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一种起重设备安全防护系统的设计与实现 　　摘 要：针对目前起重设备安全运行的现状，设计了功能完善的起重设备安全防护系统；提出了基于视觉跟踪的障碍物识别和多模式传感的起重设备防碰撞综合分析方法；对起重设备运行参数、设备信息等数据进行了基于知识计算的数据分析，实现了起重设备安全状态识别和在线预警等功能，显著提高了设备运行的安全性。 　　关键词：起重设备；安全防护；防碰撞 　　1 概述 　　目前，由于国内的传感器技术水平还比较低，相应的数据接口形式多样化，构成现场监控网络还需要进行转换，这方面已经成为制约起重设备智能防护监控系统技术发展的瓶颈。到目前为止，在理论技术方面或者是在工程设计方面，一直没有得到系统、全面的解决[1]。 　　根据我国现有起重设备安全防护规范《起重机械安全监控管理系统》（GB/T 28264）和《起重机械安全规程》（GB 6067），对各类起重机械的安全监控模式及需要采集的信号量做了硬性规定，对信息采集源给出了明确说明，包括：起重量限制器、起重力矩限制器、起升高度/下降深度限位器等共18种传感器，对信息处理单元的功能也做了明确说明，即对采集来的各传感量进行分析处理，并输出给控制单元，要具有存储、显示、信息导出的接口。但目前起重机监测所采用的多数传感元件无法满足长期监测的要求，需要对先进的、具有良好分布传感特性、耐久性和可靠性的监测传感系统进行研究，开发出适合起重机结构监测的专用传感器，并对现有传感器采用统一的总线数据信号接口，便于构建实时的满足施工现场要求的工业控制系统[2]。 　　因此，采用统一的工业控制接口协议，对现有的传感器进行设计，以满足工业现场的标准，并具有实时存储、实时监控的要求，构建一个分布式网络控制系统是整个起重设备智能安全防护监控系统的关键[3]。 　　2 系统原理 　　首先研发出用于施工现场的安全监控系统，通过布置在起重机械上的一系列数据采集节点通过现场工业总线的方式完成信息的采集，并对工地现场所有起重机械的监控终端的数据汇聚，可实时监控所有设备的工作状态信息，采用实时数据分析软件，完成工地现场的设备诊断，以及故障报警、防碰撞等控制。也可通过GPRS模块，3G网络可将数据直接发至网络服务器上，对设备的运行状态可实现远程网络监控。或者通过本地的无线电台将数据发送至工地项目部（对地形地貌有要求，超出10km需加中继），再通过项目的有线无线网络实施远程监控。在有条件的单位可根据具体情况和工作需要，进一步实现远程传输、远程监控、远程管理、远程服务，数据、视频查询，数据、视频分析等功能。（图1） 　　3 智能安全监控终端的设计 　　起重设备智能终端是研究的重点[4]，安装于驾驶室内，其主要由数据采集子系统、控制子系统、通信子系统以及报警和回路控制子系统构成（图2）： 　　（1）数据采集子系统主要由重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、温度传感器、风速传感器等构成状态信息采集模块。 　　（2）控制子系统包含信号调理模块、微处理器模块、液晶显示模块和同步时钟模块，其中信号调理模块主要是对采集的传感器信号进行去噪、放大、平滑和AD转换等前端处理，然后得到适合微处理器处理的信号。微处理器模块的功能是对传感器信号进行数字化分析、计算和处理，然后根据处理结果对起重机监控系统的其他相关模块发送命令或数据。液晶显示模块主要就是完成显示和设置功能，使得操作人员能够直观地了解机械当前的运行状态并且能够对机械参数的上限阈值进行设置。同步时钟模块的目的是为了在发生事故且主电源被切断的情况下，精确记录最后一段数据的存储时间，以便于事故分析。 　　（3）通信子系统由工业以太网模块、GPRS通信模块和存储模块组成，GPRS模块设置为DTU（透明传输）模式，始终保持“always online”，其主要实现远程监控中心和智能终端的数据传输，存储模块的任务是事故数据和运行数据的存储。 　　（4）报警和回路控制子系统主要是对起重机工作的情况作出判断并执行相对应的异常处理命令。如果起重机在工作过程中出现安全问题时，系统采用四级报警模式进行报警。以起重量为例，当物料重量达到额定重量上限值的90%，系统蜂鸣器将向起重机操作人员发出缓慢的报警信号；当物料重量达到额定重量上限值的100%，系统蜂鸣器将向起重机操作人员发出急促的、连续的报警信号，提醒操作人员作出相应的处理，只要起重量恢复到额定重量上限值的90%，报警解除；当物料重量达到额定重量上限值的105%，系统将向工作现场发出声光报警信号，提醒地面工作人员撤离，作紧急处理；当物料重量达到额定重量上限值的110%，系统将自动切断电源。 　　4 起重设备防碰撞技术方案 　　4.1 基于RSSI的相对位置定位技术 　　接收信号强度（RSSI）定