1、架橋機安全監控管理系統試點工作匯報Page 2 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院架橋機安全監控管理裝置概述架橋機安全監控管理裝置概述一新制造架橋機安裝安全監控管理系統新制造架橋機安裝安全監控管理系統中鐵一局武夷山工地中鐵一局武夷山工地JQDS900JQDS900型架橋機型架橋機( (中鐵科工制造中鐵科工制造) )二二 在用架橋機在用架橋機( (本單位生產本單位生產) )安裝安全監控管理系統安裝安全監控管理系統 中鐵十局大西線工地中鐵十局大西線工地JQ900BJQ900B型架橋機型架橋機( (中鐵科工制造中鐵科工制造) )三三 在用架橋機在用架橋機( (其它單

2、位生產其它單位生產) )安裝安全監控管理系統安裝安全監控管理系統中交二局西寶線工地中交二局西寶線工地HZQ900HZQ900型架橋機型架橋機( (華中建機制造華中建機制造) )四四 工作總結工作總結五五Page 3 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院架橋機安全監控管理裝置概述一一 現狀及背景現狀及背景技術設計與裝置研發技術設計與裝置研發系統技術參數驗證與優化驗證與優化4123Page 4 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院一一 現狀及背景現狀及背景1 架橋機是一種高度機動的起重機械；工作在野外惡劣環境，現場管理困難而且維護保養

3、難以規范。隨著鐵路建設的發展，使用日益頻繁，架橋機傾覆事故時有發生。架橋機脫軌、傾覆，往往造成機毀人亡的重大后果。一旦發生事故，不僅救援、修復架橋機需花費較長時間和大量資金，還會嚴重影響橋梁架設及鐵路建設進度。特別是我國發展高速鐵路進程逐漸加快，架橋機在高速鐵路建設中的使用將會更加頻繁，如果發生傾覆事故其后果不堪設想。 我院積極貫徹國家兩局相關通知的精神，按照通知的指示和工作要求，在已有大噸位箱梁運架設備群安全施工遠程監控系統工作的基礎上根據起重機械 安全監控管理系統（審批稿）布置和安排工作內容。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院 嚴格遵循起重機械 安全監控

4、管理系統國家標準，結合架橋機本身特點進行技術設計。 貫徹新標準的核心任務就是要通過安全功能設計與改造，使得后期出廠的新設備、各類在役的大型起重設備完全滿足新標準提出的各項安全性能。從技術上而言，新標準出臺以后生產的設備可以在在電氣系統設計過程中同步進行安全性設計，實現起來相對方便。 而在舊設備上執行新標準要麻煩得多，這里又可以分為兩種不同的類型；一是在廠家自己生產的設備上加裝安全裝置，其二是針對非自家生產的設備進行改造。我們的3個試點正好囊括了上述所有類型（3個試點內容將在后三節分別介紹之）。Page 5技術設計與裝置研發技術設計與裝置研發2 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵

5、工程機械研究設計院Page 6（對新設備而言，兩者應該是合二為一的）（對新設備而言，兩者應該是合二為一的）原架橋機原架橋機電氣系統電氣系統裝置內核裝置內核裝置與原裝置與原系統軟硬系統軟硬件接口件接口架橋機安全監控管理系統組成框圖架橋機安全監控管理系統組成框圖架橋機安全監控管理裝架橋機安全監控管理裝置置 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 7 從上述框圖不難看出，外掛裝置與原電氣系統的軟硬從上述框圖不難看出，外掛裝置與原電氣系統的軟硬件接口界面既不清晰，也暫時做不到規范化。因而，件接口界面既不清晰，也暫時做不到規范化。因而，至少在目前，至少在目前，架橋機

6、安全監控裝置架橋機安全監控裝置并非獨立系統產品。并非獨立系統產品。對于舊設備的改造工作，更多的是通過有針對性的個對于舊設備的改造工作，更多的是通過有針對性的個體設計與配制來實現與原設備電氣系統的無縫連接，體設計與配制來實現與原設備電氣系統的無縫連接，這樣才能形成一個完整的安全智能系統，從而使原設這樣才能形成一個完整的安全智能系統，從而使原設備全面滿足起重機械備全面滿足起重機械 安全監控管理系統國家標安全監控管理系統國家標準的各項要求。準的各項要求。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 8系統技術參數3名 稱 技 術 指 標工作電壓電壓輸入為AC220V

7、； DC24V現場通信功能 ModBus/RTU或其它標準通訊協議(根據不同接口配置協議轉換模塊)1路RS232通信接口， 1路RS232/RS485通信接口1路100M以太網口數據傳輸速率不低于19.2Kbps；（有遠端視頻傳輸要求的不低于512Kbps）工作溫度-40+70。；系統通訊誤碼率不大于1.5；主要技術指標： 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 9遠程通信功能 (可選部分)GPRS、CDMA、3G、Internet或性能更優越的通訊形式裝置可設定自動向指定的手機群發送警報信息。遠程故障診斷；遠程設備維護；圖形終端部分 5.7寸或10.4寸

8、TFT彩色液晶觸摸屏；圖形化操作顯示：載荷、垂直度、工作狀態圖、流程圖、風速、溫度、電流、電壓、操作說明等；能發出預警、超載警示及其它控制信號，切斷危險方向動作；工作溫度：-5+50； 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 10故障數據記錄部分運行過程中，以10ms秒為采樣周期實時采集設備的工作參數，主要包括載重量、工作狀態、溫度、風速、報警記錄等。處理結果每基本間隔1s存儲一次，狀 態 變 化 瞬 時 存 儲 ； 可 以 累 積 儲 存 3 0 個 小 時（100000條）的工作記錄；當出現停電或傾覆事故則停止數據記錄并將記錄的數據和事件轉存入FLAS

9、H中。記錄儀具有數據加密功能。故障數據記錄儀設計為防水、防撞、阻燃、抗摔。溫度范圍：-4085數據采集部分 稱重儀：量程0-1000t，精度3.0；垂直度檢測：量程030，精度2.0；風速儀：量程0至100m/s，精度2.0工作溫度范圍：-25+70； 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 11I/O與保護部分具有多路獨立的開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者報警；工作溫度范圍：-25+70；攝像機部分（可選）攝像（照相）機傳感器： 1/4CCD；水平清晰度： 不低于480線；采用低照度攝像機；視頻分辨率： 大于等于（640480），可根據用戶要求調整；攝

10、像機鏡頭： 用戶在后臺可實現對攝像機方位、焦距、光圈、景深、云臺預置位的遠程設置和控制；系統配置的云臺有不少于24個預置位；監視角度： 水平0355，垂直90連續可調；變焦率： 18倍光學變倍/12倍電子放大；照片格式： JPEG；平均無故障時間50000H系統的標準配置 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 12驗證與優化驗證與優化4 為了保證圓滿完成這次前期示范試點工作。為了保證圓滿完成這次前期示范試點工作。研制方中鐵工程機研制方中鐵工程機械研究設計院始終與相關各方密切配合。認真聽取各方的意見。械研究設計院始終與相關各方密切配合。認真聽取各方的意見。

11、特別是按照國家起重運輸機械質量監督檢驗中心擬定的驗收準特別是按照國家起重運輸機械質量監督檢驗中心擬定的驗收準則嚴格把關。具體體現在；則嚴格把關。具體體現在；鑒于架橋機種類繁多，針對新標準規定的每一種監測參數都根據鑒于架橋機種類繁多，針對新標準規定的每一種監測參數都根據不同機型進行了細化（如垂直度不同機型進行了細化（如垂直度、水平度等）。水平度等）。堅持強調監測參數全面參控的原則。堅持強調監測參數全面參控的原則。在監控界面里設置監測參數輸入交互接口，以便于在驗證過程中在監控界面里設置監測參數輸入交互接口，以便于在驗證過程中全面清晰地評估系統的建議。全面清晰地評估系統的建議。 對于對于新標準非強制

12、的一些推薦措施，將根據用戶要求酌情處理，新標準非強制的一些推薦措施，將根據用戶要求酌情處理，如遠程監控等。如遠程監控等。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 13 測試模式界面測試模式界面 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 14 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 15新制造架橋機安裝安全監控管理系統新制造架橋機安裝安全監控管理系統中鐵一局武夷山工地中鐵一局武夷山工地JQDS900JQDS900型架橋機型架橋機( (中鐵科工制造中鐵科工制造) )二二 架橋機安全監控管

13、理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 16 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 17 本次試驗的大型起重機械為中鐵科工集團有限公司生產的JQDS900型架橋機。該架橋機用于福建省建陽市京福客專項目施工。該設備為我院新研制生產的設備，在新標準制定的同時，我們把安全監控系統融入到電氣系統設計中，結合新的標準增加了相關的設備。與此同時，中鐵工程機械研究設計院和中鐵科工集團有限公司根據產品需求完成元件采購和系統程序設計和調試。2012年8月初，中鐵工程機械研究設計院和中鐵科工集團有限公司共同完成安全監控管理系統的現場結構安裝以及電氣制作

14、和安裝，并于9月上旬開始進行現場調試。9月下旬，國家起重運輸機械質量監督檢驗中心現場驗收。而后使用正常，效果良好，客戶認可。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 181.安全監控系統傳感器及設備a)風速儀：采用風速儀，實時檢測現場風速。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 19b)整機水平檢測：利用水平傳感器，測量機臂縱向的坡度，顯示整機架梁時水平狀態。 c)支腿垂直度檢測：利用水平傳感器，測量前支腿的水平度，可表示支腿的垂直度，檢測支腿是否垂直受力，工作過程中是否有傾倒趨勢。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程

15、機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 20d)稱重檢測：根據結構特點，采用三點稱重系統，可測量起重量及偏載，檢測設備是起重載荷。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 21e)卷筒測速高度及超速檢測：利用卷筒低速端的編碼器，可以計算出卷筒的速度和吊具的高度。檢測卷筒的運行情況，起到超速保護的作用。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 22f)整機過孔速度、距離檢測：在后支腿走行電機端安裝編碼器，可計算出整機走行的速度和距離。g)卷筒低速端鉗盤制動檢測：利用接近開關，檢測液壓盤式制動器工作情況。 架橋機安全

16、監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 232、視頻監視系統采用了高清的攝像機，對關鍵部位和架梁工況進行視頻采集，使用硬盤錄像機將其記錄下來。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 24在用架橋機在用架橋機( (本單位生產本單位生產) )安裝安全監控管理系統安裝安全監控管理系統 中鐵十局大西線工地中鐵十局大西線工地JQ900BJQ900B型架橋機型架橋機( (中鐵科工制造中鐵科工制造) )三三 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 25 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵

17、工程機械研究設計院Page 26JQ900B型架橋機安全監控裝置。監控裝置的系統框圖如下：數據處理工作站數據記錄儀網絡交換機工業監視器硬盤錄像機遠程監控DTU水平姿態風速儀表報警單元前載荷儀外部存儲器短信模塊架橋機控制器后載荷儀柱垂直度起升高度小車位置前右壓力傳感前左壓力傳感后右壓力傳感后左壓力傳感前車測距傳感后車高度傳感后車測距傳感停機指令聲光報警水平傳感器風速傳感器攝像頭2攝像頭1攝像頭3（顯示終端）前車高度傳感傾角傳感器通信模塊原電氣系統原電氣系統（安保部分）（安保部分） 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 27JQ900B型架橋機系我院生產設備

18、;虛線框內為原電氣系統的安全保護部分。由于熟悉整個電氣線路并持有系統的全部軟件源代碼，所以實施起來效率較高，各方面開銷相對較小。其特點是： 可以通過修改原設備的軟硬件來實現國家新標準所要求的全部功能。最大限度地利用新舊系統的資源共享。對上位機數據處理工作站要求不高。特別是接口通信相對簡單得多。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 28 在這套裝置里，通過一個遠程通信DTU接口，專門設計了一種基于Internet技術、面向工程施工安全管理的架橋機遠程監控管理終端。這一方面是與我院研制的大噸位箱梁運架設備群遠程監控管理系統相連接（相關內容參見2011年第1

19、0期“工程機械”雜志）。另一方面則是國家新標準實施方案的通知中明確指出；“在有條件的單位可根據具體情況和工作需要，進一步實現遠程傳輸、遠程監控、遠程管理、遠程服務，數據、視頻和音頻查詢，數據、視頻和音頻統計與分析等功能，逐步建立基于物聯網技術的起重機械安全監控管理的局域監控平臺和遠程監控平臺。” 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 29圖形數據庫終端遠程RTU組件 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 30故障報警短信自動編輯、自動群發模塊。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院P

20、age 31在用架橋機在用架橋機( (其它單位生產其它單位生產) )安裝安全監控管理系統安裝安全監控管理系統 中交二局西寶線工地中交二局西寶線工地HZQ900HZQ900型架橋機型架橋機( (華中建機制造華中建機制造) )四四 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 32 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 33HZQ900型架橋機安全監控裝置(陜西寶雞中交二局西寶線工地) HZQ900型架橋機由其它廠商所生產。不能采取上述兩種設備改造方案。這里面涉及到不同廠家設備電氣系統接口數據交換（主要是應用層等高層協議）的問

21、題，這對安全監控裝置的設計者來說是一種挑戰，無疑增加額外棘手的工作量。雖然說國家新標準一再強調設備通信協議的開放性，然而這對于占施工主導地位的現役老設備卻意義不大，絕大多數現役900噸級架橋機的電氣系統設計都很先進，都無一例外地采用了常見的工業總線標準接口，但客觀上也只能做到底層接口協議（如物理層、鏈路層、網絡層等）的一致性。并不具備用戶程序交流的可能性。在尚未建立安全監控管理系統用戶層接口通用規范細則之前，是即使是新出廠的設備，不同廠商的產品也難以直接通過標準接口進行數據交換。必須采用一些特定的技術。監控裝置的系統框圖如下： 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計

22、院Page 34數據處理工作站數據記錄儀網絡交換機工業監視器硬盤錄像機項目部遠端無線監視接口水平姿態風速儀表報警單元外部存儲器短信模塊架橋機控制器停機指令顯示聲光報警水平傳感器風速傳感器攝像頭2攝像頭1攝像頭3（顯示終端）通信接口原電氣系統原電氣系統前載荷儀后載荷儀超速保護起升高度小車位置前右壓力傳感前左壓力傳感后右壓力傳感后左壓力傳感前車測距傳感后車高度傳感后車測距傳感前車高度傳感超速開關接口協議轉換單元停機執行邏輯 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 35在此案例中，我們采用了如下措施：硬件冗余：根據模塊化設計原理，從責任劃分、操作維護的方便性與延

23、續性來考慮，要盡可能保持原系統的相對獨立性。對于其它廠商的設備，可能會更多地應用到硬件冗余設計技術。因為無法掌握對方設備的完整資料如源代碼等。所以，除了后增加的功能必須由新系統完成以外，在必要的場合，一些由原系統執行的功能也可通過硬件冗余方式由新系統來完成。仲裁機制：仲裁機構設在新系統。由于存在硬件冗余，可靠的仲裁機制是必須的。仲裁機制包含兩個方面內容；一是數據仲裁，主要由軟件來實現。二是停機仲裁，是由軟硬件共同來實現。必須指出，這里所說的停機是指工作停機。一級緊急停機仍由原系統完成，并不在仲裁范圍之內。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 36數據挖

24、掘：對原系統內部的數據挖掘是此類改造的難點之一。有時為了得到某些數據如運行狀態，可能要外加裝大量的硬件I/O陣列。而過多的硬件冗余又會帶來仲裁機構的繁瑣。接口協議轉換單元：前面已經提到，對于此類改造過程，難免會遇到通信接口協議轉換的問題。在本案例中，就涉及到了CANopen接口與Modbus接口的協議轉換。多數情況下，設計者會選擇購買成品網關。但是，并非每一種轉換都能買到成品。況且，實踐證明，不少國內廠家生產的協議轉換產品實用性極差。這時，系統設計者要么修改設計；要么自己開發協議轉換接口。在微電子技術高度發展的今天，要做到后者并不太難。我們這次就是用ARM單片機自行研制了本裝置專用的CANop

25、en與Modbus協議轉換接口模塊。長時間運行非常穩定可靠。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 37項目部遠端操控接口：這一部分內容是本次設備改造的一個亮點；屬于一個科研性課題；并不涉及到新標準的要求。丘陵地區丘陵地區山區彎曲隧道山區彎曲隧道（約1公里）（約1公里）項目部項目部終端終端架橋機架橋機全向天線全向天線中繼站中繼站定向天線定向天線全向天線全向天線定向天線定向天線（10公里以上）（10公里以上）丘陵地區丘陵地區（10公里以上）（10公里以上） 圖圖3.3.項目部級遠端無線實時視頻傳輸項目部級遠端無線實時視頻傳輸架橋機現場視頻信號經過實時壓縮處

26、理后，與其它監控數據一起打包，毋需借助運營商，直接以不低于512Kbps數據傳輸速率送到項目指揮部監控終端。擴大了設備的監控視野，方便上級職能部門參入設備的實時安全監控。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 38人機界面之一： 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 39人機界面之二： 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 40人機界面之三： 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 41電臺傳輸系統 通過電臺系統及中繼站，實現了項目部到施

27、工現場最遠達18KM的實時數據和視頻監視。并穿越了長度1KM的小村隧道。數據穩定，視頻清晰。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 42增加關鍵節點傳感器a、激光傳感器，測量距離：0.5m-100m， 精度：2mm。測量前后小車的位置以及之間的距離，用于計算整機走行，過孔，同步托梁，導梁過孔時，小車應處的位置，保證設備在設計規范的位置執行相應的工況，確保設備運行安全。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 43b、水平傾角傳感器用于測量整機水平及前支腿垂直度，確保設備在坡度工況及支腿操作時在安全的范圍內。 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 44 協議轉換模塊 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 45 故障數據記錄儀 架橋機安全監控管理裝置_中鐵工程機械研究設計院中鐵工程機械研究設計院Page 46工作總結工作總結五五 架橋機安全監