题论述 
SURV£yl NG 

品在 北京 、天 津 、河 北 、 内蒙 古 、黑 龙 江 等 省 市  投入 了工 程 示 范 应 用 ,并 在 首 都 机 场 新 航 站 雷 达 

工 作 参 数 ,包 括 起 重 量 、起 重 力 矩 、 工 作 幅 度 、   回转角 度及起 升高 度 。   () 临 界 报 警 : 当 起 重 量 、起 重 力 矩 超 过  2

信号强干扰环境 ( 2 、国家 电网试验基地强 电 图 )   磁环 境 ( 3 、驳 船 重 工生 产 基 地 强 盐雾 腐 蚀 的  图 ) 海上 作业 环 境 和 随 国产 塔 机 出 口到 俄 罗斯 极 地 寒 
冷环 境 、中东 沙 漠 粉 尘 与 热 带 高 温环 境 、东 南 亚  热带 雨林 高 湿 环 境 等 复 杂 干 扰 条 件 下 实 现 了工 程 
化应 用 。  
鲫   : 一 ‘  舄 一   一   一 

9  额定值时 自动发出声光报警 。 0/ 9 5  
()安 全控 制 :1 控 制 信 号 输 出 ,接 人 塔  3 8路 机控 制系 统 即可 实 现 GB T 96 塔 式 起 重 机技  /  4 2《
术 条件 》 中的所有 安 全控制 要求 。   ( )参数 记 录 :全 工 作 参 数 记 录存 储 并 可 方  4

便下载 ,为 管理者 提 供设备 管理 依据 。   ()统计 功 能 :下 载 数 据 可 按 要 求 自动 进 行  5 累计工 作 时间和 累计工 作循 环统计 。  
( )超 载 查 询 :可 在 下 载 数 据 中 方 便 地 查 询  6

超 载 次数 、超 载 量及超 载工 况数 据 。  
( )原 因追溯 :系统 自动 保存 最 近 2 7 0次超 载 

工况数 据 ,为正 确分 析事故 原 因提供 依据 。  
( ) 适 应 性 强 :2 0 V 级 超 强 抗 干 扰 能 力 , 8 00  


图 2 首都 机 场 新 航 站 雷达 信 号 强 干 扰 环 境 

2 ℃~ 6  ̄ 宽 工 作 温 度 范 围 ;耐 老 化 、抗 粉  0 0C超 ( )适 用面 广 :适用 于各种 类型 塔式起 重机 。 9  

尘 ,可 在 恶劣 的露天 条件下 可靠 工作 。   (0 安 装 方 便 :系 统 安 装 无 需 对 塔 机 进 行  1)
改造 。  

其 主要 技术性 能参 数见 表 1  。
表 1 监 控 系统 主 要 技术 性 能 
工作 幅度 /   m 3~20 , 0  起 重 量 /  t O 3 8  .~ 0

起 重 力 矩 / N  9 4O   k ~2 0 O 回转 角度 /。 (  ) 图 3 国家 电网试 验 基 地 强 电 磁环 境  
起 重 量 显  示精霞 / % 

起升高度/ m  行走距离/ m 

0 0  ~4 0 O 0  ~8 0 ±5   ±5  
10   6 00

±5 0 4  ±3   ±0 3 . 
I  

力矩 显 示 精 度 / %  回转 角 度 /。 ()  

2 塔机监控 管理 系统主要功能 
塔 机监 控 管 理 系统 通 过对 塔 机 工 作 载 荷 、位 

测 距 精度 / m 

仰俯 角度  精度/。 ()   系统 工作  温度/ ℃ 
抗群 脉 冲  干扰等级/ V 

±1  

记 录存储工作  循 环次数/ 次  工作湿度/  

移信号的采集和工作参数 的录入 ,通过 液晶显示  屏 显示 有 关 工 作 参 数 及 与 额 定 参 数 的对 比状 况 ,  
可有效 避免 盲 目操 作 ,预 防 和 避 免 事 故 发 生 ,为  操 作者 提 供 安全 保 护 。实 时 记 录并 储 存 每一 工 作  循 环 的工 况参 数 ,为 管 理 者 对 设 备 进 行 有效 管 理  提供真 实 可 靠 的 数 据 ,为 安 全 生 产 监 管 部 门提 供  安全 管理数 据 。其 主要 功能如 下 :   ()实 时显 示 : 以 图形 和 数 值 实 时 显 示 塔 机  1



2 ~6  O 0

9 不结霜) 5(  

2 0  00
2相 2 0 2 

防护等级 

I4  P3

工 作 电压 / V  {

5 /o ) o 6 Hz 

允 许 电压 波 动 / 一1 ~ +1    5 0

建筑礼拭 20.4( 090 上半月刊)  

当起 重 量 达 到额 定 起 重 量 9  时报 警 ,超 过  0

塔机 中最大 额定 起重 量无 超 载 。额定 起 重力 矩超 载  次数为 3 1/,最大超 载幅度达 8 6 ;大 部分超 载  . 6 9 .  属于轻微超 载 ,在 5 ~8 6 之 间,主要原 因是 由   .   

额 定起 重量 3 时停 止起 升机 构 上 升 方 向 的运 动 ;     当起 重力 矩 达 到额 定起 重力 矩 9  时 报 警 ,超 过  0 额 定 起 重 力 矩 5/时 停 止 上 升 和 向 大 幅 度 方 向运    9 6 动 。限 制 起 升 、变 幅 、 回 转 、行 走 的 位 移 ,当 位  移接 近 限定 值 时报 警 并 转 为 低 速 运 行 ;达 到 极 值  时 ,停止 向危 险 方 向 的运 动 。连 续 记 录 每 一 个 工 

于原塔机力矩 限制器精度不够 或未及时调整 。  
通过此 次示 范 性 应 用 ,河 北 建 设 集 团认 为 该 

系统 为起 重 机 安 全 管 理 提 供 了 先 进 、可 靠 的科 技 
管理 手段 ,解 决 了该 公 司 长 期 以来 经 过 种 种 努 力 

作循环的全部工作参数 并存储数据 ,最大存贮量  为 1 0 0个 工作 循环 。系统 可将 监控 内容 通过下 载  60 上传 方式 传 到 管 理 计 算 机 ,实 现 多 台塔 机 的 网络 
信息化 管 理 。系统 可安 装 在 不 同型 式 不 同 型 号 的  塔机上 ,针 对 不 同参 数 的 塔 机 通 过 面板 操 作 盘 输  入控制 目标参 数 。  

未 能解 决 的关 键 问 题 。改 变 了 传 统 的安 全 管 理 模 
式 ,使 起重机 的 安 全 管 理 落 到 了实 处 。公 司 管 理  方 式也 由不 定期 的 行 政 检 查督 导 跃 升 到 连 续 的实 

时数据 化 管 理 ,不 仅 使 管 理 变 得 更 加 有 效 还 节 约 
了 5  左 右 的管理 成本 。 0  

4 塔机监控管理系统 的应用意义 
( )改变 管理 方式 ,预 防事故 。 1  

3 塔机监控管理 系统的工程应用实例 
20 07年 6月 2 3日,在 河 北建 设 集 团 承建 的 首  都 机场 新航 站楼 附属工 程上 使用 的 5台塔机 安装 了 
该 系统 。选在 该 工 程 安 装 ,主 要 是 考 虑 到 该 工 地 

从根 本上 改 变 建 筑 起 重 机 的使 用 管 理 和 监 督  管理 方 式 ,做 到 事 先 预 防 ,为 使 用 、监 督 提 供 科  学有 效 的技 术 手 段 。变 被 动 管 理 为 主 动 管 理 ,变 

临近机 场塔 台 ,信 号 干 扰 强 度 大 ,并 且 同一 工 程 
集 中了多 台塔 机 ,可 以进 行 相 同 条 件 下 的对 比试 

间断性检查管理为连续 可追溯 的实时信息化管理 ,   达到 减少 乃 至 消 灭 起 重 机 因违 章 和超 载 引起 的 事 
故 的 目的 。   ( )突破 国外技 术壁 垒 ,促 进 出 口。 2   目前 我 国 在 用 塔 机 达 2 0多 万 台 ,并 以 每 年  16 . . ~1 8万 台增 量 逐 年增 加 ,已 安 装 监 控 系 统 的 

验 。在考 核过 程 中 ,将 2台安全 监 控 系统 与塔 机 的 
反馈 控 制相连 接 ,另 3台则 只安装 监视部 分 而未 与 

塔机 的反 馈 控 制 相 连 接 ,统 计 安 装 反 馈 系 统 和 未 
安装 反馈 系 统 在 实 际使 用 过 程 中 超 载 与 误 操 作 的 

次数 。试 验之 前 分别 对 载 荷 和 幅度 等参 数 进 行 了  计量 ,使 用 一 个 月 后 ,进 行 了 二 次 计 量 ,计 量 结  果是 测量 精 度 变 化 不 超 过 16 ,在 控 制 范 围 内。 .    校准 后继续试 验 ,直 到 8月 3 0日试验 结束 。  
表 2 塔机 工 作 循 环 次 数 及 高 度 、幅 度 范 围  塔 机 编 号 
1 塔 机  号

尚不 足 10台 ,并 且 均为进 口产 品 ,价 格 昂贵 。同  0
时我 国也是 建筑 起 重 机 生 产 大 国 ,并 且 批 量 出 口。  

近年来 ,欧 、美 等发达 国家普遍立 法,规定无监  控 系统 的起 重 机 不 得 入 境 使 用 ,实 质 上 已形 成 对 
我 国产 品 出 口的 技 术 壁 垒 ,迫 使 出 口厂 商 花 大 量 
外 汇进 口监 控 系 统 。 该 系 统 可 改 变 依 赖 进 口 的被  ? 动 局面 ,突破 国外技 术 壁 垒 ,带 动行 业 技 术 进 步 ,   促 进起重 机械 产 品的 出 口。   ( )避免 误操作 和超 载 。 3  

工 作 次 数 
3 6  58

高度/ m 
6  0

幅度 / m 
5  0

2号 塔 机 
3号 塔 机 

148 0 4 
121 2 5 

4  0
5  0

5  0
6  5

该 系统 可 实 时 向操 作 者 显 示 起 重 机 当 前 的工 

4号 塔机   5号 塔 机 

7 4  46 一 6 7    77

6  0 7  0

5  5 6  0

作参数 ,包括起 重量、幅度 、起重力 矩、起 升高  度 、 回转 角度 等 ,改 变 以往 靠 司 机 经 验 估 计 的 盲 
目性 操作 。   ()为 管理 者 和监 督 机 构 提 供 有 效 的科 技 管  4
理手 段 。  

通过对比监控系统安装反馈控制与无反馈控制 
的数据 ,结 果表 明 ,已安装 反馈 的 2台塔 机在 全 部  工作过程 中超 载 记 录为 0 ,未 安装 反 馈 控制 的 3台 

建 筑起重 机使 用分散 , 管理 和监 督造成 不  对 ( 下转 第 6 9页 )  

建筑 札械 20 .4( 0 90 上半月刊)  

㈠ 

潍 潞 

凇  

塔机 等特 种 设 备 的需 求 迅 速 增 加 。特 种设 备 的 发  展趋 势无 疑 给 其 管 理 和使 用 带 来 了 巨 大 的 安 全 隐 
… … ~  {一 ~ 一 … …  

l    f

患和风 险压 力 ,仅 靠 目前 的 人 工 进 行 有 限 的分 散  抽检 ,从效 率 和 费 用 以 及 及 时 、准 确 性 等 方 面都  远 远满 足不 了 要 求 。 为 此 , 国家 质 检 总 局 特 种 设  备 监管 局委 托 中 国特 种设 备检 测 研 究 中心 于 20  04

国键 霄箬 辩   职业 技术 学院 

年 6月在 北京 召集并 成 立专家 组 ,专题讨 论 了制定 
一 一



士k蕾  

《   鼯  管

¨~ 

的 “ 质检科 技 中长 期 发 展 规 划 ”及 “ 国家 中 长 期  科技 发 展 规 划 中公 共 安 全—— 特 种 设 备 安 全 科 技 

问题研 究报 告 ” ,专家 们 一 致 认 为 ,迫 切需 要 坚 持  特种设 备 安 全 检 测 与监 察 的 实 时 性 和 系统 性 ,迫 
图 4 G S定 位 效 果 图    P

切 需要 对 特 种 设 备 进 行 科 学 的 安 全 风 险 评 估 、失 

效 机理 分 析 、在 线 实 时监 测 和 故 障 诊 断 与 预 警 等  高新 技术 ,为 特种 设备 的有效 监 管提供 有力支 持 。  
文∞ 酣J曩 件 靖∞ 毡   嚣
融 § 翳麓  《 越   i

在 目前 施 工 升 降机 、塔 机 使 用 的各 种 载 荷 限  制器 的基 础 上 加 设 在 线 监 测 系 统 在 理 论 上 是 可 行 

鬟 
越  燧 勰 灏 ∞ 磺 } 凝  麓  5)
嚣9 0   ≈a   祷镑   自 硼鳓  0   秘 e麓   鹤 曩  槲谨   l嚣罅 l 嘲   瞻 狮静0m 8    鼹  嬲也啕% 1 铸 {  8 惦l   嚣

的 ,这 为该 系 统 的 推 广 应 用 创 造 了 良好 的 前 景 。  

目前施工升降机 、塔 机在线无线远程监测 系统 已   经 投入 了实 际 试 验 性 应 用 ,相 信 在 不 久 的 将 来 ,  


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个完 善 、安 全 、稳 定 的 远 程 监 测 系 统将 在 市 场 

上 面世 。  

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嚣 篷 § 靛骚激警   瓣 曩。  翳褥   绣   ; 囊

鞠 i    

可 以预测 ,塔 机 在线 监 测 系 统 在不 久 的 将 来 ,   将会 被越 来 越 多 的用 户 安 装 ,以 防止 超 载 和 违 章 

作 业 引起 的施 工 机 械 事 故 ,保 护 国家 和 人 民 生命 
图 5 实 时数 据 显 示 图 

财产的安全, 促进施工行业的技术进步。  

营  

( 上接 第 6 5页 )  

生 。该 系统 的使 用 将 客 观 地 复 现 事 故 过 程 ,为 判 

便 ,配备 该 系统 后 ,每 台起 重 机 的每 一 个 工 作 循 
环 过程 被 全 程 记 录 ,联 网后 ,管 理 者 、监 管 者 可 

定事 故提 供可 靠 的证据 。   () 为科学 研究 、制 定标 准规范 提供 支撑 。 6   在 20 0 7年 7月 2 日, 国家 标 准 《 式 起 重  5 塔 机 》编 制会 上 ,塔 机 合 理 使 用 寿 命 和 载 荷 谱 又一  次 成为 焦点 和 热 点 问题 ,专 家 们 一 致 认 为 ,监 控 
管理 系统 的研 发成 功 ,将 为行 业 彻 底 解 决 无 法 确 

根据 需要 随 时 调 取 信 息 ,实 现 信 息 化 管 理 。并 可 
为管理 和 监 管 部 门 评 价 司 机 工 作 提 供 有 效 数 据 ,  

彻 底 改变 过 去 主 要 靠 人 工 定 期 现 场 巡 视 检 查 ,有 
效 性差 的落后 管理 模式 。   ( )为处 理事 故提供 翔 实证据 。 5  

定 准确 的 工作 时 间 、工 作 频 次 和各 载 荷 段 所 占 比 

判断起重机事故 的起 因往往是 一件非常复杂 
且艰 难 的工作 ,主要 是 取 证 难 、复 现 事 故 过 程 难 。  

率的问题 ,为载荷谱 和寿命等长期无条 件解决的  问题 ,提供 可靠 的基 础数 据 。  

因此过去在处理事故 时,误判和不 了了之时有发 

建笼札拭 20.4( 090 上半月刊)  



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